ДЕКОРАТИВНО-ОТДЕЛОЧНЫЙ ШПОН

Полезная модель относится к области производства клееных деревянных конструкций и может быть использовано для изготовления листовых материалов, используемых в качестве декоративных панелей или панелей плоскостного расположения. В частности, полезная модель рассматривает конструкцию декоративно-отделочных листовых шпоновых панелей
При массовом производстве мебели, дверей и др. фанерованных изделий из недорогих сортов древесины (а также его заменителей - МДФ и ДСП) для придания изделию законченного декоративного вида используется такой натуральный продукт, как шпон (древесный материал, представляющий собой тонкие листы древесины толщиной от 0,1 до 10 мм) из древесины.
Шпон - это изготовленные различными методами тонкие листы древесины. Например, его изготавливают лущением, пилением или строганием. Для изготовления шпона используются лущильные станки, фанеропильные станки или шпонострогальные станки. Сырьем обычно служат короткие бревна или бруски древесины. Толщина строганного шпона от 0,2 до 5 мм, он производится из ценных пород дерева с красивой текстурой, таких как вяз, тис, карельская береза, ясень, красное дерево, орех, бук, дуб и многие другие. В зависимости от древесного узора для разных пород дерева выбирают разное направление строгания. В итоге получают радиальный, тангентально-торцовый, тангентальный шпон. От 1 до 10 мм изготавливается пиленый шпон, обычно из древесины хвойных деревьев: ели, кедра и пихты. Такой шпон может применяться для изготовления музыкальных инструментов, таких как декоративная скрипка, так как его качество довольно высокое. Самый распространенный шпон - это лущеный шпон. Он производится из таких пород деревьев как дуб, сосна, береза, ольха. Технология его изготовления - тонкая «луста», очень похожая на стружку, которая снимается вкруговую с полена. Данный метод позволяет снять максимум годной древесины с одного чурбака.
Вначале кряжи со склада поступают на тепловую обработку, которая необходима для увеличения пластичности. Далее на окорочном станке с них срезается кора, а вместе с ней удалятся грязь и песок. Далее кряжи пилой режутся на заготовки требуемых размеров - чураки. Чурак подвергается оцилиндровке. С оцилиндрованного чурака на лущильном станке срезают ленту шпона. Лента конвейером подается на ножницы для разрезки на листы нужных размеров. Листы складываются в пачки, которые перевозят в роликовую сушилку. После сушилки листы на конвейере сортируют и раскладывают в пачки по сортам.
Следует учитывать, что прочностные свойства шпона прямо связаны со строенрем древесины. Древесина состоит из клеток разнообразной формы, разных размеров, выполняющих различные функции в жизни растения. Основная масса древесины имеет клетки удлиненной формы, расположенные вдоль оси ствола. У хвойных пород их называют трахеидами, у лиственных - либриформом. Различают два вида клеток: тонкостенные с небольшой разницей между длиной и шириной - паренхимные и толстостенные, у которых длина больше ширины - прозенхимные. Ткань из паренхимных клеток более мягкая и рыхлая, чем ткань из прозенхимных. Паренхимные клетки содержат запас питательных веществ, прозенхимные - образуют древесную ткань, несущую основную механическую нагрузку. У хвойных пород трахеиды занимают 89-95% общего объема древесины. Это мертвые клетки, имеющие лишь оболочку. Трахеиды не изолированы друг от друга. В стенках двух соприкасающихся трахеид есть отверстия, затянутые мембраной, - поры. Через поры возможна передача влаги и питательных веществ в соседнюю клетку.
Древесина лиственных пород в отличие от хвойных имеет более сложное строение. Основная масса древесины образована идущими вдоль оси ствола волокнами либриформа и сосудами. Сосуды - основной водопроводящий элемент лиственных пород. Они представляют собой длинные тонкостенные трубки, образованные из коротких клеток, соединенных торцами. В торцовых перегородках клеток имеются отверстия. Сосуды в древесине составляют от 10% (береза) до 56% (липа) общего ее объема. Либриформ - основная ткань ствола, воспринимающая механические нагрузки. Волокна либриформа в большинстве своем - мертвые элементы ствола. Они составляют от 36 (липа) до 75% (береза) объема древесины (http://www.znaytovar.ru/new2532.html).
Именно такое строение древесины формирует ее недостаток - анизотропность, т.е. изменение механических характеристик в зависимости от породы, места произрастания, зоны в поперечном сечении ствола (заболонь, ядро, сердцевина), направления волокон, наличия пороков и их расположения, влажности и других факторов. Изменение размеров и формы в результате усушки, разбухания, коробления, особенно под воздействием изменения температуры и влажности воздуха. Из-за неравномерного удаления влаги возникают напряжения, которые приводят к растрескиванию материала. Растрескивание - отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединения (в емкостях, деревянных трубах, судах и т.п.). При закреплении разбухающих деталей из древесины возникает давление разбухания в пределах 8-32 кгс/см2. Низкое сопротивление раскалыванию.
Известен декоративно-отделочный шпон, представляющий собой тонкий лист древесины толщиной от 0,1 до 10 мм, имеющий лицевую сторону с плотностью древесины большей плотности древесины на обратной стороне этого листа (см. статью "Все что нужно знать о шпоне", выложенной в сети Интернет на сайте "ОУШЕН ТРЕЙД" в режиме он-лайн доступа по адресу: http://www.oceantrade.ru/article-shpon-wood, обнаружено в 2014 г.) (копия статьи прилагается). Это решение принято в качестве прототипа.
Недостаток данного решения заключается в слабых прочностных свойствах шпонового листа, вызванного неоднородностью структуры шпона, повышенным влаговпитыванием и слабым сопротивлением изгибным нагрузкам. При производстве шпонового листа любым из известных способов (лущением, пилением или строганием) полученный срез сразу же поступает на плоский стол и в таком плоском положении (состоянии) укладывается в пачку или остается на плоской поверхности. Потребителю шпоновые листы поступают в пачках, о есть в процессе изготовления и передачи шпона потребителю последний не испытывает изгибных нагрузок. Но на практике применения шпона на производстве отделки поверхностей каждый лист снимается, переворачивается, транспортируется, перекладывается и т.д., то есть подвергается деформациям, которые выражены в перегибах и изгибах листового шпонового полотна. После сушки древесное шпоновое полотно приобретает повышенную хрупкость и практически отсутствует сопротивление изгибу. Это объясняется тем, что при снятии шпона с чурака древесный лист еще насыщен влагой и внутренней жидкостью, которая выступает как связующее между волокнами древесины и позволяет перегибаться листу в пределах податливости этих связующих связей. Но при последующей сушке и в процессе простого хранения за счет естественного высыхания жидкостная компонента исчезает, трансформируясь в хрупкое состояние, не обладающее податливостью. То есть между волокнами древесины в шпоновом листе отсутствуют связи, позволяющие волокнам смещаться относительно друг друга. Это и приводит к тому, что при уходе от плоскостного состояния шпоновый лист начинает трескаться и разрываться. Конечно, можно искусственно насытить шпоновый лист влагой, но это серьезно сказывается при высыхании такого листа на опорной поверхности.
В процессе декорирования поверхности шпоновые листы многократно деформируются, теряя целостность, что создает проблему при подборе фрагментов шпона для получения однорисуночной поверхности. Кроме того, при хранении в пачке шпоновые листы подвергаются гниению, поражению грибками и другим биологическим процессам, которые уменьшают процент готового изделия и приводят шпон к негодности. Приходится разрезать шпоновый лист на фрагменты и сращивать фрагменты между собою Это усложняет технологию получения целостных плоскостных листов шпона, пригодных для использования в качестве декоративных поверхностей.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении прочностных качеств шпона, поступающего на отделку поверхностей, за счет исключении растрескивания и разрывов шпонового листа.
2
Указанный технический результат достигается тем, что декоративно-отделочный шпон, представляющий собой тонкий лист древесины толщиной от 0,1 до 10 мм, имеющий лицевую сторону с плотностью древесины большей плотности древесины на обратной стороне этого листа, снабжен листовым основанием из предназначенного для работы в воздушной среде картона с плотностью от 120 до 2200 г/м при увеличении толщины от 0,25 до 2,0 мм, к которому тонкий лист древесины приклеен обратной стороной.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - общий вид шпонового листа, снятого с чурака;
фиг. 2 - шпоновые листы после выпрямления и склейка эти листов с основанием.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция декоративно-отделочного шпона, представляющего собой тонкий лист 1 древесины толщиной от 0,1 до 10 мм (фиг. 1), имеющего лицевую сторону с плотностью древесины большей плотности древесины на обратной стороне этого листа. Полученный любым известным способом (лущением, пилением или строганием) шпон различается по лицевой (правой) и обратной (левой) стороне. Лицевая - это наружная сторона. Верхний слой на лицевой стороне шпона уплотнен сильнее. На левой (обратной) стороне шпона верхний слой более рыхлый, на нем могут появляться микротрещины. Лицевая сторона шпона - Поверхность шпона противоположная оборотной (ГОСТ 15812-87).
2
Так как шпоновый лист обладает анизотропностью и в высушенном состоянии приобретает повышенную хрупкость и трещинность в зонах между волокнами (это не позволяет более двух-трех раз перегибать лист или изгибать его), то предлагается такой еще не подверженный изгибам и перегибам лист снабдить основанием 2, которое взяло бы на себя сопротивление изгибным нагрузкам естественного происхождения. Такое листовое основание может быть выполнено из предназначенного для работы в воздушной среде картона с плотностью от 120 до 2200 г/м при увеличении толщины от 0,25 до 2,0 мм. К этому основанию тонкий лист древесины приклеивается своей обратной стороной (не лицевой). Для этого на основание наносится слой 3 клея, адгезива или иного связующего состава и сверху укладывается шпоновый лист. Прессовым усилием осуществляют прижатие шпона к основанию и его выравнивание до полной полимеризации связующего.
В результате получаем декоративно-отделочный шпон, представляющий собой двухслойную панель с высокими прочностными качествами. По сути, в качестве основания использован электротехнический картон (так же называемый как электрокартон, электроизоляционный картон), предназначенный для работы в воздушной среде или прокладочный (отличается от электрокартона составом) картон предназначен для работы в агрессивных средах).
В качестве электротехнического картона используется картон электроизоляционный "ЭВ" или «ЭВС» (ГОСТ 2824-86), который применяется для электроизоляции при работе в воздушных средах при температуре до 90°C. Электротехнический картон также используется для изготовления лекал в легкой промышленности. Для крышек при сшивании документов для архивного хранения. Для документов длительного хранения и повседневного пользования также используется электрокартон, также называемый электротехническим картоном. Картон электроизоляционный изготавливается в листах и рулонах: рулонный электрокартон толщиной 0,2-0,5 мм и листовой электрокартон толщиной 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 мм (см. таблицу по параметрам прочности при разных толщинах картона).
Электротехнический картон изготавливается на картоноделательной машине из 100%-ной целлюлозы высокой химической чистоты (обычный электроизоляционный картон производят из древесной сульфатной целлюлозы и из хлопчатобумажного тряпья для обеспечения повышенной прочности). Для изготовления электрокартона может применяться один из двух способов - вальцовка или каландрирование. Более прогрессивным является процесс уплотнения картона методом прокатки, т.е. путем обжатия картона прокатными валками. Процесс по своей сути непрерывный и поддается максимальной степени механизации. В процессе обжатия (прессования) картона из него выжимаются вначале воздух, а затем частично и влага. Картон осаживается и уплотняется за счет уменьшения капиллярного пространства между волокнами целлюлозы. Уплотненный картон имеет повышенную прочность, так как в процессе прессования увеличивается число точек соприкосновения волокон от дельных слоев картона и, кроме того, отжимаемая вода за счет переноса волокон из одного слоя в поры другого увеличивает сцепление между ними. Плотный картон имеет минимальное количество пустот и влаги, и, следовательно, детали, изготовленные из него, в процессе эксплуатации будут иметь и минимальную усадку. Уплотнение картона при прессовании идет не беспредельно, а до тех пор, пока сила прессования не уравновесится силами упругой деформации целлюлозной массы и силами гидравлического сопротивления влаги при истечении из капилляров
Электротехнический картон характеризуется высокой плотностью, равномерной толщиной, гладкостью, высокой механической прочностью, гибкостью. Для специальных целей поверхность картона может быть текстурирована (ГОСТ Р 53636-2009 «Целлюлоза, бумага, картон. Термины и определения»).
В настоящее время электрокартон применяется в:
- швейном и текстильном производстве в качестве материала для изготовления лекал и трафаретов);
- для электроизоляции в различном оборудовании;
- в мебельном производстве (благодаря высокой плотности и прочности может использоваться в качестве материала для изготовления задних стенок мебели, а также, для сохранения формы спинок и боковин диванов и кресел).
Ко всему прочему, при производстве шпонового листа на заводе этот лист не имеет биологических изменений, приводящих к порче его структуры, то есть он имеет целостную структуру древесины (фиг. 1). При наклейке такого листа на основание структура сохраняется и в дальнейшем и не подвергается гниению или иным естественным процессам разрушения, что увеличивает процент годного продукта и исключает необходимость в удалении поврежденных участков и совмещении фрагментов (фиг. 2). Кроме того, улучшается процесс шлифовки лицевой стороны шпона, так как последний не испытывает перемещений и деформаций.
Электрокартон обладает прекрасной текстурой, обеспечивающей высокую адгезию к приклеиваемому или наносимому покрывному материалу. Склейка основания со шпоновым листом может осуществляться с использованием известных технологий ламинирования или наклейки шпона в мебельном производстве. Могут использоваться клей-расплав Дорус КУ 819 на основе сополимеров ЭВА, ПВА, различные жидкостные адгезивы и связующие. При склеивании связующий состав проникает в поры древесной структуры и заполняет их, а после полимеризации в древесной структуре формируется внутренний затвердевший слой, препятствующий деформации волокон в шпоне.
Рассмотренные примеры позволяют получить листовые двухслойные и 3-х слойные материалы, которые можно использовать в качестве декоративных панелей или панелей плоскостного расположения. В частности, Такие панели хорошо крепятся к плоскостным основаниям, например из сплошного массива, на стену или на ДСП.
Но, в случае использования в качестве опорных поверхностей решеток или поверхностей с ярко выраженной неплоскостностью (дыры разной глубины, большие незаделанные трещины, неровности, выпуклости и т.д.), то при использовании панелей по настоящей полезной модели возможно прорывание этих панелей в местах, где опора отсутствует, то есть панели не имеет контакта с опорой. Ярким примером такого случая является наклеивание шпоновой двухслойно панели на решетку. Для исключения прорывов необходимо ввести армирующий слой (элемент) в конструкции панели, который воспринимал бы повышенные изгибные нагрузки. В частности, таким армирующим слоем может быть сетка (сетчатое полотно) или техническая ткань (). Текстильная ткань из натуральных и/или химических волокон используется как основной или вспомогательный материал для изготовления деталей машин, установок, сооружений, различных технических изделий в автомобильной, хим., резиновой обувной, автомоб. и др. отраслях промышленности (Большая политехническая энциклопедия, Большой энциклопедический политехнический словарь). При использовании этих материалов листовое основание приклеивается к тонкому листу древесины (шпоновому слою) через сетку или через техническую ткань.
В качестве такого армирующего слоя может использоваться шпоновый слой. В этом случае, декоративно-отделочный шпон снабжается приклеенным к листовому основанию дополнительным покрытием, представляющим собой тонкий лист древесины, обращенный стороной с меньшей плотностью древесины к листовому основанию. Так же в качестве армирующего слоя может использоваться ламинированная пленка. В этом случае, панель из шпона и основания из картона снабжается приклеенным к листовому основанию со стороны, противоположной склейки тонкого листа древесины с листовым основанием, дополнительным покрытием в виде ламинированной пленки. Склейка основания со шпоновым листом может осуществляться с использованием известных технологий ламинирования или наклейки шпона в мебельном производстве.
Приведенные вариации изготовления декоративной панели позволяют серьезно повысить изгибную прочность панели, что позволяет использовать такие панели для фиксации на решетках. При точечном приклеивании панели к элементам решетки свободные и безопорные поверхности панели начинают работать как мембрана, упруго воспринимая нагрузку. Величина воспринимаемой нагрузки прямо зависит от упругих свойств армирующего слоя.
Настоящая полезная модель промышленно применима и могут быть изготовлена по технологиям, применяемым в мебельном производстве при отделке панелей.