CC BY
7Ма териалы и конструкции
УДК 674.214
А.А. ЛУКАШ (mr.luckasch@yandex.ru), Г.В. ГЛОТОВ, Т.И. ГЛОТОВА, кандидаты техн. наук, Брянская государственная инженерно-технологическая академия
Обеспечение стабильности размеров и форм рельефной фанеры при ее эксплуатации
Новые древесные материалы — рельефная фанера, композиционная профильная фанера, плита фанерная ячеистая и ячеистая стеновая панель из древесных материалов могут применяться при строительстве недорогих быстровозводимых деревянных домов коттеджного типа [1, 2]. А разноцветные стеновые панели и двери придадут уют и комфорт жилому помещению [3]. Совершенствование производства древесных материалов для деревянного домостроения будет способствовать успешному выполнению государственной программы «Доступное и комфортное жилье — гражданам России» [4].
Рельефная фанера формируется с использованием разнотолщинной в поперечном сечении пресс-формы, в результате чего на ее лицевой поверхности получается объемный рисунок [5]. Однако при установке пресс-формы на нижнюю нагревательную плиту затрудняется загрузка и выгрузка собранного пакета в пресс. Закрепление пресс-формы на верхней нагревательной плите весьма сложно. Более простым способом изготовления рельефной фанеры является применение съемной накладки со сквозными фигурными прорезями, образующими требуемый рельефный рисунок. Накладка перед склеиванием устанавливается на собранный пакет шпона и снимается с него сразу после склеивания, что позволяет снизить трудоемкость технологического процесса. На рис. 1 и 2 показаны соответственно рельефная фанера, изготовленная новым способом, и вариант отделки помещения этой фанерой. Рисунок на лицевой поверхности рельефной фанеры образуется из-за различия в толщине фанеры по сечению. Разница в толщине рельефной фанеры получается из-за различной величины упрессовки на участках выступов и впадин. Наибольшее отличие, когда упрессов-ка фанеры на участках выступов будет максимальной, а
упрессовка участков впадин минимальной или близкой к нулю.
Основным отличием рельефной фанеры от фанеры общего назначения является наличие выдавленного пресс-формой рисунка на ее лицевой поверхности. Чем сильнее виден рисунок (чем больше он выделяется), тем лучше будет качество рельефной фанеры. Четкость выделения рельефа определяется разницей толщины фанеры, склеенной на участках впадин (Щ) и выступов пресс-формы (Н2). Эта разница толщин (НР) и определяет качество (глубину) рельефа (рис. 3):
Нр — Hi — Н,.
(1)
Рис. 1. Рельефная фанера, изготовленная с применением съемной накладки
Рис. 2. Вариант отделки помещения рельефной фанерой
В процессе эксплуатации рельефная фанера должна сохранять размеры и форму, полученные при склеивании. Целью данных исследований является установление условий, при которых произойдет полное или частичное восстановление (распрессовка) объемного рисунка на лицевой поверхности рельефной фанеры.
В процессе склеивания пакет шпона подвергается воздействию температуры и давления со стороны нагревательных плит пресса. В результате этого воздействия древесина деформируется. Чем больше величина давления и температуры, тем больше будет эта деформация.
Деформированию древесины способствуют одновременное воздействие температуры и влажности. Лигнин и гемицеллюлозы изменяют свое качественное состояние, с повышением температуры и влажности они размягчаются. Наибольшие деформации возникают при температуре, близкой к 100оС. Сжатие сухой древесины протекает главным образом за счет остаточной деформации, а сжатие древесины при точке насыщения волокна влагой протекает в основном за счет упругой деформации. Листы шпона после нанесения на них клея имеют влажность около 15%. Поэтому при склеивании фанеры в древесине будут возникать одновременно упругие и остаточные деформации. Упругие деформации способствуют восстановлению первоначальных размеров. Остаточные деформации фиксируют толщину и образуют объемный рисунок на лицевой поверхности рельефной фанеры.
Древесина, нагретая и деформированная в состоянии значительной эластичности после охлаждения, «застывает» в новой форме, приобретая при этом физико-механические свойства более прочной натуральной древесины. Остаточная деформация,
Г
научно-технический и производственный журнал ■Q'j'pyyrj'SjJ.yj-liyJS 42 октябрь 2013 ~ Л1] ®
Материалы и конструкции
Т
\
Рис. 3. Схема определения глубины рельефа
полученная сжатием поперек волокон, при увлажнении древесины перерождается в значительной своей части в упругую. Это перерождение протекает особенно интенсивно при одновременном нагреве и увлажнении древесины, как, например, при пропаривании. Нагрев сухой древесины без ее увлажнения практически не оказывает влияния на остаточную деформацию, которая у древесины приобретает значение устойчивой величины из-за наличия большого внутреннего трения между частицами древесины. При увлажнении происходит снижение внутреннего трения, остаточные деформации теряют свое устойчивое положение и переходят в упругие. Таким образом, для перехода остаточной деформации в упругую необходима влага.
Теоретические и практические исследования показали, что в процессе деформации элементы клеток изменяются. Межклеточные пространства заполняются наружными и промежуточными слоями клеток, а внутренний губчатый слой, который представлен лигнином, под воздействием температуры коагулирует и способствует «цементации» клеток в сжатом положении. Полученная структура представляет собой прочный монолитный слой, который затрудняет разбухание деформированной древесины после увлажнения.
Нагрев при наличии значительного количества связанной влаги является своеобразным катализатором этого перехода.
Важное значение в сохранении стабильности форм и размеров рельефной фанеры имеет клей. Процесс «цементирования» древесины усиливает проникновение клея в межклеточное пространство. Клей после отверждения придает клеткам дополнительную прочность и обеспечивает частичную защиту от проникновения влаги.
На рис. 4 показано поперечное сечение склеенной фанеры на участке впадин пресс-формы. Граница клеевого слоя четкая, но небольшие микронеровности делают клеевой слой прерывистым. Темные круглые участки на рисунке свидетельствуют о проникновении клея в сосуды древесины на глубину до 0,1 мм.
На рис. 5 показано поперечное сечение склеенной фанеры на участке выступов пресс-формы. Отчетливо видна зона древесины, пропитанной клеем. Глубина проникновения клея до 0,3 мм, причем интенсивность пропитки с удалением от поверхности снижается.
При исследовании механизма восстановления древесины от воздействия различных сред (воды, аммиачной воды, пара) установлено, что обработка склеенной фанеры паром при температуре 120оС более 5 мин приводит к частичному восстановлению толщины фанеры (распрессовке). Также восстановлению толщины фанеры способствует нанесение аммиачной воды на поверхность склеенной фанеры.
Для определения возможных условий эксплуатации образцы рельефной фанеры выдерживали в воде при 20оС. Контролирующим фактором было разбухание по толщине, которое через 6 ч выдержки в холодной воде составило от 24 до 30%. В образцах из зоны впадин пресс-формы отмечалось даже частичное расслоение листов шпона.
Наблюдение в течение 10 лет за толщиной рельефной фанеры, находящейся в отапливаемом сухом помещении, показало изменение в пределах статистической погрешности.
Рис. 4. Поперечное сечение фанеры, склеенной на участке впадин пресс-формы
Рис. 5. Поперечное сечение фанеры, склеенной на участке выступов пресс-формы
Таким образом, установлено:
— эксплуатировать рельефную фанеру необходимо в помещениях, исключающих ее увлажнение, так как при длительном воздействии воды остаточные деформации переходят в упругие, зона с наибольшей упрес-совкой восстанавливается, вследствие чего рельефная фанера теряет свою форму и расслаивается;
— рельефная фанера, которая эксплуатируется в сухих отапливаемых помещениях, в течение длительного времени сохраняет свои размеры и форму.
Ключевые слова: рельеф, фанера, склеивание, эксплуатация, древесина, деформации, пресс-форма, увлажнение.
Список литературы
1. Лукаш А.А., Дьячков К.А. Строительные изделия из измельченной древесины // Строительные материалы. 2009. № 1. С. 54-55.
2. Лукаш А.А., Плотников В.В., Савенко В.Г., Ботагов-ский М.В. Новые строительные материалы — рельефная фанера и плита фанерная ячеистая // Строительные материалы. 2006. № 12. С. 38— 39.
3. Лукаш А.А., Свиридова Е.А., Уливанова Е.В. Разноцветные стеновые панели и дверные филенки // Жилищное строительство. 2012. № 12. С. 7— 9.
4. Лукаш А.А., Гришина Е.С. Дома из оцилиндрованных бревен: перспективы производства, недостатки и пути их устранения // Строительные материалы. 2013. № 4. С. 109— 110.
5. Серпик И.Н., Алексейцев А.В., Лукаш А.А. Методика анализа деформаций формообразования рельефной фанеры // Строительные материалы. 2012. № 12. С. 31— 33.
Г; научно-технический и производственный журнал
М ® октябрь 2013 43"
