Технология производства фанеры и ее характеристики

Фанерные пластинки, изготовленные путем аккуратного расщепления досок, впервые использовались в Древнем Египте – их связки обнаружили археологи при вскрытии пирамид. Древесина среди египетских резчиков была в дефиците, поскольку доставлялась издалека, поэтому им пришлось проявлять находчивость, чтобы удовлетворить спрос аристократов на деревянные шкатулки и футляры. По той же причине – недостатку леса – фанера была популярна у греков и римлян, склеивающих деревянные пластины при помощи древесной смолы.

Создание фанеры было бы невозможным без изобретения станков для срезания шпона с древесных стволов – именно листы шпона образуют фанерные плиты. Попытки создания лущильного станка предпринимались неоднократно, но наиболее удачную модель разработал швед Эммануэль Нобель в XVIII веке. Токарный станок ротационного типа, выполненный по его расчетам, позволял срезать практически идеальной толщины шпон с чурака – перепады толщины не превышали нескольких миллиметров.

Ревельский мануфактурщик Дитрих Лютер, занимавшийся производством грифельных карандашей, в 1819 году построил наиболее большой (на то время) лущильный станок, который был необходим для его фабрики.

В конце XIX века производитель мебели Александр Лютер приобрел один из станков конструкции своего ревельского однофамильца, но полученный шпон предпочел использовать для создания стульев. Он склеил несколько листов шпона друг с другом и приспособил их в качестве сидений и спинок – легкие, прочные и достаточно дешевые стулья быстро обрели популярность в Российской Империи.

Летательным материалом фанера стала в 1881 году, благодаря Огнеславу Костовичу, русскому изобретателю. Он намеревался построить летательный аппарат, но столкнулся с серьезной проблемой – существующие на то время конструкционные материалы имели значительный вес, либо были слишком дороги. В поисках оптимального материала для построения самолета, Костович обратил внимание на шпон и решил склеить несколько листов друг с другом так, чтобы волокна в каждом следующем листе располагались поперек предыдущего. Конструктор построил свой собственный лущильный станок, разработал состав клея и назвал готовый продукт арборитом. Примечательно, что полученная Костовичем фанера была высокоустойчивой к воздействию влаги и абсолютно не загнивала. К сожалению, технология производства фанеры-арборита Костовича в наши дни полностью утеряна, предположительно ее свойства достигались за счет березового шпона и бакелитового клеевого слоя.

В начале прошлого века российские промышленники открыли свыше пятидесяти предприятий, выпускающих фанеру. С этого момента фанера активно использовалась при построении как мирной продукции – мебели и музыкальных инструментов, так и изделий военного назначения – самолетов, ракет и прочего вооружения.

В настоящее время Российская Федерация считается одним из крупнейших поставщиков фанеры на мировом рынке – отечественные предприятия ежегодно производят более трех миллионов кубометров плит из клееного шпона.

Фанера – технология производства

Подготовка бревен к окорке. Стволы деревьев, предназначенные под разделку на шпон, помещаются в бассейны с теплой водой, прогретой до 40^оС. Притопленные бревна накрываются крышкой и остаются под водой не менее 24 часов в теплый сезон и свыше 48 часов в холодное время. Чтобы компенсировать водопоглощение древесины в бассейн, содержащий древесные стволы, периодически подается конденсированный пар и теплая вода. Увлажнение бревен способствует пластичности древесных волокон, что позволяет получить плоский шпон при резке, с минимальным развитием трещин – в противном случае срезаемая древесина постарается принять исходную цилиндрическую форму.

Подготовка бревен к лущению. После извлечение чураков из увлажняющих ванн, выполняется их окорка (полное удаление коры). Следуя по ленте конвейера, бревна проходят через металлоискатель и следуют к распиловочным станкам. Там они режутся на чураки длиной от 1300 до 1600 мм, в процессе выполняется удаление поврежденных насекомыми участков. Далее подготовленные чураки поступают к лущильным машинам, а отход, остающийся после распиловки и снятия шпона, доставляется к измельчающим станкам, после чего используется при формировании ковра древесно-стружечных плит.
Лущение чураков чаще всего выполняется путем резки на круговом станке. Строгание окоренных стволов или их распил полосами менее распространены ввиду низкой производительности, однако применяются для шпонирования особо ценных пород древесины.

После окорки резаные стволы деревьев устанавливаются на лущильные станки. В процессе поперечной резки с них снимается древесная лента, чья ширина соответствует длине чурака (ствола), а длина зависит от ширины исходного древесного материала и необходимой толщины шпона. Полученный шпон режется листами 1,3 м на 1,42 м либо 1,3 м на 2,74 м (чурак длиной 1,3 м), или 1,6 м на 1,74 м либо 1,6 м на 3,42 м (чурак длиной 1,6 м). Готовый и порезанный листами шпон собирается в стопку и следует в сушильный цех, образующиеся в процессе резки отходы (рваный шпон) проходит измельчение и направляется на производство ДСП.

Сушка и «ремонт» шпона. Стопы шпона при помощи роликового конвейера проходят через камеру воздушной сушки, по выходу из которой каждый лист дефектуется – излишне влажные или имеющие изъяны листы шпона следуют на дополнительную сушку либо ремонт. Восстановление дефектных участков производится путем их замены на качественный шпон – их вырезают, а в освободившийся участок вставляют исправный шпон, фактура и цвет которого соответствуют общим характеристикам ремонтируемого листа. Вставка ни в чем не должна уступать основному шпону – ее наименьшая ширина 45 см, влажность должна быть ниже, чем у ремонтируемого листа, на 2% и выше. Готовые листы шпона помещаются на склад, где находится не менее 24 часов, приобретая однородные влажностные характеристики. Чиненый шпон содержится на складе до 8 часов, затем его доставляют в фанерный цех.

Дефектные листы шпона и фрагментарные обрезки, не позволяющие склеить их в лист фанеры – содержащие обширные сучковые отверстия, гнилостные участки, протяженные трещины и кривую линию реза по внешним сторонам – направляются на вырубку, комплектацию и склейку по ребру. Очищенные от дефектов полосы шпона укладываются вплотную друг к другу, между ними заводятся нити горячего клея – стыки сжимаются при помощи роликов и объединяются в общую полосу. Затем склеенный шпон нарезается на листы необходимого размера.

Однако древесные волокна в лущеном шпоне ориентированы поперечно, а необходимые характеристики фанеры достигаются только при условии чередования листов с поперечной и продольной ориентацией волокон. Чтобы их обеспечить, шпон с продольно ориентированными волокнами нарезается посередине, на одном из отрезков создается паз для проклейки в ус, а на другом – выполняется фаска и формируется слой клея на смоляной основе. Перед тем, как состыковать два отрезка шпона, фрагмент с волокнами продольной ориентации нагревают по стыку инфракрасной лампой.

Теперь листы шпона полностью готовы к построению из них фанерных панелей, сборка которых выполняется в три этапа.
Формирование пакетов. Листы шпона собираются в пакеты согласно сорта будущей фанерной плиты. Лицевым и нижним слоем всегда укладывается шпон с поперечной ориентацией древесных волокон. С учетом того момента, что пакет образуется, чаще всего, нечетным количеством листового шпона, то каждый второй лист содержит продольно ориентированные волокна.При необходимости формирования пакета с четным набором листов, в его центре размещаются два листа шпона с волокнами продольной ориентацией – данная схема построения пакета обеспечивает сохранность прочностных характеристик и геометрической формы фанеры. Набранные пакеты помещаются под холодный пресс с целью достижения наилучшего сопряжения между собой листов шпона и устранения воздушных пазух, что в итоге обеспечить жесткость конечного изделия.

Склейка шпона в составе пакета. По обеим сторонам четных листов, помещенных в специальный станок, формируется клеевой слой, базирующийся на смолах. После пакеты укладываются между плит горячего пресса. Отверждение клеевого слоя происходит под давлением до 1,2 МПа и температурой до 130^оС, всего на эту операцию отводится порядка 10 минут. Созданные фанерные плиты собираются в стопы полутораметровой высоты и хранятся в закрытом помещении 24 часа – за этот срок достигается их охлаждение, равномерная влажность и минимизируется степень внутреннего напряжения, способного вызвать расслоение фанеры.

Придание товарного вида. На окончательной этапе производства фанерные листы нарезаются согласно необходимым размерам, их поверхности шлифуются, после чего на одну из сторон наносится маркировка.

Характеристики фанеры

В составе фанеры применяются два типа шпона – лиственный и хвойный. Первый тип фанеры используется в мебельной промышленности, второй предназначен для строительных целей. Заметим, что в «лиственной» и в «хвойной» фанере применяется шпон лиственных деревьев, за той лишь разницей, что лицевой и обратный слой формируется либо березовым шпоном, либо шпоном хвойных пород, обычно лиственницы, сосны, пихты, ели и, крайне редко, кедра.
Детально характеристики и классификационные моменты в отношении фанеры приводятся в описании ГОСТ 3916.2-96 (хвойная фанера) и 3916.1-96 (лиственная фанера).

Среди прочих древесных композиционных плит равных по характеристикам фанере, образованной лиственным либо хвойным шпоном, не существует – по большинству параметров фанера их превосходит. В числе негативных характеристик фанеры ее горючесть, причем этот композит не способен противостоять ни высоким температурам, ни прямому контакту с пламенем. Фанера характеризуется стойкостью к слабым кислотам и химическим растворам, но не сохраняет свою форму под воздействием органических растворителей, как-то ацетон, бензин и водные растворы спиртов.

Лиственная фанера с внешними слоями из березовой фанеры обладает высокой прочностью. Благодаря характерному рисунку и фактуре, «березовая» фанера способствует созданию особенно теплой атмосферы в помещении, ею обшитом.

Фанера из хвойных пород древесины более стойка к воздействию влаги и, соответственно, гнилостным процессам, а также грибковым культурам. Влагостойкость ей обеспечивает повышенное содержание смол наряду с пропиткой фенолформальдегидами. Вес хвойной фанеры на 25% ниже, чем у плит, набранных из лиственного шпона.

Придать дополнительные прочностные характеристики фанере можно путем отделки ее поверхностей ламинированной пленкой. Поэтому основными покупателями ФОФ фанеры (ламинированной) становятся мебельщики, производители различного оборудования и строители-отделочники.