Древесные материалы

ДРЕВЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, конструкционные, теплоизоляционные и поделочные материалы на основе натуральной древесины. Для изготовления древесных материалов применяют механическую (резание, пиление, строгание и др.) и физико-химическую обработку (нагревание, прессование, склеивание, совмещение со связующими с последующей пьезотермообработкой). К древесным материалам относятся: лесоматериалы, пиломатериалы, шпон; древесина прессованная, модифицированная, клеёная слоистая; древесные пластики и плиты и др. По сравнению с необработанной древесиной древесные материалы обладают улучшенными эксплуатационными свойствами, менее анизотропны.

Древесина прессованная (ДП) изготавливается прессованием (давление до 30 МПа) натуральной древесины при нагревании. В зависимости от способа прессования получают ДП односторонним, двусторонним и контурным уплотнением. Одностороннее уплотнение производится прессованием брусков древесины поперёк волокон в одном направлении, двустороннее - в двух направлениях (достигается более высокая плотность); контурное уплотнение осуществляется вдавливанием цилиндрической заготовки древесины в металлический цилиндр меньшего диаметра. ДП обладает повышенной влагостойкостью, стабильностью формы, высокими прочностными физико-механическими показателями, позволяющими применять её в деталях машин при ударных нагрузках. Предел прочности ДП при статическом изгибе, сжатии вдоль волокон, а также твёрдость торцовой поверхности выше, чем у натуральной древесины, в 2-3 раза. Из ДП изготовляют погонялки ткацких станков, подшипники скольжения, работающие в абразивной среде, и др.

Древесина модифицированная (ДМ) получается пропиткой натуральной древесины химическим веществом (синтетическим олигомером, аммиаком и др.) с целью повышения её механических свойств и влагостойкости. В большинстве случаев пропитка осуществляется под давлением, полимеризация или поликонденсация вводимых в древесину мономеров и олигомеров достигается термической обработкой. ДМ, по сравнению с натуральной, обладает увеличенной прочностью на статический изгиб (на 75%), пониженными водопоглощением (в 3-5 раз) и абразивным износом (в 1,5-2 раза). Из ДМ изготовляют рудничные стойки, антифрикционные детали, работающие при ударных нагрузках, и др.

Фанера (Ф.) состоит из склеенных между собой трёх или более листов лущёного шпона при взаимно перпендикулярном расположении волокон древесины в смежных листах. Склеивание осуществляют синтетическими термореактивными клеями (феноло-формальдегидными, карбамидными и др.) или природными клеями (альбуминовыми, казеиновыми и др.). Толщина листов Ф. 1-19 мм (листы толще 12 мм называются фанерными плитами). К специальные видам Ф. относятся бакелизированная (повышенной водостойкости), декоративная (облицованная, с покрытием), профилированная (получаемая прессованием в пресс-форме) и др. Ф. характеризуется достаточно высокой механической прочностью в продольном и поперечном направлениях, малой плотностью, значительно меньшей, чем у природной древесины, анизотропностью. Ф. широко применяют в автомобиле-, вагоно-, судо- и самолётостроении, мебельном и тарном производстве и др.

Древесно-слоистые пластики изготавливаются из листов лущёного шпона, пропитанных спирторастворимыми феноло-формальдегидными смолами резольного типа (бакелитовые лаки) и спрессованных между собой при температуре, обеспечивающей переход смолы в твёрдое состояние. В пластиках волокна древесины шпона укладывают в смежных слоях в одном направлении (параллельно), взаимно перпендикулярно или с последовательным смещением на угол 45°, или каждые 5 слоёв шпона с параллельным направлением волокон чередуют с одним слоем шпона под углом 20-25° к смежным слоям, или каждые 8-12 слоёв шпона с параллельным направлением волокон древесины чередуют с одним слоем, имеющим перпендикулярное направление. Плотность древесно-слоистых пластиков 1200-1300 кг/м³; предел прочности при растяжении вдоль волокон 108-265 МПа, поперёк волокон 108-135 МПа; прочность при статическом изгибе 84-280 МПа, влажность 3-10%, водопоглощение за 24 ч 1-15%. Выпускаются в виде листов (толщиной от 1 до 12 мм) и плит (от 15 до 60 мм). Помимо пластиков общего назначения выпускаются их специальные виды - для авиации, машиностроения, электротехнической  промышленности  и  др.

Пластики из измельчённой древесины (массы древесно-прессовочные, МДП) представляют собой готовые смеси частиц древесины, пропитанные термореактивным связующим (феноло-формальдегидной или карбамидной смолой); в состав МДП также вводят химические добавки для придания им определённых свойств. Используется измельчённая древесина в виде крошки (частицы шпона разной длины), стружки и опилок. Пропитанные частицы высушивают при температуре, не допускающей поликонденсации связующего, затем при высоких температуре и давлении (160 °С, 40-80 МПа) в пресс-формах изготовляют различные детали и изделия (втулки, блоки, подоконные доски и др.).

Древесно-стружечные плиты (ДСП) получают методом горячего прессования из смеси древесных стружек со связующим. В качестве связующего применяют карбамидные смолы (для плит специального назначения - феноло-формальдегидные). ДСП классифицируют по способу прессования, конструкции, виду измельчённой древесины, облицовочному материалу, по степени выделения формальдегида. Различают плиты плоского прессования, когда усилие прессования направлено перпендикулярно плоскости плиты, и экструзионные - усилие прессования направлено вдоль плоскости плиты. Плиты плоского прессования выпускаются одно-, трёх-, пяти- и многослойными; экструзионные - однослойными, сплошными и с внутренними каналами. В однослойных плитах размеры древесных частиц и содержание связующего одинаково по всей толщине плиты; в трёх-, пяти- и многослойных плитах наружные слои изготовляют из более тонких частиц с повышенным содержанием связующего. Такие плиты имеют более высокие физико-механические показатели. ДСП выпускают необлицованными и облицованными лущёным и строганым шпоном или бумагой, пропитанной синтетическими смолами. Плиты изготовляют с обычной и мелкоструктурной поверхностью, шлифованные  и  нешлифованные.  Физико-механические показатели плит в основном зависят от плотности, толщины плиты, формы, размеров и породы древесных частиц, количества и качества связующего и др. Толщина ДСП от 4 до 40 мм, прочность при изгибе 7-22 МПа, разбухание по толщине за 24 ч 7-33%, водопоглощение за 24 ч 12-88%, коэффициент теплопроводности 0,07-0,25 Вт/(м·°С), удельная теплоёмкость 1,7-1,9 кДж/(кг·С). Для придания плитам био-, водо- и огнестойкости в них вводят химические добавки.

Широкое распространение получили плиты, в структуре которых создана направленная ориентация древесных частиц (ОСБ; зарубежный аналог OSB, Oriented Strand Board). В процессе производства путём формования и горячего прессования крупноразмерной древесной стружки с добавлением синтетических смол получают материал, обладающий однородной структурой и повышенными прочностью и влагостойкостью. Такие плиты выпускают толщиной 6-25 мм, они имеют прочность при изгибе 18-30 МПа, прочность на отрыв поперёк пластин 0,25-0,5 МПа, разбухание по толщине за 24 ч 12-25%. Плиты на основе древесной стружки применяются в строительстве, производстве мебели и др.

Древесно-волокнистые плиты (ДВП) изготовляют в процессе горячего прессования и сушки из древесной массы с добавлением упрочняющих веществ (например, синтетического олигомера), гидрофобизаторов (парафина), антисептиков и др. Перед прессованием плиты формуются; различают два способа формования древесноволокнистого ковра - в водной и воздушной средах. Изготавливают плиты мягкие (с плотностью 100-400 кг/м³), полутвёрдые (400-800 кг/м³), твёрдые (850 кг/м³), сверхтвёрдые (более 950 кг/м³). Твёрдые ДВП выпускают с подкрашенным лицевым слоем или с лицевым слоем из тонкодисперсной массы. Сверхтвёрдые плиты имеют предел прочности на изгиб не менее 50 МПа, влажность 13%, водопоглощение за 24 ч не более 6%, разбухание за 24 ч не более 13%; плиты с плотностью 800-850 кг/м³ - предел прочности при изгибе 40-35 МПа, водопоглощение за 24 ч 20-23%, разбухание за 24 ч 9-11%; мягкие плиты - предел прочности при изгибе 0,5-2 МПа. ДВП применяют в жилищном и промышленном строительстве как конструкционный материал (панели, стены, перекрытия), а также для теплозвукоизоляции в стандартном домостроении, производстве мебели и тары.

Развивается производство волокнистых плит со средней равномерной плотностью по толщине - МДФ (MDF, Medium Density Fiberboards). Плиты изготавливают толщиной 1,8-45 мм, их прочность при изгибе   17-34 МПа,  разбухание  за  24 ч 7-15%. МДФ в основном используют в мебельном производстве.

К древесным материалам также относятся древесно-минеральные материалы, применяемые в строительстве, например арболит, гипсостружечные, гипсоволокнистые, цементно-стружечные плиты. Их изготовляют из древесных частиц (отходов древесины) и минерального вяжущего (цемента, гипса и др.).

Лит.: Мельникова Л. В. Технология композиционных материалов из древесины. М., 2002; Леонович А. А. Технология древесных плит: прогрессивные решения. СПб., 2005.