Натуральная древесина

Несмотря на определенные различия в анатомическом строении и свойствах древесины разных пород и условий произрастания, общность элементарного химического состава и строения клеточных тканей придает древесине любых пород в общем схожие свойства. Вышесказанное, а также достоверно установленные корреляционные связи между физико-механическими свойствами древесины (чем выше плотность древесины, тем, как правило, выше и показатели ее механических свойств) позволяют дать древесине как конструкционному материалу обобщенную характеристику. Древесина, обладая невысокой плотностью (у большинства пород она составляет примерно 450-700 кг/м3), имеет высокую прочность вдоль волокон. Удельная прочность (предел прочности, отнесенный к плотности) вдоль волокон древесины не уступает удельной прочности легированных сталей и дюралюминия.

Твердость древесины относительно невысока. Древесина легко обрабатывается режущим инструментом из нелегированных углеродистых сталей и позволяет завинчивать в нее винты (шурупы) без предварительного нарезания резьбы, забивать гвозди и скобы. При этом упругие свойства древесины обеспечивают достаточную прочность удерживания крепежных де талей.

Древесина обладает упругопластическими свойствами. Внешние нагрузки вызывают в ней деформации, в которых различимы упругая, высокопластическая, или запаздывающая, и остаточная, или пластическая, части. На величину общей де формации и соотношение ее частей существенное влияние

оказывают температура и влажность древесины. Нагрев и увеличение влажности (в пределах точки насыщения волокна) способствуют росту общей и пластической деформаций, а охлаждение и сушка древесины, находящейся в деформированном состоянии, приводят к перерождению упругих и высокопластичных деформаций в пластические и закрепляют приданную древесине форму. Это свойство используют для обработки древесины гнутьем и прессованием.

В состав древесины входят вещества различного химического состава: целлюлоза, лигнин, гемицеллюлоза, экстрактивные вещества, включая дубильные. Этим сложным строением, а также наличием в основном компоненте древесины - целлюлозе относительно большого количества химически активных гидроксильных групп ОН можно объяснить хорошую адгезию к древесине самых различных по происхождению и химическому составу клеев и пленкообразователей, а также способность древесины хорошо окрашиваться красителями разных групп (гуминовыми, кислотными, прямыми, основными и др.) и протравами. Эти обобщающие свойства значительно облегчают выбор материалов и процессов склеивания и отделки изделий из древесины.

В благоприятных условиях эксплуатации (например, в сухих отапливаемых помещениях) древесина обладает большой долговечностью и может эксплуатироваться в течение многих десятков и сотен лет без значительного снижения ее механических свойств, этим она выгодно отличается от многих пластмасс.

Древесина обладает низкой теплопроводностью, особенно поперек волокон. Это качество учитывают, применяя ее в строительстве и мебели. Звуковые свойства (звукопоглощающая и резонансная способности) древесины таковы, что делают ее лучшим материалом для изготовления корпусов струнных музыкальных инструментов (смычковых, щипковых, клавишных), а также корпусов радиоприемников и телевизоров. Особое значение имеют резонансные свойства древесины некоторых пород (ели, пихты), применяемых для изготовления резонирующих элементов дек струнных музыкальных, инструментов.

При мгновенных нагрузках древесина ведет себя как упругое тело, обладающее способностью хорошо поглощать энергию динамических нагрузок. Это свойство в сочетании с высокой прочностью на изгиб и малой теплопроводностью делает древесину некоторых пород ценным материалом для изготовления рукояток различных ручек инструментов (топорищ, кувалд, молотков) и спортивного инвентаря (хоккейные клюшки, теннисные ракетки и др.). Лучшей для таких целей является древесина твердых лиственных пород клена, граба, ясеня, вяза, рябины и др.

В числе особо положительных свойств древесины при применении ее для изготовления чертежных принадлежностей можно также отметить ее способность адсорбировать на поверхности и удерживать частицы графита, жиров и Пигментов, поэтому при выполнении чертежных работ с помощью деревянных линеек и угольников бумага чертежей меньше загрязняется, чем при выполнении таких же работ с помощью чертежных принадлежностей из пластмасс.

Комплекс перечисленных технологических и эксплуатационных свойств в сочетании с высокими декоративными качествами древесины многих пород и доступностью их обусловили широкое применение древесины как основного материала для изготовления деталей зданий, мебели, музыкальных инструментов, домашнего и спортивного инвентаря и многих других изделий. Эти свойства древесины учитываются и широко используются.

К недостаткам древесины как конструкционного материала следует отнести ее гигроскопичность и биологическую нестойкость во влажном состоянии, горючесть и анизотропию, большие колебания прочности и других свойств не только в зависимости от породы древесины, но и от направления волокон, условий произрастания дерева, наличия в древесине природных пороков (сучков, свилеватости и др.).

Важнейшее свойство древесины, которое необходимо учитывать при конструировании и технологии,- гигроскопичность, способность при определенных условиях поглощать влагу из воздуха до предела гигроскопичности, составляющего при 15-20 °С около 30%, и обратный этому процесс сушки или потери древесиной влаги в сухом воздухе.

Изменения влажности древесины, происходящие в пределах до точки насыщения волокна, сопровождаются усушкой или набуханием древесины поперек волокон. Значения последних неодинаковы в различных направлениях по отношению к годичным слоям древесины.

Коэффициент усушки в тангентальном направлении примерно в полтора-два раза больше, чем в радиальном. Коэффициент усушки вдоль волокон очень мал, т.е. менее 0,01%. Принято считать, что вдоль волокон древесина при изменениях влажности практически не изменяет свои размеры.

Значительные величины усушки и набухания древесины поперек волокон обусловливают размероизменяемость деталей из натуральной древесины в поперечном направлении, а существенная разница в коэффициентах усушки и разбухания в тангентальном и радиальном направлениях может приводить к короблению деталей при изменении их влажности. Поэтому годной для производства изделий может считаться только древесина, высушенная до влажности, которая будет соответствовать равновесной влажности воздуха, в котором будет эксплуатироваться изделие. Такую влажность принято называть эксплуатационной. Она зависит от климата географического района и конкретных условий эксплуатации изделий (внутри отапливаемых или неотапливаемых помещений, на открытом воздухе и т. п.). Эксплуатационная влажность древесины обычно оговаривается в стандартах на изделия. При сушке заготовок необходимо учитывать изменения их размеров от усушки.

Высушивание древесины перед ее обработкой до эксплуатационной влажности не исключает ее колебаний при эксплуатации изделий в результате периодического изменения влажности окружающего воздуха. Например, в связи с наступлением отопительного сезона или его окончанием величина таких сезонных колебаний влажности древесины в изделиях невелика и обычно не превышает 2% в отапливаемых и 4% в неотапливаемых помещениях, но она оказывается достаточной для того, чтобы вызвать изменения поперечных размеров и коробление деталей в изделии.

В зависимости от расположения годичных слоев в детали это коробление может быть поперечным или поперечно-продольным (крыловатость). Наибольшее коробление встречается у широких деталей из досок тангентального распила, у которых плоскость детали расположена по касательной к годичным кольцам. Наименьшее у деталей радиального распила. Теоретически у деталей из досок радиального распила коробление должно отсутствовать. Практически при обычных методах рас кроя бревен радиальными оказываются только центральные доски постава. Все остальные доски имеют тангентальное или смежное с ним расположение пластей, а изготовленные из них детали, как и сами доски, подвержены короблению. Поэтому в производстве изделий даже при наличии достаточно широких досок широкие детали и массивные щиты для уменьшения их коробления желательно склеивать из узких заготовок шириной, не превышающей 60-70 мм.

Не меньшее значение имеет анизотропия механических свойств натуральной древесины.

Волокнистое строение обусловливает очень большое различие в механических свойствах древесины вдоль и поперек волокон. Предел прочности на растяжение и модуль упругости поперек волокон примерно в 20 раз меньше предела прочности и модуля упругости на растяжение вдоль волокон. Значительная разница и у других показателей механических свойств. Предел прочности на сжатие поперек волокон у древесины хвойных пород примерно в 10 раз меньше предела прочности на сжатие вдоль волокон. У древесины лиственных пород эти показатели отличаются в 6 раз. Предел прочности при статическом изгибе брусков с направлением волокон, совпадающим с осью изгибаемого бруска, также примерно в 20 раз превышает предел прочности в случае поперечного расположения волокон. Сопротивление перерезанию древесины в направлении перпендикуляр ном волокнам примерно в 4 раза больше сопротивления сдвигу в плоскости волокон.

Капиллярно-волокнистое строение древесины оказывает существенное влияние и на ее технологические свойства. Древесина неодинаково проницаема для жидкостей вдоль и поперек волокон. Вдоль волокон проницаемость древесины значительно выше, так как жидкость может продвигаться по капиллярам клеток. Поперек волокон капиллярная проницаемость почти отсутствует. В поперечном направлении древесина оказывается малопроницаема для жидкостей и практически совершенно непроницаема для больших громоздких молекул большинства клеев и пленкообразователей.

Иными свойствами обладают торцовые и близкие к ним по углу перерезания волокон поверхности древесины. Растворы даже высокомолекулярных пленкообразователей и клеев легко поглощаются капиллярами, и поэтому торцовые поверхности плохо отделываются и еще хуже склеиваются, требуются завышенные расходы материалов и труда.

В производстве изделий натуральная древесина потребляется в виде пиломатериалов (досок, брусьев, брусков или выпиленных из них заготовок), а также в виде лущеного и строганного шпона. Досками называют пиломатериалы, ширина которых более их двойной толщины, брусками - пиломатериалы, ширина которых не более двойной толщины. Брусьями называют пиломатериалы большого сечения, толщина и ширина которых более 100 мм.

Государственные стандарты различают пиломатериалы хвойных пород (сосна, ель, пихта, лиственница и кедр) и пиломатериалы лиственных твердых пород (дуб, ясень, бук, клен, граб, вяз, ильм, берест, береза) и мягких (ольха, осина, липа, тополь) и др.

В стандартах нормируются размерные ряды пиломатериалов (по длине, ширине и толщине) и допускаемые отклонения размеров. ГОСТы допускают широкое разнообразие длин пиломатериалов, особенно лиственных пород, с целью наиболее полного использования стволовой части деревьев.

Ширина пиломатериалов древесины лиственных пород установлена от 60 до ПО мм, а хвойных - от 80 до ПО мм с градацией через 10 мм, затем 130, 150, 180, 200 у лиственных и 130, 150, 180, 200, 250 мм у хвойных. По подобному типу ступенчатых арифметических прогрессий построены ряды толщин.

Допускаемые отклонения от стандартных размеров у всех материалов по длине составляют +50 и -25 мм. По толщине при размерах до 32 мм включительно + 1 мм, при больших толщинах +2 мм. По ширине при размерах до 100 мм +2 мм, более 100 мм +3 мм.

Размеры и допуски на них установлены для пиломатериалов влажностью 15%. Если пиломатериал имеет более высокую влажность, его размер по толщине и ширине должен иметь припуск на усушку до 15% по ГОСТ 6782-80. Пиломатериалы с влажностью менее 15% могут отклоняться от установленных размеров в меньшую сторону на величину усушки от влажности 15% до фактической.

В зависимости от качества древесины пиломатериалы хвойных пород разделяют на отборный, 1, 2, 3 и 4-й сорта, лиственных пород на 1, 2 и 3-й сорта. Пиломатериалы относят к тому или иному сорту по нормам допускаемых пороков (количеству, размерам и расположению сучков, трещин, пороков строения, грибных повреждений и др.) и дефектам обработки (наличию и размерам обзола, покоробленности и др.). Пиломатериалы высших сортов (отборного, 1-го) предназначаются в основном для использования в целом виде и для раскроя преимущественно на крупные заготовки ответственных деталей (специального судостроения, вагоностроения, сельскохозяйственных машин, платформ грузовых автомобилей, дверей и окон для строительства и др.). Пиломатериалы низших сортов используются для менее ответственных деталей, и чаще всего для раскроя на заготовки мелких деталей, например брусковой мебели, тары и др., так как мелкие заготовки могут быть вырезаны из бездефектных участков, имеющихся даже у низкосортных пиломатериалов. При этом, чем больше размеры заготовок, тем выше требования к качеству их древесины, а чем ниже сорт пиломатериала, тем меньше заготовок удается из него получить. Поэтому предприятия потребителя заинтересованы в получении пиломатериалов высоких сортов, несмотря на их более высокую стоимость, так как последняя, оправдывается большим выходом заготовок и сокращением трудозатрат на их получение. Однако общегосударственные интересы требуют рационального использования пиломатериалов в соответствии с их сортностью и отвечать нуждам данного производства. Рационально использовать пиломатериалы можно при раскрое их на лесопильном предприятии и поставке готовых заготовок предприятиям, изготавливающим изделия. Заготовки выпускают пилеными, т. е. выпиленными из досок или брусьев без дополнительной обработки, и калиброванными, т. е. фрезерованными по толщине. С целью лучшего использования древесины на лесопильных предприятиях заготовки выпускают не только цельные, но и клееные по длине, ширине или толщине. Размеры и технические требования к заготовкам для изготовления строительных деталей, железнодорожных вагонов, мебели, сельскохозяйственных машин, грузовых автомашин, малотоннажных судов регламентированы ГОСТом. В отличие от стандартов на пиломатериалы стандарты на заготовки предусматривают более мелкую их градацию по длине: через 50 мм при длине от 0,5 до 1,0 м и в 100 мм при длине свыше 1 м. Градации заготовок по толщине в основном совпадают с градацией по толщине пиломатериалов, с той лишь разницей, что для заготовок из хвойных пород предусматриваются еще толщины в 7 и 10 мм, а заготовок из лиственных пород - толщина в 10 мм. Максимальная ширина заготовок из хвойных пород составляет 200 мм, а у лиственных - 150 мм.

Пиленые заготовки выпускают влажностью до 22%. Влажность клееных и калиброванных заготовок, а также заготовок для паркетных полов должна соответствовать влажности деталей, для которых они предназначены. По качеству древесины заготовки хвойных пород разделяют на 4 группы, заготовки из древесины лиственных пород - на 3 сорта.

По техническим требованиям допускаются пороки древесины и дефекты обработки, приводимые в стандартах для заготовок разных групп и сортов, выше допускаемых дефектов в пиломатериалах, с учетом прямого использования заготовок для изготовления деталей определенного назначения. Стандарты не исключают изготовления и поставки заготовок по специальным заказам. Для конструкционных пиломатериалов, качество которых определяется физико-механическими показателями, сортность целесообразно устанавливать по значениям этих показателей, а не по породам древесины и наличию природных дефектов. Такой принцип сортирования пиломатериалов более прогрессивен. Он связывает сортность с требованиями к пиломатериалам по назначению. Для вагоностроения в таком случае предусмотрено только два сорта досок: К19 и К24. Эти сорта различаются по пределам нормативных сопротивлений при изгибе на кромку соответственно 19 МПа и 24 МПа. Такой подход к оценке качества пиломатериалов повышает эффективность использования имеющихся ресурсов древесины.

Шпон. В зависимости от способа получения различают лущеный и строганный древесный шпон. Шпон лущеный предназначается для изготовления фанеры, гнуто-клееных заготовок, слоистых пластиков, облицовки столярных плит и других древесных материалов. Способ срезания лущеного шпона по спирали относительно оси вращения чурака определяет характер текстуры поверхности. Она близка к тангентальной поверхности досок с еще большими промежутками между границами ранней и поздней древесины годичных колец. За исключением редких случаев, когда лущению подвергается свилеватая древесина (например, волнистая береза), текстура лущеного шпона не представляет большой ценности в декоративном отношении. Поэтому лущеный шпон редко применяется в качестве облицовочного материала. Чаще всего он выполняет только конструктивные функции.

Лущеный шпон выпускается листами длиной (вдоль волокон) от 800 до 2500 мм и шириной от 150 до 2500 мм. Толщина шпона может быть от 0,35 до 4 мм. Допускаемые отклонения при толщине шпона до 1,15 мм составляют +0,05, при толщине 1,5 мм +0,1 мм. Стандарт допускает получение лущеного шпона из древесины многих пород, однако практически основную массу шпона в у нас в стране получают из древесины березы, реже из древесины сосны и только в южных районах страны иногда шпон получают из древесины бука.

В зависимости от наличия пороков и дефектов обработки лущеный шпон разделяют на сорта: А, АВ; В; ВВ; С; 1; 2; 3. Сорта шпона А, АВ, В, ВВ и С предназначаются для наружных слоев фанеры, сорта 1, 2 и 3-й-только для внутренних слоев.

В отличие от лущеного строганный шпон предназначается в качестве облицовочного материала. В зависимости от направления годичных колец при строгании шпона и полученной текстуры различают следующие виды строганного шпона: радиальный Р, если годичные слои имеют вид прямых параллельных линий по всей поверхности листа, а сердцевинные лучи в виде поперечных полос расположены не менее чем на 3Д площади листа; полурадиальный ПР, если годичные слои в виде прямых параллельных линий расположены не менее чем на 3Д, а сердцевинные лучи в виде наклонных или поперечных полос расположены не менее чем на 7г площади листа; тангентальный Т, если годичные слои образуют конусы нарастания, а сердцевинные лучи имеют вид продольных или наклонных штрихов; тангентально-торцовый ТТ, если годичные слои имеют вид замкнутых кривых линий.

Строганный шпон получают из древесины многих пород: лиственных рассеянно-сосудистых - бука, ореха, чинары, груши, яблони, черешни, березы, тополя и др.; кольцесосудистых - дуба, ильма, каштана, ясеня, вяза, шелковицы, бархатного дерева, дзельквы, акации, карагача и хвойных - тиса, сосны, лиственницы.

Строганный шпон из сосны и лиственницы получают только радиального и полурадиального видов, так как тангентальный не применяют для облицовки из-за очень большой разницы в плотности ранней и поздней зон годичных слоев.

В зависимости от качества древесины и обработки строганный шпон разделяется на 1-й и 2-й сорта. Нормы допускаемых пороков и дефектов обработки по сортам и размеры листов шпона установлены стандартом. Влажность строганного шпона (как и лущеного) должна быть 8+2%, толщина шпона из кольцесосудистых и хвойных пород 0,8 и 1,0 мм, из рассеянно-сосудистых 0,4; 0,6 и 0,8 мм, а предельные отклонения по толщине +0,05 мм.

Толщина строганного шпона имеет большое технико-экономическое значение. От толщины шпона зависит его выход из сырья. Чем тоньше шпон, тем больше его может быть получено из одного кряжа при строгании. Поскольку ресурсы древесины, из которой получают наиболее ценный и декоративный строганный шпон, ограничены, желательно производство и применение наиболее тонкого шпона. Но с уменьшением толщины шпона работа с ним осложняется; шпон больше ломается при обработке, чаще наблюдается просачивание клея со стороны, обращенной к облицовываемой детали, на наружную сторону. С учетом этого ГОСТ предусматривает изготовление из древесины кольцесосудистых пород, обладающих крупными порами, через которые может происходить просачивание клея, более толстого шпона (1,0-0,8 мм), а из рассеянно-сосудистых пород наиболее тонкого шпона, толщиной до 0,4 мм. У шпона принято различать лицевую, или условно правую, и обратную ей левую стороны. Лицевой, или правой, называют наружную сторону шпона, срезаемого с кряжа или чурака. Левой - противоположную сторону. Условия срезания шпона создают разницу в структуре поверхности правой и левой сторон шпона. Поверхностный слой шпона с лицевой стороны всегда более уплотнен за счет действия обжимной линейки. Доминирующими неровностями на поверхности являются углубления - следы вырывов ножом пучков волокон, количество и величина этих вырывов зависят от остроты ножа и качества древесины. У лущеного шпона больше вырывов образуется в местах косослоя. На обратной (левой) стороне шпона поверхностный слой обычно несколько разрыхлен за счет растяжения при отгибе, в нем возможны микротрещины, а неровности имеют вид местных бугорков, вытянутых вдоль волокон. Вероятность появления и размеры трещин на левой стороне шпона зависят от толщины шпона и режимов его получения. С увеличением толщины вероятность появления и глубина микротрещин возрастают.

Древесные материалы. Под древесными материалами принято понимать фанеру и фанерные плиты, столярные, древесностружечные и древесноволокнистые плиты (ДВП) и другие материалы, изготовленные путем предварительного деления древесины (на шпон, рейки, мелкие древесные частицы) и последующего их склеивания.

Характерной особенностью всех этих конструкционных материалов является значительно меньшая анизотропия их свойств по сравнению со свойствами натуральной древесины. У древесных, плит и фанеры не наблюдается усушки и набухания в двух направлениях (по длине и ширине), для них характерны малая разница или одинаковые механические свойства в этих направлениях. Достигается это за счет перекрестного направления волокон и частиц древесины в смежных слоях.

При изменении влажности такого материала набуханию или усушке каждого слоя в поперечном к волокнам направлении препятствуют смежные слои, связанные с ним слоем клея.

У древесноволокнистых и древесностружечных плит плоского прессования по длине и ширине плит не наблюдается набухания и усушки за счет случайного расположения волокон мелких древесных частиц в плоскости прессования с одинаковой статистической вероятностью по длине и ширине плиты. Механические свойства древесных материалов нормируются стандартами и зависят от их конструкции, плотности, применяемых клеев, способов и режимов изготовления.

Фанера общего назначения может быть изготовлена из древесины разных пород (березы, ольхи, липы, осины, бука, сосны, ели, лиственницы и других пород), даже в одном листе: например, средний слой из древесины одной породы, а наружные слои

из древесины другой породы. Фанеру считают изготовленной из той породы, из которой изготовлены ее наружные слои. В зависимости от вида клея фанера общего назначения подразделяется на марки: ФСФ - повышенной водостойкости, склеенная фенолформальдегидными клеями; ФК - склеенная карбамидоформальдегидными клеями; ФБА - склеенная альбуминоказеиновыми клеями. В зависимости от качества древесины и обработки лицевого слоя фанера общего назначения делится на пять сортов: А/АВ, АВ/В, В/ВВ, ВВ/С, С/С. Внутренние слои фанеры изготавливают из шпона 1, 2 и 3-го сортов. Механические свойства фанеры общего назначения не нормируются, за исключением водостойкости, характеризуемой пределом прочности при скалывании по клеевому слою после разных сроков кипячения или вымачивания.

Фанера, облицованная строганым шпоном, по виду применяемого клея разделяется на марки: ФОФ - склеенная фенолформальдегиднымй клеями и ФОК - склеенная карбамидными клеями. По количеству облицованных сторон облицованная фанера подразделяется на двустороннюю и одностороннюю. В последней один наружный лицевой слой изготовляется из строганного шпона, другой из лущеного шпона не ниже сорта ВВ.

В зависимости от количества пороков на облицованных строганных шпоном слоях фанера разделяется на два сорта (1-й и 2-й).

Фанера декоративная представляет собой фанеру с декоративными покрытиями на основе карбамидомеламиноформальдегидных (фанера марок ДФ-1. и ДФ-2) и меламиноформальдегидных смол (фанера марок ДФ-3 и ДФ-4). Покрытия могут быть прозрачными и непрозрачными, с имитацией текстуры ценных пород древесины, глянцевые и полуматовые. В зависимости от качества поверхности декоративную фанеру выпускают двух сортов: 1-го и 2-го.

Фанеру бакелизированную изготавливают из березового лущеного шпона на основе фенол- или крезолформальдегидных клеев. Она предназначается для нужд машиностроения и строительства. В зависимости от атмосферостойкости фанера подразделяется на марки: ФБС и ФБС1 -для конструкций, работающих в атмосферных условиях; ФБВ и ФБВ1 -для конструкций, работающих в помещениях; ФБС-А и ФБС1-А - для конструкций, применяемых в автомобилестроении. Фанера марки ФБС может применяться и в изделиях, эксплуатируемых в условиях тропического климата.

Фанеру авиационную изготавливают из тонкого высококачественного березового шпона с применением фенолформальдегидных смол, листами размером по длине от 1000 до 1525 мм и по ширине от 800 до 1525 мм с градацией в 25 мм. В зависимости от применяемых клеев фанера подразделяется на марки БП-А, БП-В - склеенная соответственно бакелитовой пленкой А и В, и марки БС-1 и БПС-1В - склеенная смолой СФЖ-3011 и бакелитовой пленкой. В зависимости от показателя предела прочности вдоль волокон и качества шпона фанера подразделяется на два сорта: 1-й и 2-й.

Плиты фанерные представляют собой слоистый материал, склеенный из семи и более листов лущеного шпона синтетическими клеями. Отличаются они от клееной фанеры большей толщиной и порядком набора слоев шпона. Плиты фанерные изготовляются следующих марок:

ПФ-А - облицованные строганым шпоном и необлицованные, смежные слои шпона у которых имеют взаимно перпендикулярное направление волокон древесины;

ПФ-Б - плиты, у которых пять слоев шпона с параллельным направлением волокон чередуются с одним слоем шпона, имеющим перпендикулярное направление волокон. В крайних и центральном наборах допускается меньше пяти слоев;

ПФ-Х - плиты, у которых все. слои имеют параллельное направление волокон. Выпускают их толщиной 13, 29 и 33 мм; они предназначены для изготовления хоккейных клюшек;

ПФ-Л - плиты, у которых все слои имеют параллельное направление волокон. Они имеют большую длину, чем плиты ПФ-Х, и толщины: 14, 16, 18, 20 и 22 мм; предназначены они для изготовления лыж.

В зависимости от качества древесины и дефектов обработки наружных слоев шпона фанерные плиты разделяются на сорта.

Плиты столярные представляют собой реечные плиты, оклеенные с обеих сторон двумя слоями лущеного шпона (наружный слой и подслой) общей толщиной не менее 3 мм (с каждой стороны плиты), и так, чтобы направление волокон во всех четырех слоях шпона было одинаково и перпендикулярно к направлению волокон в рейках. В зависимости от конструкции щита столярные плиты подразделяются на три типа: HP - щит из не склеенных между собой реек; СР - щит из склеенных между собой реек; БР - щит из реек, выпиленных из склеенных в блок досок. Плиты типа HP обладают большей, по сравнению с другими, формоустойчивостью, но меньшей жесткостью.

Древесностружечные плиты по масштабам производства и применения находятся на первом месте среди других древесных материалов. В основном такие плиты изготавливают методом горячего плоского прессования. Показатели их прочности во многом зависят от плотности и технологии изготовления.

Модуль упругости и предел прочности при статическом изгибе у древесностружечных плит одинаковы по длине и ширине плиты, но значительно меньше, чем у натуральной древесины вдоль волокон. Для улучшения работы плит на изгиб их обычно упрочняют путем облицовывания, чаще всего древесным шпоном. Стружечные плиты обладают невысокой прочностью на растяжение перпендикулярно пласти плиты (0,3-н0,6 МПа), что необходимо учитывать при проектировании их соединений.

В зависимости от назначения различают три марки (вида) стружечных плит: П-1, П-2 и П-3, отличающиеся качеством поверхности и плотностью.

Плиты марки П-1, предназначающиеся для изготовления деталей мебели, радио- и телевизионных приемников и панелей, отделываемых лакокрасочными материалами и тонкими пленками, в том числе и ламинированием, должны иметь особо гладкую поверхность, шероховатость ее должна быть не более 80 мкм по параметру Rmms.x, плотность в пределах 650- 800 кг/м3. По ГОСТу толщина плит может быть от 10 до 25 мм (с градацией в 1 мм) и отклонением +0,2 мм. Однако, как правило, плиты выпускают толщиной в 16 или 19 мм. Плиты марки П-1 могут быть трехслойными и многослойными, т. е. с постепенным переходом от мелких фракций древесных частиц, почти пыли, на поверхности плиты до крупных в середине.

Плиты марки П-2 (плотностью 550-750 кг/м3) выпускают двух групп: А и Б. Плиты группы А в основном трехслойные, группы Б - однослойные. Плиты выпускают нешлифованными и шлифованными. Шлифованные плиты должны иметь те же толщины, что и плиты марки П-1, но с допуском +0,6 мм. Допуск на толщину у нешлифованных плит составляет -1,0, а при толщинах свыше 20 мм - 1,2 мм.

В отличие от плит марки П-1, плиты марки П-2 предназначены для деталей мебели, корпусов приборов, непищевой тары, стеллажей и других изделий, к поверхности которых не предъявляется высоких требований. Она может оставаться необлицованной или быть облицованной жесткими материалами, натуральным шпоном или декоративным бумажно-слоистым пластиком (ДБСП). Поэтому у плит этой марки допускается значительно большая шероховатость, чем у плит марки П-1. Она не должна превышать у шлифованных плит группы А по параметру Rmm&s. 200 мкм и нешлифованных 320 мкм, а у плит группы Б шлифованных - 320 мкм, у нешлифованных 500 мкм.

По прочностным показателям плиты марки П-2 группы А не должны отличаться от показателей плит марки П-1. У плит группы Б эти показатели могут быть несколько ниже.

Плиты марки П-3 предназначаются в основном для деталей строительных и транспортных конструкций (полы, кровли, стеновые панели, перегородки вагонов, кузова автофургонов и т. п.). Они должны обладать повышенной прочностью, поэтому плотность этих плит установлена в пределах 750+ 850 кг/м3. Плиты, рассчитанные на облицовку шпоном, линолеумом или ДБСП, должны выпускаться только трехслойными, шлифованными или нешлифованными. Шероховатость шлифованных плит должна быть в пределах 200 мкм, нешлифованных- 320 мкм. В зависимости от наличия дефектов поверхности стружечные плиты марок П-2 и П-3 могут быть отнесены к первому или второму сорту (плиты марки П-1 должны соответствовать только первому сорту).

Древесноволокнистые плиты в зависимости от плотности разделяют на мягкие (марок М-4, М-12, М-20), полутвердые (ПТ-100), твердые (Т-350 и Т-400) и сверхтвердые (СТ-500). Числа в обозначениях марок плит указывают минимально допустимую по ГОСТу величину прочности плит этой марки при изгибе в кг/см2.

Мягкие плиты имеют Малую плотность (не выше 350 кг/м1)-, низкую прочность и применяются как теплоизоляционный материал. Полутвердые плиты (плотностью от 400 до 800 кг/м3) находят применение в строительстве, например для подвесных потолков. Твердые и сверхтвердые плиты находят широкое применение как конструкционный материал в строительстве (обшивки потолков, щитовых дверей перегородок, настила полов под линолеум и т. д.), в производстве мебели (донышки ящиков, задние стенки корпусной мебели и др.), автокузовов и др. Такие плиты изготавливают толщиной 2,5; 3,2; 4,0; 5,0 и 6,0 мм с.отклонением +0,3 мм, но наиболее распространена толщина плит 3,2 мм. Такие плиты заменяют фанеру толщиной 3 и 5 мм. Подобно древесностружечным древесноволокнистые плиты выпускают разных форматов, т. е. до 5,5 м в длину и более 2 м шириной. В зависимости от способа производства древесноволокнистые плиты могут иметь одну гладкую лицевую и рифленую нелицевую поверхности (плиты мокрого способа формования) или обе гладкие поверхности (плиты сухого способа формования).

Полимерные материалы. Современные успехи техники и технологии теснейшим образом связаны с широким применением синтетических полимерных материалов. К полимерам относят вещества, молекулы которых образованы многократным соединением молекул исходного продукта - мономера. В зависимости от формы связей исходных молекул полимеры могут иметь линейную или разветвленную структуру строения макромолекулы. В линейных структурах исходные молекулы соединены в длинную цепочку. В разветвленных - имеются ответвления от основной цепи. Ответвления могут быть в одной плоскости- сетчатая структура или в пространстве - трехмерная. Если ответвления состоят из тех же звеньев, что и основная цепь, то такие полимеры называют приватными. По составу основной цепи макромолекулы полимеры различают на карбоцепные (цепи образованы за счет связей атомов углерода), гетероцепные (цепи образованы другими многовалентными атомами серы, азота) и элементоорганические, в цепи которых входят атомы кремния, титана и т. п. Структура строения макромолекулы определяет свойство полимера. Чем больше ответвлений, тем прочнее и устойчивее полимер. Полимеры, имеющие малые макромолекулы, называют олигомерами, обладающими промежуточными свойствами между мономерами и полимерами. Полимеры классифицируют по происхождению, виду реакции образования и свойствам их назначения.

По происхождению полимеры делят на две группы: природные и синтетические. Иногда выделяют промежуточную группу - искусственные, полученные химическим воздействием на природные. Наиболее обширную и практически неограниченную группу образуют синтетические полимеры, которые широко используются в промышленности. По характеру реакции образования макромолекул полимеры различают: полимеризационные, поликонденсационные и химически модифицированные. Полимеризационные полимеры получают в результате реакции полимеризации. Конденсационные - конденсацией, модифицированные- химическим взаимодействием. К полимеризационным полимерам относятся полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиизобутилен, фторопласт, полистирол и др.; поликонденсационным-полиамиды, полиэфиры, полиуретаны, карбамиды, меламины, формальдегиды и т. п.; химически модифицированным - целлулоид, этролы, поливиниловый спирт, ацетали и т. п.

При полимеризации укрупнение молекул происходит за счет раскрытия кратных связей или циклов. При этом звенья получаемого полимера остаются идентичными с молекулами исходного мономера. В реакции полимеризации участвуют вещества, имеющие двойные и тройные связи. Например: СН2 = СН2- этилен, СН3-С=СН - метилацетилен и т. п.

Если в реакции полимеризации участвуют два мономера или более, ее называют реакцией сополимеризации, а получаемый продукт - сополимером. Полимеризация может быть вызвана возбуждением мономера облучением, нагреванием и т. п., при котором раскрываются внутренние связи и отдельные свободные радикалы мономера становятся активными. При этом полимеризацию называют радикальной. В зависимости от метода иницианирования радикальную полимеризацию называют термической, фотохимической, радиационной и т. д. Для иницианирования реакции полимеризации необходима затрата энергии активации, которая обычно составляет от 12 до 42 кДж/моль. Полимеризация может быть обусловлена активностью ионов, образующихся при распаде катализатора. Такую полимеризацию называют каталитической, или ионной. При ионной полимеризации заряд иона катализатора вскрывает внутренние связи мономера и последовательно переходит по образующейся цепи, повторяя свою роль в формировании последующих связей. Размеры макромолекул, образующихся при полимеризации, зависят от концентрации мономера, свойств катализатора, наличия ингибитора и других режимных факторов.

При поликонденсации укрупнение молекул происходит за счет взаимодействия низкомолекулярных веществ, имеющих свободные связи и обладающих химической активностью относительно друг друга. При этом образуются побочные продукты и может выделяться тепло.

При химической модификации из мономеров и модифицирующих веществ получают полимеры с новыми свойствами. Химическая модификация является важнейшим и перспективным методом получения сложных полимеров с прогнозируемыми свойствами. Примером модифицированного полимера является превосходный сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола (АБС).

Полимеры обладают свойством пластичности, которая зависит от строения их молекул. Различают термопластичные и тёрмореактивные полимеры. При повышении температуры термопластичные полимеры размягчаются, при охлаждении твердеют. Они имеют линейную структуру. К ним относятся полиэтилен, полиамиды, полипропилен, полистирол и др.

Термореактивные полимеры при нагревании образуют трехмерные связи - твердые вещества, нерастворимые и неразмягчающиеся. К ним относятся некоторые виды клеев. Макромолекулы полимеров имеют свойства связывать молекулы различных веществ, обладают способностью к межмолекулярным связям - адгезии. Это свойство полимеров используется для получения из них пластмасс и клеев.

Пластмассы разнообразны по составу, свойствам, способам переработки и применению. За основу их классификации могут быть приняты различные признаки. Чаще всего используют классификацию по синтезу полимера, составляющего основу или используемого в качестве пластмассы. В зависимости от назначения пластмассы различают: конструкционные, электротехнические, теплоизоляционные, антикоррозийные, антифрикционные и т. д. По характеру воздействия тепла различают: термопласты, размягчающиеся при нагреве, и реактопласты, образующие при нагреве пространственную структуру связей, стойкие и нестареющие конструкционные материалы. Такую классификацию принято считать условной.

Пластические массы как конструкционные материалы широко применяются во многих отраслях промышленности, а также в строительстве и сельском хозяйстве для изготовления всевозможных изделий. Они не только заменяют ранее применявшиеся традиционные материалы, но и во многих случаях значительно превосходят их по некоторым свойствам, и особенно по технологичности.

Во всех случаях свойства пластмасс определяются в первую очередь свойствами основного компонента - полимера. Однако для придания пластмассам нужных свойств в соответствии с назначением вводят и другие компоненты, например наполнители, пластификаторы, красящие вещества и др.

Некоторые пластмассы представляют собой почти чистые полимеры, содержащие только небольшие добавки вспомогательных веществ (красителей, стабилизаторов, пластификаторов и др.). Такие пластмассы называют ненаполненными. В состав других вводят в значительных количествах, иногда до 60%, твердые инертные вещества - наполнители.

В особую группу конструкционных пластмасс могут быть выделены газонаполненные пластмассы. Их получают вспениванием полимеров, чаще всего в процессах переработки в изделия. От монолитных пластмасс они отличаются легкостью, высокими тепло- и звукоизоляционными характеристиками.

Различают газонаполненные пластмассы с закрытыми, не сообщающимися друг с другом ячейками (пенопласты) и газонаполненные пластмассы с сообщающимися между собой ячейками (поропласты).

Пенопласты имеют лучшие теплоизоляционные свойства, малое водо- и влагопоглощение. Поропласты обладают лучшими демпфирующими свойствами. Приведенное разделение газонаполненных пластмасс на пено- и поропласты условно, так как на практике не удается получать вспененные материалы только с открытыми или только с закрытыми ячейками. Поэтому очень часто по отношению к вспененным материалам применяют один общий термин - пенопласты.

Пенопласты можно получать почти из всех полимеров. Их разделяют на эластичные и жесткие, в зависимости от свойств полимера, составляющего основу пенопласта.

Эластичные пенопласты, особенно на основе полиуретана, широко применяются в качестве амортизационного материала в мягкой мебели, матрацах, сиденьях автомобилей и т. д. Жесткие пенопласты применяют для изготовления легких несущих конструкций, тепло- и звукоизоляционных материалов. Все большее распространение находят интегральные пенопласты, у которых внутренняя часть состоит из вспененного материала, переходящего в монолитную массу к поверхности.

Изделия из таких интегральных пенопластов не требуют облицовки.

Переработка пластмасс, т. е. изготовление из них нужных деталей, целесообразна на предприятиях-потребителях. В основном это относится к вспененным пластмассам, перевозка которых на большие расстояния невыгодна ввиду их малой плотности. Более рациональна перевозка их компонентов и получение вспененных материалов на месте их потребления. Пластмассы могут перерабатываться:

1. прессованием порошков и гранул реактопластов в горячих пресс-формах, порошков термопластов в холодных прессформах с последующим спеканием (нагревом), слоистых пластиков на горячих плитах многоэтажных прессов;
2. литьем под давлением расплавленных термопластов в охлаждаемые формы или порошков и гранул реактопластов в горячие формы;
3. литьем без давления в горячие или холодные формы;
4. экструзией расплава термопласта через головки с различным профильным сечением для получения погонажных изделий или трубчатых заготовок с последующим раздувом в емкостные изделия или пленки;
5. формованием предварительно нагретых листов пневмои вакуум-способами, вспениванием пластмасс в формах;
6. механической обработкой заготовок, прокаткой листов, сваркой.

По сравнению с природным полимером - древесиной современные пластмассы как конструкционный материал обладают положительными и отрицательными свойствами. К числу недостатков полимеров следует отнести:

1. Стоимость даже самых дешевых пластмасс выше стоимости древесины.
2. Плотность большинства пластмасс выше плотности древесины, за исключением газонаполненных поро- и ценопластов; плотность пластмасс составляет от 0,9 до 1,4 г/см3 по сравнению с плотностью от 0,5 до 0,7 г/см3 у распространенных и обычно применяемых в изделиях древесных пород.
3. Пластмассы более чувствительны к температуре и действию знакопеременных нагрузок, чем древесина. При длительном действии повышенных температур обнаруживают свойство холодной ползучести.
4. Прочностные, деформационные и другие свойства пластмасс меняются во времени в сторону ухудшения, т. е. пластмассы быстро стареют по сравнению с древесиной.