Производство клееного щита

Клееный щит производится в основном двух видов: однослойный и многослойный. Однослойные щиты состоят из реек, брусков, ламелей толщиной в основном 14–60 мм и шириной от 18 мм, склеенных друг с другом в один слой в параллельном направлении волокон на гладкую фугу. Эти ламели могут быть, в свою очередь, либо склеенными по длине (сращенными на зубчатый минишип), так и цельными бездефектными фиксированной длины, полученными при раскрое досок с применением автоматических торцовочных станков – оптимизаторов.

Многослойным щитом называют трех или пятислойный щит с симметричной укладкой по слоям и склеенный из нескольких однослойных щитов, представляющих наружные и средние слои. В трехслойном щите направление волокон древесины в обоих лицевых слоях параллельно, а средний слой развернут на 90 градусов. Аналогична конструкция и пятислойного щита – первый и пятый наружные слои, и третий внутренний слой имеют одинаковое направление волокон, а второй и четвертый внутренние слои развернуты относительно предыдущих на 90 градусов, то есть слои склеены крест-накрест. Толщина многослойных щитов составляет от 12 до 60 мм, хотя могут быть изготовлены под заказ и щиты толщиной 75 мм. Минимальные размеры лицевых ламелей многослойных щитов составляют по толщине 3,5 мм и ширине – 60 мм.

При этом толщина лицевых и внутренних слоев щитов может быть как одинаковой, так и разной в зависимости от их назначения. Наибольшим спросом пользуются массивные однослойные щиты. Их толщина, как правило, составляет 16–24 мм, хотя бывают и щиты толщиной свыше 50 мм.

Технология производства

Для производства массивного (однослойного) клееного щита используются как цельные, так и сращенные по длине на зубчатый минишип ламели. Совместное сочетание в одном щите сращенных и цельных ламелей практически не встречается. Сращивание может выполняться как на стандартные зубчатые профили, по кромке, пласти, так и из склеенных по плоскости ламелей.

Однослойный клееный щит классифицируется по областям применения. Если в условиях эксплуатации готового изделия из клееного щита ожидается изменение влажности окружающей среды в значительных пределах, то может происходить его периодическое разбухание, а затем – усушка, что зачастую приводит к расхождению клеевых швов. Если ламели готового щита разбухают из-за ранее пересушенных заготовок, и деформация клеевого шва, обусловленная свойствами древесины, не учитывается, то возникающие при разбухании значительные напряжения могут привести к серьезным повреждениям готового изделия. Результатом усушки древесины в случае использования слишком влажных заготовок, является раскрытие клеевого шва в изделии. Поэтому при производстве клееного щита необходимо серьезное внимание уделять качеству сушки древесины и ее кондиционированию.

В начале следующего после сушки производственного участка устанавливается автоматическое устройство непрерывного контроля влажности, выбраковывающее заготовки несоответствующей влажности. Кроме того, на всех этапах производства должна обеспечиваться температура в диапазоне 18–20 оС, а влажность – 53–56%. При недостаточной влажности заготовки будут пересыхать и растрескиваться.

Так как натуральная древесина при сушке подвергается большим внутренним напряжениям и может деформироваться,для склеивания щитов используются узкие ламели шириной 40–80 мм. После склеивания получается древесный материал, который по сравнению с толстой доской имеет минимум внутренних напряжений, а, следовательно, меньше коробится. Однако под воздействием окружающей среды он способен впитывать и отдавать влагу – разбухать и усыхать, практически не теряя формы.

При использовании клееного щита внутри жилых помещений, где влажность редко превышает 15–18%, прочность клеевого шва щитов обеспечивается применением клеев класса D3 устойчивости к воздействию влаги.

Сырье

От пород древесины клееного щита зависит состав операций технологического процесса, производительность, коэффициент использования древесины, себестоимость продукции, а также выбор оборудования. Щиты из древесины мягких пород (ели, осины) экономичнее в производстве, чем щиты из древесины твердолиственных пород.

Разница не только в стоимости сырья и удобной доставке, но и в более низких затратах на изготовление щита и требованиях к его качеству. Древесные хвойные породы легче обрабатываются, можно использовать большие скорости подачи и обеспечить большую производительность. При этом заметно снижаются затраты на энергию и персонал. Разница между применяемыми породами древесины особенно заметна во время получения ламелей фиксированной длины при продольном раскрое пиломатериалов.

Из древесины хвойных пород получается 60–70% ламелей фиксированных длин, лишь 30–40% поступает для сращивания на минишип. Для твердолиственных пород это соотношение является обратным, возрастет загрузка оптимизаторов и линий сращивания, что негативно сказывается на экономических показателях производства.

Требования к качеству

По европейским стандартам массивный клееный щит по визуальным отличительным признакам качества подразделяется на три категории, при этом категория присваивается по качеству лучшей из сторон щита:

• качество А – щит практически не содержит ламелей с заболонью и сердцевиной, допускаются отдельные здоро вые вросшие, не выделяющиеся по цвету сучки;

• качество В – допускаются пороки, типичные для данных пород древесины: здоровая заболонь и сердцевина, здоровые вросшие сучки диаметром до 30 мм и заделанные лодочками участки длиной до 30 мм;

• качество С – данный класс не выставляет никаких значительных требований по качеству продукции.

Основной объем продукции выпускается в соответствии с требованиями заказчика. Наибольший объем выпуска клееных щитов приходится на продукцию, изготовленную из древесины хвойных пород (сосны, ели, лиственницы). Эти щиты наиболее дешевые и выпускаются следующих размеров: длина 2050–5000 мм, ширина 100–2050 мм и толщина 13–55 мм. Щиты из древесины твердолиственных пород достаточно дороги и изготавливаются под размеры типовых изделий, определяемых заказчиком. Они могут иметь следующие размеры: длина 1250–4500 мм, ширина 200–1320 мм и толщина – 12–52 мм.

Европейские стандарты производства клееного щита из ламелей фиксированных длин древесины хвойных пород рекомендуют использовать обрезные пиломатериалы толщиной 54 мм и шириной 110, 125 или 150 мм.

Сначала доска обрабатывается со всех четырех сторон по сечению на четырехсторонних продольно-фрезерных станках, что позволяет вскрыть внешние дефекты и недопустимые дефекты строения древесины. Затем она раскраивается на круглопильном многопильном станке вдоль, на несколько ламелей. Далее ламели разворачиваются на 90 градусов и в прессе склеиваются по фрезерованным поверхностям в щит.

Эти две операции можно совместить, если использовать специальные ламельные станки, представляющие собой комбинацию четырехстороннего продольно-фрезерного и круглопильного многопильного станков, смонтированных на одной станине. Примером такого станка может служить станок Unimat 23Е Lam фирмы Weinig. На этом станке сначала первыми четырьмя шпинделями формируется поперечное сечение доски, затем доска пропиливается по высоте не насквозь для получения нескольких ламелей нужной толщины. Далее оставшийся припуск снимается верхним ножевым валом.

Ширина ламелей равна толщине доски обработанной вторыми верхним валом. Эта технология позволяет получить строгое взаимно перпендикулярноерасположение смежных пластей и кромок ламелей, которые после обработки готовы к склеиванию. Производительность ламельного станка в сравнении с обычным четырехсторонним повышается пропорционально числу пил постава.

Технологический процесс получения цельных ламелей для клееного щита подробно рассмотрен в статье «Обзор торцовочных станков» в №6 журнала за 2009 г., а производство сращенных по длине заготовок – в статье «Сращивание древесины» в №1 журнала за 2010 г.

Допуск по прямолинейности кромок ламелей, из которых будет склеиваться массивный щит, достаточно жесткий и составляет +/- 0,1 мм на метр длины заготовки. Это необходимо, чтобы при прессовании щита не возникали не склеенные зоны. Ребра ламелей не должны быть «завалены», иметь сколов и других повреждений это позволит избежать дополнительной финишной обработки щитов. Если не будет обеспечена прямоугольность между кромкой и пластью ламели, то у смежных ламелей может образоваться зазор. Например, нижние ребра двух ламелей состыкованы, а между верхними кромками появляется зазор (так называемый треугольный клеевой шов). В результате на одну из кромок ламели подается больше клея, чем требуется по технологии, увеличивается расход клея, снижаются прочностные свойства соединения. Чем толще ламель, тем критичнее становится влияние прямоугольности на качество склеивания.

Склеиваемые поверхности должны быть чистыми с открытыми порами древесины, в которые поступает клей, чтобы обеспечивалось своего рода клеевое соединение на «микрошкантах». Если клей не проникает вглубь поверхности древесины, клеевой шов либо открывается, либо становится непрочным. Время между обработкой ламелей на четырехстороннем станке и склеиванием щита должно быть минимальным, чтобы на обработанных поверхностях из пор древесины не выступила смола, резко снижающая адгезию поверхностей при склеивании. Не допускается на поверхностях ламелей наличие пыли, следов маслаи т.д., что приводит к заметному снижению прочности щита.

Ламели, идущие на склеивание щита, должны иметь конечную влажность, соответствующую влажности окружающей среды в месте эксплуатации готового изделия из клееного щита. Допускаемое отличие влажности смежных ламелей +/- 1%, которая впоследствии выравнивается по всему объему щита.

Одним из решающих факторов, вызывающих коробление клееного щита наряду с внутренними напряжениями в ламелях, является расположение годичных колец. Доски радиального распила имеют годичные кольца, расположенные под углом 75–90 градусов к пласти и отличаются от остальных большей прочностью и достаточно однородной равномерной структурой. Эти доски после сушки меньше изменяют свои размеры по ширине, чем остальные, в особенности тангенциальные. Радиальные доски меньше коробятся, поэтому им отдается предпочтение в производстве клееных деревянных изделий, в первую очередь – щитов, оконных брусков, паркета.

Если вы хотите выпускать клееный щит классов Экстра или А, необходимо учитывать еще целый ряд дефектов строения древесины – косослой, различного вида окраски, крень и т.д., которые влияют как на физико-механические свойства клееного щита, так и на его эстетическое восприятие.

Склеивание

Ламели склеиваются в щиты в специальных прессах на заключительном этапе производства. Одним из ведущих производителей таких прессов является компания Dimter (Германия), которая выпускает прессы двух типов – с продольной и поперечной загрузкой ламелей. Оба станка могут выпускаться в различной комплектации: от прессов с ручным управлением до полностью автоматизированных прессов. Простейшую модель можно постепенно доукомплектовывать вместе с ростом технологических потребностей производства.

Оборудование имеет жесткие станины, что позволяет его устанавливать на пол цеха без сооружения специальных фундаментов. Узлы и агрегаты в прессах унифицированы. Цифра в названии модели пресса, например ProfiPress Т 2500, означает максимальную длину склеиваемого щита.

Подготовленные к склеиванию ламели укладываются на накопительный стол пресса и поштучно вальцовым механизмом подачи выдаются в зону нанесения клея, где на правую кромку ламелей наносится клей. Заготовки поштучно перемещаются до упора, определяющего расположение пакета в зоне прессования. Потом каждая заготовка смещается в буферную зону пресса, где осуществляется предварительная опрессовка и формирование пакета по ширине.

Верхний прижимной узел опускается на плоскость будущего щита, исключая его выпучивание, а проходная прижимная плита развивает усилие прессования в горизонтальной плоскости, создавая давление на клеевые швы. После этого включается нагревательный элемент. В процессе склеивания давление и температура постоянно контролируются и могут корректироваться. Пока идет процесс прессования, в буферной зоне подготавливается к склеиванию следующий набор ламелей.

Наряду с высокими требованиями к форме ламелей и их влажности, определяющими качество щита, важным условием прочности клеевого шва является строго дозированное и равномерное нанесение клея на кромки ламелей. В конструкции прессов Dimter нанесение клея осуществляется формованными головками, имеющими так называемый «нитяной профиль», когда на заготовку наносятся продольные «нити» клея. Эта операция производится при непосредственном контакте клеенаносящей головки и кромки ламели, когда клей под давлением подается из пазов головки на ламель.

Количество наносимого клея определяется глубиной профиля и диаметром форсунок клеенаносящей головки, давлением и вязкостью клея, шириной кромки ламели и скоростью ее подачи. При настройке пресса на новую толщину щита автоматически изменяется количество пазов головки, в которые подается клей. Эта технология позволяет снизитьрасход клея до 120 граммов на квадратный метр.

Ширина щита при склеивании на данном прессе может задаваться двумя принципиально различными способами.

В первом случае на последнюю ламель предыдущего щита клей не наносится, и получается шов без склеивания, который и определяет ширину щита. За один цикл прессования можно получать щиты различной ширины пропорционально числу загруженных в пресс ламелей. Во втором случае ламели прессуются в бесконечный по ширине щит, а потом раскраиваются на нужные размеры. При производстве больших объемов клееного щита наиболее целесообразен второй вариант, позволяющий достичь высокой производительности при минимуме отходов.

При прессовании надо иметь в виду, что для различных пород древесины должна задаваться своя температура. При превышении температуры может образовываться пар, возникать опасность изменения окраски древесины (т.н. паровой эффект) и появления в ней трещин. Особенно это характерно для древесины твердолиственных пород, например, дуба. При длительном прессовании, если температура превышает 100 оС, интенсивно происходит досушка и усадка древесины, появляется возможность образования микротрещин на поверхности щита, которые в последствии будут хорошо видны при его прозрачной отделке.

Используемые при склеивании щитов экологически чистые клеи на основе поливинилацетата (ПВА) обладают термопластичными свойствами и полимеризуются при максимальной температуре пресса порядка 50–60 оС. При более высоких температурах он не отвердевает. Время прессования при рекомендуемых температурах уменьшается до 4 минут в сравнении с 10–30 минутами при отверждении при комнатной температуре. При склеивании щитов из твердолиственной древесины наиболее подходит прессование при температуре не более 55 оС. Карбамидные клеи отвердевают при температуре более 60 оС, для них нужна горячая вода, термомасло или ТВЧ.

Наиболее целесообразно прессование щитов (независимо от типа клея) в поле токов высокой частоты, основанном на емкостном или диэлектрическом нагреве в высокочастотном электромагнитном поле промышленного диапазона частот – 3–13,56 MHz. При использовании токов высокой частоты тепло достигается большая прочность клеевого шва, сокращается время отверждения до 1–3 минут, отсутствует вредное влияние на физико-механические свойства древесины, снижается опасность растрескивания и коробления щита.

Обрезка щитов по формату

Следующей технологической операцией после прессования щита является обрезка щита по формату, которая на небольших предприятиях производится чаще всего на двухсторонних торцовочных станках с кареткой или конвейером. При малых объемах производства для этой цели могут быть использованы однопильные форматные станки с подвижной кареткой, например выпускаемые фирмой Аltendorf.

При больших объемах может использоваться комплекс раскройного оборудования с числовым программным управлением, которые Dimter поставляет в комплекте с прессами Т 2500 и Т 3500. Комплекс в автоматическом режиме позволяет осуществлять продольный и поперечный раскрой щита на заданные спецификацией размеры.

Шлифование щитов

Окончательной технологической операцией, определяющей сортность массивного клееного щита, является операция шлифования на широколенточных шлифовальных станках его лицевых поверхностей. Эта операция позволяет устранить перепад склеенных ламелей по толщине щита и обеспечивает требуемый уровень шероховатости его поверхности. Чем качественнее пресс, тем точнее он работает, тем меньше этот перепад, тем меньший слой древесины необходимо снимать с каждой из пластей щита, тем выше стойкость (период работы) шлифовальной ленты и меньше расходы на шлифование.

На некоторых производствах вместо шлифования щиты фрезеруют на односторонних или двухсторонних рейсмусовых станках. Однако появляющиеся после этого на поверхности щита достаточно глубокие выхваты и сколы значительно ухудшают качество поверхности, увеличивают процент брака, снижают, в конечном счете, рентабельность производства.

Сначала на широколенточном шлифовальном станке с жестким контактным вальцом обрабатывают поверхность с наиболее выступающими ламелями. Потом щит калибруется – формируется его толщина, и проходит чистовое шлифованиеи выглаживание.

Чистовое шлифование осуществляется мелкозернистой шлифовальной лентой. Оно служит для удаления рисок от шлифовальной ленты при калибровании и удаления отдельных неровностей. Снимаемый припуск при чистовом шлифовании на порядок меньше, чем при калибровании и форма щита практически не изменяется.

Выглаживание обеспечивается мелкозернистыми шлифовальными лентами, прижимаемыми к поверхности щита эластичными балками с пневматическими секционными башмаками, и служит для обеспечения заданной шероховатости поверхности, «зализывания» оставшихся микронеровностей и ворса. При этом снимаемый со щита припуск не превышает 0,1 мм. Шлифование может быть выполнено на каждой из сторон щита за один проход на одном комбинированном широколенточном шлифовальном станке с последовательной установкой на его станине перечисленных шлифовальных агрегатов. После шлифования щиты проходят визуальный контроль, маркируются, упаковываются и поступают на склад готовой продукции.