Бесклеевые плиты для деревянного домостроения

Многослойные стеновые панели

Известны конструкции стеновых панелей и панелей перекрытий, в которых основой служат обрезные доски, установленные на боковую кромку и соединенные между собой длинными деревянными шкантами – дюбелями. Дюбели выполняются из древесины твердолиственных пород (чаще всего из бука) и вставляются в проделанные в досках отверстия. Прочность соединения такой конструкции обеспечивается за счет увеличения диаметра дюбеля из-за разбухания при увеличении влажности. Как правило, для сборки панелей используются доски, влажность которых составляет 12%, а влажность дюбелей не превышает 6–8%. Перед запрессовкой дюбели смачивают снаружи, обеспечивая большую пластичность их поверхности. Одновременно влага служит специфической смазкой между дюбелем и древесиной досок.

Кроме того что дюбель вставляется в отверстие с натягом, впитывая влагу из досок, он также увеличивает свой диаметр, накрепко сплачивая в единую конструкцию весь набор досок. Предпочтение буковым нагелям отдается благодаря высокому коэффициенту разбухания, характерному для этой породы древесины. Модификацией такого способа сборки панелей является соединение на «косой» дюбель. Если в первом случае сборочное отверстие в досках выполняется по нормали к пласти, то во втором случае отверстия сверлятся под углом 30–45º по отношению к продольной оси панели в два ряда. Причем в одном ряду отверстия сверлятся под положительным углом к пласти досок, а во втором ряду – под отрицательным, что заметно усложняет ее сборку. Однако прочность такой панели значительно выше, чем у панели, собранной на прямых дюбелях. Эта технология изготовления панелей на дюбелях, как прямых, так и косых, в Германии носит название Brettstapelholz, международный термин - DLT (Dowel Laminated Timber - ламинированная дюбелями древесина). При изменении влажности древесины такие стеновые панели и балки перекрытий не дают усадки, поскольку доски в каждом слое расположены вертикально, а известно, что именно в направлении волокон как усадка, так и разбухание древесины минимальны.

Преимущества DLT

* Отсутствие гвоздей и клея способствует более высокому качеству воздуха в помещениях.

Иногда при уменьшении влажности отмечается образование узких щелей между сплоченными досками, что не является особо критичным. Тем более что в большинстве случаев с наружной стороны дома стеновая панель покрывается штукатуркой, чаще по минераловатным матам, а порой для повышения прочности и жесткости стены дополнительно обшиваются и плитами OSB. Внутренние поверхности стен дома в Европе, как правило, покрывают «сухой» штукатуркой – гипсокартонными плитами большой площади. Австрийские домостроители, являющиеся одними из ведущих в Европе по разработке различных деревянных конструкций для строительства, трансформировали технологию DLT для изготовления многослойных стеновых панелей так называемой перекрестной укладки. В этом случае сухие доски в смежных слоях укладываются друг на друга крест-накрест и в диагональном направлении, а затем соединяются между собой деревянными дюбелями. Особенностью этой технологии деревянного домостроения является то, что толщина досок от слоя к слою изменяется. Самыми толстыми являются слои, состоящие из вертикальных досок, расположенных ближе к средине панели. Диагональные слои из более тонких досок располагаются под слоем из толстых горизонтальных досок, которые составляют наружную обшивку панели. Диагональные слои обеспечивают жесткость и стабильность формы панели. Если изготавливается панель потолочного перекрытия, то наиболее толстые доски выносятся на периферию панели. В сформированном «сэндвиче» сверлятся сквозные отверстия, в которые по аналогии с панелями DLT запрессовываются дюбели из древесины твердых пород. Такая технология получила название Holz100, что говорит о составе панели на все 100% из натуральной древесины. Недостатками такой технологии являются достаточно низкие эстетические свойства панелей из-за создания на их лицевых поверхностях значительного числа «искусственных» сучков – следов от запрессованных дюбелей, что не позволяет применять их для внутренней отделки интерьера. Панели Holz100 обладают уникальными теплофизическими свойствами. Показатель теплопроводности составляет 0,078 Вт/мК, что позволяет использовать их в условиях северных регионов России.

Как показали испытания, стена из панели Holz100 толщиной 360 мм обладает коэффициентом сопротивления теплопередаче порядка 4,7 м2хК/кВт, что в наших климатических условиях позволяет жить в таких домах даже без внешнего утепления стен. Немецкая фирма МНМ, разработчик ряда технологий изготовления массивных деревянных конструкций, совместно с немецкой станкостроительной фирмой Hundegger разработала технологию производства массивных и высокопрочных профилированных деревянных плит РНЕ (Profil Holz Elemente) и оборудование для изготовления таких элементов. Идея, лежащая в основе технологии РНЕ, не нова. Известный немецкий специалист по деревянному домостроению профессор Наттерер, еще в 70-х годах прошлого века разработал способ изготовления панелей для межэтажных перекрытий, поставив сухие обрезные доски на ребро и скрепив их между собой послойно гвоздями по пластям. Каждый гвоздь сшивает между собой 3–4 смежные доски. Этот способ оказался гораздо проще, чем сборка панелей на дюбелях, кроме того, его легче механизировать, используя готовые стандартные агрегаты на основе гвоздезабивных головок. Однако использование стальных гвоздей ограничивает возможности механической обработки панелей на технологическом оборудовании – при контакте вращающегося режущего инструмента со стальным гвоздем гарантировано его разрушение.

По технологии МНМ скрепление досок в панель обеспечивается с помощью алюминиевых гвоздей, благодаря чему появляется возможность дополнительной обработки на оборудовании с числовым программным управлением (ЧПУ) уже собранной панели: форматной обработки, формирования дверных и оконных проемов, фрезерования пазов – штробов под электропроводку, сантехнику, вентиляцию и т.д. Именно технология скрепления досок алюминиевыми гвоздями взята за основу в производстве панелей РНЕ. Каждый элемент деревянного профиля РНЕ представляет собой набор дюймовых досок заданной длины, высушенных до влажности не выше 12%, сложенных по длине друг на друга пластями и послойно сколоченных между собой алюминиевыми гвоздями, т.е. без применения каких-либо клеевых композиций. Доски по одной из кромок, формирующих будущую лицевую поверхность деревянной конструкции, имеют профиль, напоминающий форму колокола. Это позволяет улучшить эстетическое восприятие поверхности стены или потолка, так как скрадывает возможные неточности такой сборки, а также вскрывшиеся в процессе обработки досок дефекты их строения. Кроме того, при монтаже элементов стен по вертикали возникает ощущение более высоких потолков помещения. Предлагаемые конструкционные элементы могут быть применены для потолочных перекрытий, стен, крыши и т.д.

Оборудование для РНЕ

Для изготовления панелей РНЕ используется производственная линия, состоящая из оборудования для приема сухих досок, торцовки и вырезки дефектов, сращивания досок на зубчатое шиповое соединение, профилирования поперечного сечения доски и прессования (сборки) готового элемента. На первом этапе осуществляется подача штабеля пиломатериала с помощью транспортной тележки на позицию поштучной разгрузки досок. При этом оператор может подавать штабель на необходимую высоту простым нажатием соответствующей кнопки пульта управления. Разгрузка может происходить как в ручном, так и в автоматическом режиме. В качестве сырья используются еловые периферийные доски длиной 2000–6000 мм, шириной 80–260 мм и толщиной 22–26 мм. С разгрузочного устройства они поступают на транспортер, подающий пиломатериал на станцию торцовки и вырезки дефектов. При этом образующиеся при торцовке отходы отводятся в зону вне линии специальным конвейером.

Дальнейшая обработка осуществляется на поперечном загрузочном конвейере с двумя торцовочными агрегатами на базе круглых пил. Первая пила, передняя, установлена неподвижно. Вторая, задняя пила может бесступенчато перемещаться на длину до 500 мм. Таким образом, оператор при необходимости может оторцевать доску, выпилить сучки или другие недопустимые дефекты древесины. Конвейер снабжен набором перемещаемых упоров, которые можно вручную переместить, подогнав их под нужную длину обрабатываемой доски (от 2 до 6 м). Неподвижно установленные втягивающие рычаги подают заготовку в установку сращивания по длине. Следует отметить, что в комплект оборудования входит автоматическая установка контроля влажности, которая отслеживает нормируемую влажность заготовок. Недосушенные или пересушенные заготовки сбрасываются толкателем с конвейера в бункер. Затем заготовки без дефектов и торцованные под прямым углом подаются на установку фрезерования клинового шипа длиной не менее 15 мм. Шипорезная фреза располагается в горизонтальной плоскости.

Цикл обработки рассчитан таким образом, что подача фрезы при резании происходит на оптимальной скорости, обеспечивающей высокое качество поверхностей склеивания. Холостой ход выполняется на достаточно высокой скорости, что заметно сокращает износ инструмента и гарантирует минимальное время цикла. Доски с нарезанными по торцам клиновыми шипами с помощью поперечного толкателя поступают на ленточный транспортер, который доставляет их к участку клеенанесения. Безволокнистый однородный клей пневматически наносится дозирующим устройством через сопло на торец доски непосредственно на шиповое соединение. В качестве клея используется клеевая композиция серии HBS фирмы Purbond, в состав которой входит люминесцентное вещество, позволяющее контролировать стабильность и равномерность нанесения клея. Подвод клея осуществляется из закрытой клеевой системы.

По ленточному транспортеру заготовки поступают на продольный пресс, где происходит торцевое склеивание заготовок на шиповое соединение. Пресс с пневмоприводом фиксирует обе сращиваемые заготовки, а затем, обжимая в осевом направлении, соединяет их точно встык. При этом усилие обжима и время прессования могут изменяться в соответствии с требованиями технологического процесса. После прессования еще не окончательно склеенная ламель поступает на участок профилирования, где, проходя через два вертикальных фрезерных агрегата, калибруется по ширине, и одновременно на одной из боковых кромок формируется профиль. Максимальный снимаемый агрегатом припуск может достигать 20 мм на каждую из сторон. Установленный следом горизонтальный (рейсмусующий) фрезерный агрегат калибрует доску по толщине согласно заданному оператором размеру. Как правило, при этом максимальный припуск на пласть доски в зависимости от скорости подачи не превышает 4 мм.

После профильного фрезерования ламель поступает на участок торцовки, где раскраивается на детали заданной длины. Размеры готовых ламелей по длине составляют 4000–12 000 мм, по ширине – 75–250 мм и по толщине – 21–24 мм. Торцовочный агрегат представляет собой суппорт сопровождения, пила которого с помощью электропривода позиционируется на необходимую длину детали. Таким образом, раскрой ламели по длине осуществляется синхронно с дальнейшим ее прессованием, не требуя дополнительного времени на операцию торцовки. Такая конструкция агрегата позволяет заметно повысить производительность всей линии. Торцовочный агрегат снабжен устройством для аспирации опилок, исключая их попадание на поверхности детали, по которым будет осуществляться дальнейшая сборка изделия. Затем обработанная ламель кантуется на боковую кромку, что гарантирует максимально щадящее отверждение клея, и поступает в зону технологической выдержки для полной полимеризации клея. Поскольку время полимеризации минимально, после непродолжительной выдержки ламели транспортируются на станцию прессования и сборки ламелей, состоящую из двух работающих независимо друг от друга прессовых полей. Загрузка каждого поля отдельными ламелями происходит приводным подающим устройством. Перед каждой загрузкой доски зона прессования по заданному такту опускается на толщину доски вниз, и поверху предыдущей ламели подается следующая ламель.

Сформированный «бутерброд» из сложенных друг на друга ламелей поджимается боковым упором, выравнивается, и ламели подпрессовываются по пласти друг к другу. Затем с помощью гофрированных алюминиевых гвоздей ламели послойно соединяются друг с другом. Сборка осуществляется с помощью гвоздезабивных головок, позволяя регулировать расстояние между гвоздями вдоль профиля непосредственно с пульта управления. Гвоздезабивные головки перемещаются вдоль прессового поля на каретках с электроприводом. Достигнув конца ламели, каретки с помощью кулисного механизма автоматически перемещаются в параллельную, вторую зону, где выполняют сборку второго элемента деревянного профиля. Пока идет сколачивание второго элемента, в параллельную зону осуществляется загрузка следующей ламели. Далее процесс сборки повторяется, пока в обеих зонах не будет достигнута требуемая высота пачки ламелей, соответствующая ширине элемента деревянного профиля. Следует отметить, что конструкция гвоздезабивной головки позволяет в полностью автоматизированном режиме разобщать и подводить алюминиевые гофрированные гвозди к ударному бойку, что исключает ручную дозагрузку гвоздей в магазин. Разобщение гвоздей осуществляется приводной пневматической сортировочной машиной.

Транспортировка гвоздей к накопителю выполняется по двум подводящим трубкам, которые непрерывно всасывают гвозди в ориентированном положении острием вперед, обеспечивая необходимое их количество при заданном шаге забивания и скорости подачи гвоздезабивной головки. Компания Hundegger берет на себя обязательство обеспечения производства своих клиентов калиброванными алюминиевыми гофрированными гвоздями. Места склеивания на шиповое соединение ламелей, поступающих на сборку, должны быть рассредоточены по длине элемента таким образом, чтобы две склейки в данном сечении по толщине могли повториться лишь через 6–7 досок, не ослабляя прочности конструкции панели. Это соотношение длин ламелей при сборке на линии обеспечивается системой ЧПУ. Данная производственная линия рассчитана на изготовление двух элементов профиля одновременно. После сборки готовые элементы выкатываются из зон сборки с помощью рольгангов с приводными вальцами. Линия РНЕ позволяет производить готовые элементы длиной 4000–12 000 мм, шириной 42–1200 мм и толщиной 7 –250 мм. Линия оснащена системой ЧПУ с компьютерным управлением на базе операционной системы Windows. Пульт управления имеет плоский сенсорный экран размером 23 дюйма. Работа оператора на линии не требует от человека глубоких знаний технологии деревообработки и вычислительной техники. Вся информация о технологическом процессе выводится на экран компьютера. При возникновении внештатных ситуаций оператор в любой момент может вмешаться в работу линии. Электрошкаф системы управления снабжен охлаждающим устройством для обеспечения необходимого теплового баланса электрооборудования.

В целях безопасной эксплуатации линия в базовой комплектации оснащена защитным ограждением, которое охватывает все защитные щиты, двери, козырьки. В состав ограждения входят также кнопки квитирования, световой защитный барьер на базе фотореле, коврики. Дополнительно могут быть поставлены звуковая и световая сигнализации. Следует отметить, что элемент РНЕ, произведенный по такой технологии, является экологически чистым продуктом, поскольку в нем отсутствуют вредные для человека ингредиенты в виде клеев и смол, которые применяются, например, при технологии перекрестного склеивания стеновых панелей типа CLT. Пока эта технология практически не применяется в российском деревянном домостроении, но все предпосылки к тому, чтобы она получила широкое применение, есть.