Изготовление фанеры повышенных толщин холодным способом.

В настоящее время по соответствующим ГОСТам и ТУ изготавливаются различные виды фанерной продукции: по ГОСТ 3916.1-96 и 3916.2-96 – фанера общего назначения марок ФК и ФСФ (самая тонкая – фанера 3 мм, самая толстая – фанера 30 мм), фанера бакелизированная толщиной пакета от 15 до 45 мм, фанерные плиты по ГОСТ 8673-93 толщиной от 8 до 78 мм, фанера для авто-, вагоно- и контейнеростроения по ТУ 13-832-85 толщиной от 15 до 45 мм, а также гнутоклееные заготовки из шпона толщиной от 4 до 29 мм.

Все эти виды фанерной продукции изготавливают горячим способом. Для некоторых видов фанерных плит после горячего прессования дополнительно требуется еще и охлаждение их в прессе. Так, фанерная плита 18 мм и тоньше прессуется без охлаждения в горячем прессе, фанерная плита 20 мм и толще – с воздушным охлаждением, а фанерная плита 24 мм и толще – с водяным охлаждением плит пресса до температуры 50 – 60 град. С. Продолжительность горячего прессования плит достигает 118 мин, а продолжительность охлаждения - 30 мин (для плит толщиной 78 мм на смоле СФЖ-3011). В целом продолжительность цикла прессования составляет около 150 мин.

Энергозатраты на производство особенно фанеры повышенных толщин, фанерных плит очень большие, что естественно ведет к высокой себестоимости фанеры. Розничная цена фанеры и фанерных плит толщиной 10–30 мм находится на уровне 22–30 тыс. р./м3

Так, например, нашей фирмой реализуется фанера 10 мм по цене 520 р./лист формата 1525х1525 мм или 22360 р./м3

Другие фирмы продают фанеру толщиной 10-30 мм по цене, близкой к этой (29-35 тыс. р./м3).

Если исходить из прямых затрат на производство фанеры ФК на смоле КФ-Ж, то на 1 м3 фанеры расходуется около 80-85 кг смолы, что по нынешним ценам на смолу составляет около 1600 р./м3, т.е. около 5,5 % от цены фанеры. На долю лущеного шпона приходится около 30 % от цены фанеры.

Вся остальная сумма (около 14,7–18,6 тыс. р./м3 фанеры, или около 64,5 % от цены фанеры) приходится на расходы, связанные с производством и его обслуживанием.

Среди этих затрат большая доля приходится на энергозатраты, связанные с горячим прессовании фанеры. В среднем расход пара на нагрев плит пресса составляет около 100 кг пара/м3 фанеры.

В этой связи была поставлена задача снижения энергозатрат и в целом себестоимости толстой фанеры за счет использования новых видов и марок смол, способных быстро твердеть в холодных условиях (при цеховой температуре) так, чтобы продолжительность прессования фанеры холодным способом находилась бы примерно на уровне продолжительности прессования горячим способом. При этом основные физико-механические свойства фанеры, полученной холодным способом прессования, должны быть не ниже свойств фанеры, полученной горячим способом прессования.

Что касается отечественных марок смол (карбамидоформальдегидных – КФС, фенолоформальдегидных – ФФС), используемых в настоящее время в производстве фанеры, то они непригодны для этой цели.

Смолы достаточно токсичны, поскольку содержат в своем составе до 0,15–0,20 % свободного формальдегида, вредного для человека газа. Полученная фанера ФСФ больших толщин имеет много клеевых прослоек, что ведет к большому расходу смолы (до 85 кг на 1 м3 фанеры), а, следовательно, приводит к повышенной токсичности фанеры. Продолжительность отверждения смол холодным способом очень большая и составляет от 24 ч и более. При такой продолжительности производственная мощность цеха будет очень малой. Кроме того, такая фанера имеет невысокую водостойкость.

Проведенные нами поисковые эксперименты показали, что для решения такой задачи в технологии фанеры повышенных толщин можно использовать диизоцианаты. В настоящее время диизоцианаты отечественной промышленностью пока не производятся. Однако за рубежом (в Германии, Японии и др. странах) они производятся и успешно применяются для изготовления, например, древесностружечной плиты. Также с помощью этих связующих изготавливается OSB плита или плита из крупноразмерной стружки. Плиты с использованием диизоцианатов отличаются малой токсичностью, имеют высокую прочность и водостойкость. Все это позволяет использовать плиты в агрессивных условиях эксплуатации – в строительных конструкциях панельных домов (наружные и внутренние обшивки стеновых панелей, покрытие пола и др.). Однако диизоцианаты еще довольно дороги. Вместо 18-25 р./кг для отечественных КФС и ФФС, их цена по импорту составляет около 300-350 р./кг.

При такой цене дополнительные расходы предприятия, связанные с переходом на диизоцианаты, не окупятся даже за счет уменьшения энергозатрат. Но полученная фанера может быть практически нетоксичной и повышенной водостойкости.

Первым этапом нашей работы являлось определение продолжительности прессования фанеры на диизоцианатах с дальнейшим изучением ее физико-механических свойств.

Для экспериментов была изготовлена холодным способом березовая фанера общего назначения толщиной 30 мм по следующему режиму: давление прессования – 2,0 МПа и продолжительность выдержки в прессе – от 30 до 50 мин. После 3-х-суточной выдержки фанеры из нее получали образцы для определения основного прочностного показателя фанеры – предела прочности при скалывании по клеевому слою.

Для исследования влияния продолжительности прессования на прочность фанеры были взяты сначала образцы в сухом состоянии.

Эксперимент показал, что увеличение продолжительности прессования до 40 мин приводит к повышению прочности фанеры с 1,0 до 1,6 МПа. Дальнейшая выдержка фанеры с 40 до 50 мин заметного влияния на прочность фанеры не оказывает. Поэтому в дальнейших исследованиях при определении указанного прочностного показателя изготавливали фанеру с продолжительностью выдержки в прессе, равной 40 мин.

Предел прочности при скалывании по клеевому слою определяли (как это предусмотрено ГОСТ 3916.1-89) в сухом состоянии, после вымачивания в воде в течение 24 ч и после кипячения в воде в течение 1 ч. Продолжительность выдержки фанеры составляла от 30 до 40 мин. Для образцов в сухом состоянии, прочность фанеры стабилизируется при продолжительности выше 40 мин.

Результаты испытаний прочности фанеры показали, что выдержка фанеры в воде в течение 24 ч и ее кипячение в течение 1 ч приводят к снижению прочности при скалывании по клеевому слою. Так, для фанеры, выдержанной в течение 24 ч в воде имеет место снижение прочности с 1,6 до 1,46 МПа, или на 9 % относительно испытанной фанеры в сухом состоянии. Для фанеры после 1 ч кипячения в воде имеет место снижение прочности с 1,6 до 1,3 МПа, или на 19 % относительно испытанной фанеры в сухом состоянии.

Все это объяснимо, поскольку прочность фанеры при скалывании по клеевому слою в большой мере зависит от степени воздействия воды (вымачивание или кипячение).

Однако в результате опытов влагостойкая фанера по всем трем испытанным показателям прочности имеет значения не ниже 1,2 МПа, что соответствует требованиям ГОСТ3916.1-96.

Таким образом, принципиально доказана возможность получения исследуемой толстой фанеры с требуемым показателем прочности при скалывании по клеевому слою.

Однако для эффективной работы фанерных предприятий прежде химической промышленности необходимо освоение технологии варки недорогих диизоцианатных смол. Самим фанерным предприятиям, осваивающим фанерное производство с использованием диизоцианатов, необходимо идти по пути снижения расхода смол с тем, чтобы снизить себестоимость фанеры за счет применения указанных смол.

Это возможно достичь различными путями: использованием шпона больших толщин для уменьшения числа клеевых прослоек в листе фанеры, поиском эффективных спецдобавок для повышения адгезионной и когезионной прочности смол и др.