Фанера будівельного призначення

Вступ

Фанера - це багатошаровий будівельний матеріал який складається з декількох шарів деревини, волокна яких розташованих перпендикулярно один до одного, завдяки цьому фанера набагато міцніша ніж натуральна деревина. Якщо волокна лицьових шарів фанери спрямовані уздовж довгої сторони, то таку фанеру називають поздовжньою, а якщо пластини спрямовані поперек довгої сторони, то таку фанеру називають поперечною.

Фанера, сьогодні абсолютно звичайний  і мало чим примітний матеріал, була винайдена людиною дуже давно. Перші листи фанери були створені ще в Давньому Єгипті, в 15 столітті до нашої ери. Причому поява фанери була пов'язана з високою вартістю деревини. Цей матеріал був великим  дефіцитом в Єгипті, а чорне  та червоне дерево завозилося здалеку  і коштувало дуже дорого.

Стародавні римляни і греки, для яких деревина теж була дорогим  та рідкісним матеріалом, теж використовували  фанеру. Вони застосовували фанеру, в основному, для виготовлення меблів та предметів домашнього вжитку. Пізніше  римляни теж навчилися вирізати з фанери тонкі пластинки для  прикрашання різних предметів.

У Франції в 16 столітті починають  виробляти меблі, фанеровані дошками  з цінних деревних порід. Такі меблі  коштували набагато дешевше, ніж  вироби з масиву деревини. Виробництво  подібних меблів різко підвищило  попит на стругану фанеру. Результатом  цього стало створення нових  технологій обробки деревини.

Слово «фанера» походить від голландського  «fineer» - одношарова фанера. В Україні  та Росії з 1819 року під цією назвою спершу малися на увазі тонкі деревні  листи, які винайшов професор Фішер. Такі лущені листи з деревини називалися шпоном. Фішер придумав технологію, яка дозволяла зрізати з колоди, що оберталася, тонку стрічку шпону. Ніж розташовувався по дотичній до річних кілець дерева. Таку фанеру спочатку використовували для виготовлення меблів, зокрема, склеєних сидінь для стільців. Виробництво шпону почалося з 1885 р. на заводі фірми Лютер в Ревеле (нині м. Таллінн, Естонія). У 1889 р. тут стали випускати листову клеєну фанеру, з якої робили ящики для пакування чаю та каучуку.

Фанера у тому вигляді, в якому  ми її звикли бачити, з'явилася приблизно  в середині 19 століття. У 1881 році винахідник та конструктор О.С. Костович розробив і впровадив у практику технологію виробництва три- і багатошарової фанери - арбориту. Він створив машини з метою лущення шпону і склеювання листів «клеєм-цементом», який винайшов теж він. Цей клей склеював листи і проникав у всі пори розпареної деревини. Таким чином, фанера не піддавалася гниттю, була найбільш стійкою до всіх дій та залишалася постійною в масі. На жаль, рецепт того клею не дійшов до наших днів, але, згідно з певними джерелами, це був альбумін-казеїновий клей.

Вся клеєна фанера в період виникнення фанерної промисловості перероблялася  безпосередньо на заводах-виробниках. З фанери виготовляли тару, валізи та поштові скриньки. З ростом обсягів  виробництва, фанерні заводи почали продавати листову клеєну фанеру. Тим не менш, в Україні та в  Росії фанера продовжувала залишатися маловідомою широкому колу споживачів. Фанера мала забезпечений збут за кордоном, тому її виробники не прагнули до популяризації  матеріалу всередині своєї країни. Експорт фанери для підприємців був дуже рентабельним, вже існував міжнародний ринок фанери, який був зосереджений в Англії. Перед першою світовою війною російська фанера на цьому ринку була поза конкуренцією. За часів громадянської війни на Далекому Сході, партизани стріляли із дерев'яних гармат. Дуло такої гармати було зроблено з берези, укріпленої залізними обручами.

У роки Великої Вітчизняної війни, коли на авіазаводах не вистачало  металу на бензобаки, їх стали виготовляти  з бакелізованої фанери - фанерний бак обтягували гумою та встановлювали  на літак. В період планової економіки з метою перекачування нафти та газу в Ленінграді використовували труби з березової фанери. Такі ж труби використовувалися в шахтах для вентиляції та відкачування розмитої землі від земснарядів.

Сьогодні фанера, як і раніше залишається  недорогим та дуже популярним матеріалом. Сучасні різновиди фанери - фанера бакелізована, декоративна фанера ламінована, фанера авіаційна, вологостійка фанера ФСФ, а також безліч інших видів.

Будівельну фанеру використовують для будівельних робіт в якості конструкційних матеріалів (при зведенні підлог, стін, стель, перегородок і т.д.), а також для опалубки. До такої фанері не пред'являється високих вимог до якості поверхонь (високої сортності). Основні види будівельної фанери - це сорти 3 і 4. Така фанера склеюється клеями на основі фенолформальдегідних смол. Будівельна фанера, як правило, має більшу товщину, наприклад, для опалубки найчастіше використовується фанера товщиною 18 мм і 21 мм.

У будівництві часто використовується хвойна або комбінована фанеру, що призводить до зниження вартості фанери. До будівельної фанері можна також  віднести фанеру ламіновану. Ламінована фанера використовується для виготовлення багаторазової опалубки в монолітному  будівництві.

Актуальність цієї теми полягає в тому, що фанера застосовується практично у всіх галузях промисловості - в машинобудуванні, в будівництві, у меблевому виробництві, для виготовлення музичних інструментів, іграшок, для декоративного оздоблення та в інших областях.

Класифікація та асортимент фанери

В основу класифікації фанери покладено ряд конструктивних і технологічних ознак, що визначають експлуатаційні якості кожного її виду.

Фанера класифікується: за марками, по виду деревини, по сорту  поверхні, по мірі механічної обробки  поверхні, по змісту вільного формальдегіду.

1. За марками фанера підрозділяється в основному на чотири види:

• ФК
• ФСФ
• ФБ
• ФОФ

«ФК» і «ФСФ», «ФБ» або  «ФОФ», позначають стійкість до впливу вологи, яка визначається типом клею і покриттям верхнього шпону фанерного листа. Склеювання фанери здійснюється синтетичними термореактивними клеями: фенолформальдегідними і карбамідними.

Фанера ФК - середньої  водостійкості або вологостійка. Склеюється клеями на основі карбомідних  смол. Рекомендована до використання, як правило, усередині приміщень.

Фанера ФСФ - підвищеної водостійкості. Склеюється клеями на основі фенолформальдегідних смол. Рекомендована до використання як усередині приміщень, так і (переважно) для зовнішніх робіт.

Фанера ФБ - фанера бакелізована. Кожен шар шпону такої фанери просочується бакелітовим лаком, після чого склеюється клеєм на основі фенолформальдегідних смол. Рекомендована до використання в агресивних середовищах, тропічному кліматі, водному середовищі. Область застосування – будівництво літаків та суден.

Фанера ФОФ (фанера ламінована) - облицьована плівковим покриттям (папером високої щільності, просоченою синтетичною смолою) з однієї або двох сторін березова фанера марки ФСФ. Рекомендована до застосування для зовнішніх робіт. Область застосування (переважно) - монолітне будівництво, конструкції опалубки.

2. За призначенням: будівельна, промислова, пакувальна, меблева, конструкційна.

3. За кількістю шарів: тришарова, п’ятишарова, багатошарова.

4. За видом деревини, з якої виготовлена ​​фанера:

В залежності від виду деревини, використовуваної для виготовлення фанери, розділять такі основні виду фанери як березову (виготовляється зі шпону листяних порід), хвойну (виготовляється з шпону хвойних порід) і комбіновану. Як правило, фанера вважається виготовленою з того виду деревини, з якої виготовлені її зовнішні шари.

Березова фанера - для виробництва меблів і внутрішньої обробки застосовується фанера середньої вологостійкості марки ФК, а для зовнішніх робіт використовується березова фанера підвищеної вологостійкості марки ФСФ. Березова фанера також використовується при виготовленні тари і упаковки.

Хвойна фанера - володіє високою стійкістю до гниття і зараження грибками. Такими якостями хвойна фанера володіє тому, що хвоя просочена смолами і має склейку на основі фенолформальдегідного клею. Хвойна фанера застосовується для покрівельних робіт. Вона прослужить весь термін служби "м'якої" крівлі.

5. По сорту поверхні залежно від зовнішнього вигляду зовнішніх шарів

розрізняють наступні основні  сорти: сорт I (або 1), сорт II (або 2), сорт III (або 3), сорт IV (або 4), сорт V (або 5). Позначення сорту складається з двох цифр - дві сторони листа і пишеться через слеш (дріб) таким чином: 2/3, 4/4 і т.д. або II / III, IV / IV і т.д. У деяких випадках (європейські позначення) сорти фанери можуть позначатися буквами: Е (еліта), А, В +, В, S, ВS, ВВх, ВВхs, ВВ, СР, CPs, С, WG. Визначник сортності - кількість сучків на 1 кв.м поверхні зовнішнього листа.

Фанера першого  сорту - фанера у якої практично немає зовнішніх дефектів. Допускається лише декілька здорових зрощених сучків діаметром до 8 мм і незначні коричневі прожилки.

Фанера другого  сорту - фанера допускає невелику реставрацію поверхні листа за допомогою вставок зі шпону, закладення сучків і відкритих дефектів.

Фанера третього сорту відрізняється від першого і другого тим, що використовується для виготовлення конструкцій, прихованих від візуального огляду. Її застосовують для різної спеціальної тари і упаковки. За великим рахунком, третій сорт - це те, що відбраковується від другого.

Фанера четвертого сорту - допускає всі виробничі дефекти. Це стосується, перш за все, сучків, яких може бути необмежена кількість. Головне - те, що виробник гарантує хорошу склеюваність листів. Застосовується при виготовленні тари і упаковки.

6. За ступенем механічної обробки поверхні розрізняють фанеру наступних типів:

• НШ - не шліфований;
• Ш (Ш 1)-шліфована з однієї сторони;
• Ш (Ш 2)-шліфована із двох сторін;

Буква з позначенням ступеня  механічної обробки додається до позначення сорту і марки фанери.

Для всіх видів шліфованої фанери обов'язкова вказівка ​​класу  емісії вільного формальдегіду Е1 і  Е2. Якість шліфованої фанери оцінюється за багатьма показниками, наприклад: по межах міцності при деформуючому, статичному вигині, розтягуванні зразків, а також за наступними показниками - вмістом вологи, наявності дефектів. По товщині листи (плити) шліфованої фанери випускаються від 4 до 40 мм. Фанеру шліфують для створення гладкої поверхні і вирівнювання по товщині, усунення забруднень і подряпин.

7. За змістом вільного формальдегіду фанеру підрозділяють на класи емісії: Е1, Е2.

Фанера Е1 - вміст формальдегіду на 100 г абсолютно сухої маси фанери не більше 10 мг включно.

Фанера Е2 - вміст формальдегіду на 100 г абсолютно сухої маси фанери від 10 мг до 30 мг включно.

Основні фактори при загальній  оцінці якості фанерного листа - межа міцності при деформуючих, при статичному вигині, розтягуванні зразків. Важливі  властивості - вміст вологи, структура, колір сучків, наявність дефектів.

Фанера буває звичайного формату і великоформатних. У виробництві фанери, в основному, освоєні наступні типорозміри листа фанери, мм (табл.1.)

Таблиця 1

Товщина листа  фанери. Товщина фанери, що виготовляється заводами, в основному коливається в діапазоні від 3 до 30 мм. Допускається також виготовлення фанери інших товщин відповідно до умов конкретного договору або контракту.

Асортимент фанерної продукції 

1. Фанера загального призначення. 

Фанеру загального призначення  виготовляють з трьох і більше шарів шпону і використовують у виробництві меблів, тари, в будівництві, а також у ряді інших галузей.

2. Фанера будівельного  призначення.

Будівельну фанеру виготовляють зі шпону хвойних порід – сосни і модрини товщиною 2 - 4,5 мм, а також комбіновану. Будівельна фанера відрізняється великою товщиною - від 8 до 19 мм.

3. Фанера бакелізована.

Фанеру бакелізовану виготовляють склеюванням листів березового лущеного шпону при взаємно перпендикулярному напрямку волокон в суміжних шарах фенолформальдегідних смол.

4. Фанера облицювальна.

Це вид фанери, що складається  з трьох або більше шарів лущеного шпону, у якої один або обоє зовнішні шари виготовлені з облицювального матеріалу. Облицювання виконується або при склеюванні пакета або як самостійний процес.

5. Декоративна фанера.

 Виготовляють з лущеного шпону з облицювальним покриттям, що виконує захисно-декоративні функції, виконаним з паперу різних видів, зазвичай просоченого смолами високої водостійкості.

6. Ламінована фанера.

Ламінована поверхня фанери створює високу стійкість до різних впливів зовнішнього середовища. Ця властивість робить ламіновану фанеру незамінною при виробництві зносостійких поверхонь (виготовлення форм багаторазової бетонної опалубки, зберігання і транспортування продуктів харчування і фармацевтичних товарів, рекламні щити, обшивка і підлоги автофургонів і вагонів, палуби морських суден та ін.) Можливість вибору основи під ламіноване покриття (березова або хвойна фанера), а також відтінку і виду поверхні (гладка або витиснена) розширюють сфери застосування ламінованої фанери, що ще більше збільшує її популярність.

7. Авіаційна фанера. Таку назву - фанера березова авіаційна - березова фанера отримала тому, що вона використовувалася в літакобудуванні, де основною вимогою, що пред'являються до матеріалів, була висока міцність при невисокій щільності. Авіаційна фанера складається з трьох або більше непарних шарів відносно тонкого високоякісного лущеного березового шпону. Товщина авіаційної фанери повинна бути мінімальною (мінімальна товщина тришарової авіаційної фанери - 1мм, причому склеювання шарів шпону відбувається з використанням бакелітових плівок або фенольних клеїв). Така фанера застосовується при виготовленні легких літальних апаратів, у виробництві музичних інструментів і в інших областях, коли вимагаються гарантовані конструкційні властивості.

8. Меблева фанера. На відміну від будівельної фанери, до меблевої фанери пред'являються дуже високі вимоги, такі як: якість поверхні фанери і якість склеювання.

Властивості фанери

1. Біологічна стійкість

Фанера має високу біологічну стійкість, так як фенол-формальдегід, що міститься в клеї, захищає фанеру від дії грибків і мікроорганізмів. Ламінування і обробка торців фанери забезпечують хороший захист від негативного впливу несприятливих погодних умов і роблять можливим використання фанери поза приміщенням. Це також сприяє обмеженню радіації, яке веде до знебарвлення плівки і до утворення малих ниткоподібних тріщин.

Не рекомендується допускати  перевищення вмісту вологості понад 20%. Для запобігання загнивання необхідний доступ кисню і температура від +20 ° C до +30 ° C. Якщо в процесі використання відбувається пошкодження плівкового покриття і обробки торців, опірність  загниванню зменшується. Найкращий  захист від загнивання досягається за допомогою спеціального просочення деревних плит.

Ламінування і просочення спеціальними розчинами запобігають  появі синяви і цвілі. Це дозволяє уникнути знебарвлення поверхні. Відповідні добавки в клеї захищають від  впливу комах.

2. Хімічні властивості фанери

Фанера стійка до дії багатьох слабких  кислот, кислотно-соляних розчинів і пальних масел. Валентні розчини розм'якшують деревину і викликають її розбухання. Кислотні речовини надають руйнівний ефект.

Слід уникати прямого  контакту з хлором, гіпохлоритом і  нітратами. Органічні розчинники, такі як ацетон, бензин, алкоголь і т.п. розчиняють смоли, жири і віск, викликаючи тим самим деяке розбухання і зменшення міцності.

Ламінування фанери істотно  покращує її опірність до впливу хімікатів  і сильно дезінфікуючих засобів (при контакті з більшою частиною хімікатів ймовірно лише деяке знебарвлення).

3. Теплопровідність

Нагрівання фанери залежить від вмісту вологості. Це пов'язано з тим, що вода нагрівається приблизно в три рази швидше, ніж деревина. У температурному діапазоні в межах від 0 ° C до 100 ° C нагрівання фанери може досягти 1,4 КДж / (кг · К).

Із зростанням вмісту вологості теплопровідність збільшується. Теплопровідність сухої березової фанери приблизно дорівнює 0,15 Вт / (м · К), що трохи вище теплопровідності комбінованої або хвойної фанери.

При нормальній температурі  навколишнього середовища, властивості  деревини при незначних перепадах  температури майже не змінюються. Однак, коли температура підвищується з 20 ° C до 100 ° C, міцність деревини зменшується  на половину. При мінусовій температурі  міцність і еластичність фанери краще, ніж при кімнатній температурі.

4. Вогнетривкі властивості

Фанера відноситься до займистих матеріалів. Температура  займання дорівнює приблизно 270 ° C. Спонтанне  займання неможливо до тих пір, поки температура не перевищить 400 ° C.

Опірність полум'я березової  фанери дорівнює приблизно 13-15 хвилинам на 18 мм товщини. Обвуглювання березової  фанери варіюється в межах 0.8 -1.2 мм / хв. в залежності від товщини плити. Обвуглена поверхня фанери володіє ізолюючими властивостями і уповільнює процес горіння.

Просочення спеціальними хімікатами або покриття панелі вогнетривкими  неорганічними речовинами покращує вогнетривкі властивості фанери.

5. Акустичні властивості

Звукоізолюючі характеристики фанери відносно невисокі через низьку щільність деревини. Звукоізолююча здатність пропорційна масі, крізь яку повинен пройти звук, незалежно від матеріалу. Коефіцієнт поглинання звуку залежить від товщини панелі і досягає близько 22-25 Дб для фанери товщиною 18 мм.

Звукозахисні характеристики фанери залежать від типу конструкції і методу кріплення стіни (перегородки або будівельної панелі). Вони можуть бути поліпшені завдяки гумовій прокладці між плитами фанери.

6. Екологічність

Для виробництва фанери використовується один з найдавніших будівельних  матеріалів - деревина, яка є самооновлюваною екологічно чистою сировиною. Вона легка в обробці і утилізується без шкоди для навколишнього середовища.

3. Аналіз нормативної  документації

В наш час діють такі стандарти на фанеру:

1. ДСТУ EN 314-1-2003 Фанера. Якість з’єднання. Частина 1. Методи випробувань (EN 314-1:1993, IDT).

Введений в дію: 01.01.2005.

2. ДСТУ EN 314-2:2006 Фанера. Якість з'єднання. Частина 2. Технічні вимоги (EN 314-2:1993, IDT).

Введений в дію : 01.07.2007.

3. ГОСТ 3916.1-96. Фанера загального  призначення із зовнішніми шарами зі шпону листяних порід. Технічні умови.

Введений в дію: 01.03.2005.

4. ГОСТ 3916.2-96: Фанера загального призначення з зовнішніми шарами зі шпону хвойних порід. Технічні умови.

Введений в дію: 13.05.1997.

Розглянемо нормативний  документ  ГОСТ 3916.1-96. Фанера загального призначення із зовнішніми шарами зі шпону листяних порід. Технічні умови.

Фанера призначена для  використання в будівельних і  меблевих конструкціях, захищених від  зволоження, у машинобудівній промисловості  та виготовленні тари. Фанера виготовляється як для потреб внутрішнього ринку, так і для постачання на експорт.

Листи фанери повинні бути обрізані під прямим кутом. Косіна не повинна перевищувати 2 мм на 1 м довжини кромки листа.

 Відхилення від прямолінійності  кромок не повинно перевищувати 2 мм на 1 м довжини листа.

Дозволену кількість дефектів наведено у таблиці 1.

Таблиця1

Фізико-механічні  показники фанери наведено в таблиці 2.

Таблиця 2

Вміст формальдегіду в  фанері в залежності від класу  емісії повинен відповідати зазначеній у таблиці 3.

Таблиця 3

3. Фактори, що  формують якість.

3.1. Сировина

Сировиною для виробництва  всіх видів фанери (клеєної, струганої і пиленої) можуть служити як листяні, так і хвойні деревні породи. Однак фанери, виготовлені з різних видів деревини, мають різні експлуатаційні якості ознаки.

Найбільшим попитом користується березова фанера. Завдяки рівномірній  структурі та високому опору поперек  волокон з берези можна отримати як дуже тонкий (до 0,1 мм), так і товстий, міцний, однорідний шпон. Також широко використовується сировина з вільхи та липи. Шпон з деревини листяних порід  характеризується високою еластичністю, однорідністю будови і щільністю.

Твердолистяні породи (дуб, бук, каштан та інші) відрізняються  особливою будовою, кольором, текстурою  і здатністю приймати поліровку. Тому їх, як правило, використовують для  виробництва облицювальної фанери.

З хвойних порід у фанерному  виробництві найчастіше використовується сосна (рідше - ялиця, модрина, ялина  і кедр). Експлуатаційні властивості  такої фанери істотно поступаються фанері з листяних порід. Неоднакова міцність за річним кільцем деревини призводить до нерівномірного лущення, утворення задирок і розриву шпону. Саме тому такий шпон в основному використовують для виготовлення внутрішніх шарів фанери.

На відміну від сосни, кедр має більш рівномірну будову і м'яку деревину, що дозволяє отримувати тонкий і гладкий шпон. Фанера з кедра в основному застосовується в меблевому виробництві, для декорування виробів і внутрішньої обробки приміщень.

3.2.Технологічний  процес виготовлення фанери 

Технологічний процес виробництва  фанери включає в себе такі операції:

1. Гідротермічна обробка сировини.

Деревина не володіє достатньо  пластичними властивостями, щоб покращити свою початкову форму під впливом сил різання. Окремі її елементи, що утворюють верстви, після обрізання при лущенні прагнуть прийняти форму чураку, тоді як лист шпону може бути пласким. Тому волокнам деревини необхідно до лущення надати пластичність. Гідротермічна обробка сировини служить підвищенням пластичності деревини. При лущенні це сприяє отриманню шпону з гладкою поверхнею і меншою кількістю тріщин.

Пластичність деревини залежить від низки чинників, головними серед яких є: пористість деревних тканин, вік деревини, її вологість і температура. Гідротермічну обробку сировини проводять у варочних басейнах відкритого непрохідного типу. Басейн складається з 18 осередків за габаритами робочий діаметр тунелю 6,3x11,37x3,2 м кожний. Обсяг осередки 229 м. Обсяг деревини (з урахуванням кори), загруженої в осередок, становить близько 100 м. Як теплоносій використовується пар від ТЕЦ. Чистка осередків басейну здійснюється раз на рік у літній час.