Древесина.

Порода древесины определяет тип частиц, которые целесообразно получать с экономической точки зрения. Значение ее возрастает при необходимости использовать сырье различного породного состава. Для процесса образования ДСтП значение имеют такие характеристики, как плотность, кислотность, содержание и состав экстрактивных веществ, даже условия произрастания дерева могут оказывать влияние.

При низкой плотности древесины брикет можно спрессовать сильнее и благодаря большей поверхности межчастичного взаимодействия получить более прочные ДСтП, чем из древесины высокой плотности. Тогда различие готовой продукции при равенстве ее плотности будет в пользу менее плотного сырья. В случае заказа на получение ДСтП с относительно низкой плотностью такие породы, как береза, имеющие высокую плотность, оказываются не подходящими или требуется повышение расхода связующего.

Кислотность древесины оценивают величиной рН и буферной емкостью. Кислотность важна для выбора отвердителя в составе связующего. Буферная емкость характеризует устойчивость древесины к изменению уровня рН. Учет ее особенно важен в случае, если ДСтП изготовляют из древесных частиц, содержащих добавки специального назначения (антипирены, антисептики, гидрофобизаторы).

Содержание экстрактивных веществ в древесине умеренной климатической зоны не превышает 3...4 %. Они включают древесные смолы, экстрагируемые органическими растворителями, эфирные масла, отгоняемые с водяным паром, и водорастворимые вещества, включающие как низкомолекулярные, так и высокомолекулярные соединения. Экстрактивные вещества влияют на отверждение связующего и водостойкость ДСтП.

Условия произрастания определяют скорость роста дерева, влияют на структуру древесины, анатомическое строение, пригодность к измельчению и даже на скорость отверждения связующего. Условия произрастания наряду с породой древесины оказывают также влияние на выбор технологических параметров изготовления ДСтП, что должно учитываться при выборе сырья или, по крайней мере, приниматься во внимание производителями.

Различные виды древесного сырья (неделовая древесина, отходы лесопиления и деревообработки, карандаши, шпон-рванина, стружка-отходы от строгальных станков, технологическая щепа, технологическая и шлифовальная пыль) находят применение в зависимости от конкретной технико-экономической обстановки. Отходы лесозаготовок, образующиеся на нижних складах, остаются пока только резервным сырьем.

Вырабатываемые измельчением древесные частицы различаются размерами и геометрией — важные факторы, определяющие качество ДСтП. Повышение толщины древесных частиц отрицательно сказывается на прочности плит. Тонкие частицы характеризуются большей удельной поверхностью по пласти. Следовательно, большая доля нанесенного связующего участвует в образовании плиты в благоприятных условиях. Боковые и торцевые грани, несмотря на наличие связующего, образуют ослабленные клеевые соединения. С ростом длины частиц до определенной величины увеличивается прочность плит при изгибе и при растяжении в плоскости плиты. На формостабильность при увлажнении и прочность при растяжении перпендикулярно пласти плиты влияет степень повреждения поверхности древесных частиц при их выработке. Качество поверхностного слоя частиц можно оценить его шероховатостью и степенью повреждения (перерезания) анатомических элементов древесины. Шероховатость поверхности затрудняет склеивание частиц, и в этом случае требуется большее количество связующего.

В результате исследований американских ученых определено идеальное отношение длины к толщине, которое составляет 150, например, плоская стружка длиной 50,8 мм и толщиной 0,34 мм. Однако это отношение не является универсальным: оптимальная геометрия частиц в отношении прочности при изгибе окажется менее подходящей для получения ДСтП с высоким показателем прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты. В любом случае гибкость древесных частиц играет важную роль в развитии прочности ДСтП. Гибкостью называют отношение l/(hр), где 1 - длина частицы, h — толщина, р - плотность древесины.

В образовании ДСтП гибкость частиц требуется для компенсации недостаточного контакта при сближении смежных частиц. О недостаточности контакта можно судить по сопоставлению прочности исходной древесины поперек волокон и плит при растяжении перпендикулярно пласти. Оказывается, что прочностные возможности древесины используются в плитах на 10 %. Это объясняется рядом причин:

а) пониженной собственной прочностью древесины в частицах;

б) остаточным влиянием упругого сопротивления в плитах во время их горячего прессования;

в) недостаточным контактированием смежных частиц.

На рис. 2 показано влияние геометрии частиц при разном расходе связующего на прочность образцов при изгибе. Сделан вывод, что более длинные частицы позволяют получить более прочные образцы. Оптимум лежит в области 25,4...50,8 мм, за которым нарастание прочности замедляется. Увеличение толщины частиц до значений порядка 1 мм отрицательно сказывается на прочности. Был также сделан вывод, что прочность на растяжение перпендикулярно пласти плит улучшается, если они изготовлены из более коротких и толстых древесных частиц. Такие частицы с меньшей поверхностью единицы массы получают больше связующего на единицу площади при данном его содержании. Прочность при таком испытании в большей степени зависит от качества клеевого соединения, чем при изгибе. Толстые частицы имеют относительно менее поврежденный поверхностный слой. Предельное значение ограничено собственной прочностью древесины.

Рис. 2. Прочность при изгибе ДСтП, изготовленных из древесных частиц различной толщины и длины при переменном содержании связующего

Из частиц кубической формы из-за высокой степени повреждения волокон получаются образцы плит с низкой формостабильностью при увлажнении как в отношении разбухания по толщине, так и линейного расширения. Эти показатели улучшаются с увеличением длины частиц, но обнаруживают тенденцию к падению с ростом их толщины.

Итак, из крупной плоской и гладкой стружки получаются плиты с наивысшими значениями прочности при изгибе, жесткости и линейной стабильности. Это свойство использовано в производстве OSB. Частицы кубической формы обеспечивают наименьшую прочность при изгибе, которая составляет 2...4 МПа. Добавление мелкой фракции и технологической пыли к более крупным плоским частицам уменьшает прочность плиты, но повышает водостойкость в течение 24-часовых испытаний. Благодаря добавке уменьшается пористость плиты и временно задерживается проникновение воды в ее структуру.

Использование крупноразмерной плоской стружки позволит принципиально повысить уровень качества плит, как это происходит при выработке OSB. В частности, плиты из специально нарезанной плоской стружки размером 76,2 х 25,4 х 0,46 мм на фенольном связующем приближаются по прочности к фанере: прочность при изгибе составляет 55...65 МПа.