Особенности производства строганого шпона из древесины лиственницы (сибирской, даурской)

метки: Строгание, Изготовление, Лиственница, Ванчес, Строганый, Температура, Влажность, Длина

Строганый шпон является исходным материалом для облагораживания поверхностей деталей, изготовленных из малоценных пород массивной древесины, фанеры, древесностружечных и древесноволокнистых плит.

В последние годы производство строганого шпона, особенно из ценных тропических пород древесины, значительно сократилось в связи с появлением на рынке большого ассортимента высококачественного синтетического шпона, дефицита древесины ценных пород, ввиду ее дороговизны, а также увеличения объемов производства мебели из массивной древесины. В тоже время на рынке имеется определенный спрос на мебель и строительные изделия, облицованные натуральными породами древесины. Эти изделия значительно дешевле, чем из массивной древесины и в тоже время от нее практически внешне не отличаются.

Детали, облицованные строганым шпоном более прочны, формоустойчивы и долговечны, чем облицованные синтетическими материалами.

Особое место среди различных пород занимает лиственница — основная лесообразующая порода в нашей стране. Лиственница имеет ряд исключительных свойств: высокая светопогодная устойчивость древесины, сопротивляемость действию воды и гниению.

Своеобразие лиственничной древесины накладывает некоторые особенности на ее химическую и механическую переработку.

1. Размерно-качественные характеристики сырья

Размерно-качественные характеристики сырья лиственничного сырья регламентированы в технических характеристиках на кряжи лиственницы для строганого шпона (ТУ 13-15-70).

Длина лиственничных кряжей устанавливается от 2,5 до 3 м с градацией 0,1 м. Каждый кряж должен иметь припуск по длине 3 см. Размеры кряжей по диаметру вершинной части колеблются от 36 см и более.

Размерные показатели строганого шпона регламентированы ГОСТ 2977-65.

Длина листа радиального, полурадиального и тангенциального шпона колеблется от 1 м и выше с градацией 0,1 м. Для тангенциально-торцового шпона длина определяется, начиная с 0,3 м, через каждую 0,1 м. Ширина шпона устанавливается от 80 мм и более, а толщина 0,8 и 1 мм.

Класс шероховатости строганого шпона определяется ГОСТ 7016-68.

Строганый шпон учитывается в квадратных метрах с точностью до 0,001.

2. Физико-химические особенности лиственницы

Физические свойства лиственничной древесины, разрабатываемой в различных районах, приведены в таблице 1.

Таблице 1 — Физические свойства древесины лиственницы

Район произростания	Плотность,кг/м 3	Коэф. усушки древесины	Предел прочности, МПа, при	Удельная работа при ударном изгибе, Дж/см 3	Твердость, МПа
		радиальной	тангенциальной	объемной	сжатии вдоль волокон	статическом изгибе	раскряжении вдоль волокон	скалывание вдоль волокон		торцовая	радиальная	тангенциальная
								радиальном	тангенциальном
Лиственница даурская
Приморский и Хабаровский края	650	0,18	0,37	0,57	57,3	106,2	—	7,7	6,0	2,45	42,0	—	—
Якутская АССР	620	0,18	0,34	0,54	52,2	93,2	—	9,1	9,0	1,66	34,6	24,9	25,6
Лиственница сибирская
Западная Сибирь	660	0,18	0,43	0,63	61,5	97,8	120,5	8,5	7,8	2,75	38,0	—	—
Восточная Сибирь	640	0,18	0,37	0,57	55,3	96,4	118,6	9,3	8,5	2,35	37,8	—	—

Показатели лиственницы выше или равны показателям древесины твердолиственных пород, уступая им незначительно лишь в удельной работе при ударном изгибе, твердости и скалывании вдоль волокон.

Физические свойства древесины лиственницы зависят от ее температуры и влажности. По данным, приведенным в таблице 2, прочность древесины лиственницы значительно снижается с ростом ее влажности и температуры.

Продолжительность действия высоких температур на древесину лиственницы на различные показатели ее прочностных свойств влияет неодинаково.

Таблица 2 — Влияние температуры и влажности лиственницы на ее прочностные показатели

Наименование показателей	t=20 0 С W=10%	t=20 0 С W=30%	t=100 0 С W=30%
Предел пропрочности, МПа	71,1	60,6	40,0
Модуль упругости, МПа	17300	7800	7170
Относительная деформация при изгибе, мм	1,25*10 -2	1,72*10 -2	2,53*10 -2
Условный предел пропорциональности, МПа	32,6	26,9	18,2

Химический состав древесины лиственницы заметно отличается от состава других хвойных пород, произрастающих в тех же районах. В первую очередь это относится к содержанию веществ, экстрагируемых водой, и целлюлозы. В таблице 3 приведены сведения о химическом составе древесины лиственницы, произрастающей в различных районах Зауралья.

Таблица 3 — Химический состав древесины лиственницы, %

Компоненты	Лиственница даурская	Лиственница сибирская
	Дальний Восток	Сахалин	Сибирь	Красноярский край
Лигнин	26,6	25,3	29,5	29,45
Целлюлоза Кюршнера	52,1	39,5	45,8	45,85
Пентозаны	11,6	8,8	9,3	9
Гемицеллюлозы	20,4	—	—	44
Маннан	—	6,1	—	—
Галактан	—	14,4	—	—
Уроновые кислоты	—	2,9	—	—
Вещества, экстрагируемые водой	1,3	1,4	1,8	—
Вещества, экстрагируемые эфиром	2,2	22,6	5,1	2,19
Метоксильные группы	—	—	—	12,08
Элементный состав:				5,85
С	—	—	—	46,90
Н	—	—	—	7,24
О	—	—	—	45,27
Зольность	0,21	0,3	1,0	0,59

Специфическим является высокое содержание древесины лиственницы арабогалактана, который для различных мест и условий сильно варьируется.

Неодинаково содержание компонентов и по диаметру ствола.

3. Вид строганого шпона

Строганый шпон — тонкий листовой материал, получаемый из древесины строганием брусьев поперек (а) или вдоль (б) волокон параллельно пласти.

1 — строгальный нож; 2 — строганый шпон; 3 — заготовка.

Рисунок 1. Схема строгания шпона

В зависимости от текстуры строганый шпон выпускается следующих видов (рис. 1,2):

• радиальный (Р) — годичные слои параллельны по всей поверхности;
• полурадиальный (ПР) — годичные слои параллельны не менее ѕ площади;
• тангентальный (Т) — годичные слои в виде конуса или кривых линий;
• Строганый шпон выпускается двух сортов: 1 и 2.

Основные требования к качеству шпона

1. Окраска от металла несквозная во 2-ом сорте не более 10 % по длине листа, в 1-ом сорте не допускается.

2. Влажность шпона (8±2) %.

3. Шероховатость по ГОСТ 7016-82:

• для дуба, ясеня, ильма, лиственницы, сосны и крупно-рассеянососудистых пород не более 200 мкм;

• для остальных пород древесины не более 100 мкм.

4. Нормы допуска пороков оговаривают размеры и количество сучков, трещин, грибные поражения, химические окраски, строение и механические повреждения.

Хвойные (ГОСТ 9463-88):

лиственница, сосна, кедр.

Размеры круглых лесоматериалов для строгания:

Хвойные:

• диаметр бревен 32 см и более;
• длина бревен 2,5 м и более через 0,1 м.

Припуски по длине для всех пород 3-5 см. Качество сырья для всех пород 1 и 2 сорт. Основные допустимые пороки древесины ГОСТ 2140-81:

• сучки, сросшиеся до 5 см;
• трещины не более ? диаметра вершинного торца.

  4.

Технологический процесс строгания шпона

4.1 Поперечная распиловка бревен на кряжи

Рациональный способ раскроя лиственничных кряжей, разработанный СвердНИИПдревом, позволяет получить максимальный выход шпона с учетом требований технических условий и особенностей строения древесины. При раскрое кряжей лиственницы за основной критерий принимается качественный выход строганого шпона. Так как при строгании заготовок лиственницы, имеющих форму двухкантного бруса получается тангенциальный шпон, непригодный для облицовки лицевых поверхностей щитовых деталей мебели, необходимо так раскраивать кряжи на заготовки, чтобы в процессе их строгания можно было получить в основном радиальный и полурадиальный шпон.

Исходя из этого условия, в зависимости от диаметра и сорта кряжей, рациональным способом раскроя лиственницы является ванчесный трех- и четырехсторонний, ванчесный с выпиливанием сердцевинной доски, а также способ троения с выпиливанием сердцевинной доски, таблица 4.

Таблица 4 — Количественные и видовые выходы шпона из

лиственницы при раскрое рациональными способами

Группа диаметров сырья	Способ раскроя	Выход шпона, % от сырья	Видовые выходы шпона, % от сырья
			радиальный	полурадиальный	тангентальный
36-40	Ванчесный	31,3	23,7	6,5	1,1
42-50	Ванчесный	40,9	30,9	6,8	3,2
52-60	Ванчесный с выпиливанием сердцевинной доски	37,4	37,4	1,0	0,8
60 и более	Троения с выпиливанием сердцевинной доски	42,5	41,4	1,1	—

Исходя из требований ГОСТ 2977-82 к размерам и виду шпона, при выборе схем и способов раскроя должны соблюдаться следующие условия:

• толщина ванчеса должна быть в пределах S = 120 — 300 мм;
• ширина опорной плоскости и начальной плоскости строгания должна быть не менее 80 мм;
• высота ванчеса должна быть в пределах 120 — 700 мм;
• ванчесный четырехсторонний способ применим для кряжей диаметром до 80 см без значительных дефектов ;
• распиловка на четверти рациональна для кряжей диаметром 80 — 100 см;
• способ троения целесообразен для кряжей диаметром 100 см и более;
• ванчесный способ с выпиливанием сердцевинной доски целесообразен при распиловке бревен с внутренними пороками;
• первый рез необходимо выполнять параллельно образующей бревна.

4.2 Продольная распиловка кряжей на брусья

Способы раскроя:

Ванчесный трехсторонний способ применяется при диаметре кряжа не менее 45 см и не более 60 см. От кряжа отпиливается с двух противоположных сторон горбыли и по одной или по две подгорбыльные доски. После чего поворачивают кряж на 90 ⁰ и делают диаметральный пропил. Таким образом, получается два трехсторонних ванчеса. Строгают каждый ванчес за две установки. Шпон получается вначале тангентальный, затем полурадиальный и радиальный.

Ванчесный с выпиливанием сердцевинной доски способ применяется при раскрое сырья диаметром от 45 до 60 см, имеющего сердцевинную трубку, трещины, гниль и другие недопустимые в шпоне пороки древесины. В четырехстороннем тупокантном брусе двумя симметричными пропилами выпиливается сердцевинная доска. Полученные два четырехсторонних ванчеса строгают за две установки каждый. Способ дает увеличение количественного и качественного выхода шпона из кряжей с простой метиковой трещиной.

4.3 Тепловая обработка заготовок для строгания

Режимы тепловой обработки лиственничных заготовок перед строганием в значительной мере обусловливаются изменением температурного поля в процессе нагревания и охлаждения заготовок, скоростью распространения тепла в отдельных точках в любой момент времени.

Данная операция выполняется с целью выравнивания влажности по сечению ванчесов и придания пластичности и упругости древесины перед строганием, что снижает шероховатость и позволяет избежать трещины в шпоне.

ГТО выполняется в два этапа:

• а) нагрев и увлажнение ванчесов;

б) охлаждение до 45-50 ^о С в периферийной части и до 55-65^о С в центре ванчесов в течение 0,5-2,0 часа.

Очень высокая температура древесины при строгании отрицательно сказывается на качестве, появляется махристость поверхности шпона. Из-за недостаточного прогрева или сильного охлаждения ванчесов перед строганием появляются трещины и вырывы волокон на шпоне.

Прогрев древесины в процессе ГТО нужно вести до оптимальной температуры данной породы 60-70 ^о С.

Перед ГТО боковые поверхности сортиментов рекомендуется очищать от опилок с целью уменьшения загрязнения сточных вод и облегчения очистки поверхностей перед строганием.

Тепловая обработка ванчесов производится в пакетах. Для равномерного прогрева и получения оптимального состояния ванчесов перед строганием целесообразно в один пакет укладывать ванчесы широкой пластью вниз одной породы и одной группы толщин.

Тепловая обработка должна производиться при температуре ниже 100 ^о С для сохранения прочности древесины.

Выбор режимов ГТО зависит также от типа применяемого оборудования. Для тепловой обработки применяют автоклавы (пропарочные цилиндры), парильные камеры и ямы, пропарочные бассейны.

Автоклавы имеют ряд преимуществ перед другими видами пропарочного оборудования, особенно при тепловой обработке древесины твердолиственных пород: для лиственницы сроки тепловой обработки уменьшаются в 4 — 6 раз.

Недостатками автоклавной обработки ванчесов являются:

Потребность в перегретом паре давлением, как минимум 0,25 мПа (150 оС), что возможно не на всех предприятиях.

До 4,5 % ванчесов после автоклавной обработки непригодны для строгания из-за растрескивания.

Автоклавы, как сосуды работающие под давлением, требуют специального контроля и обслуживания, что не требуется при эксплуатации проварочных устройств и бассейнов.

Зависимость между временем нагревания ф и толщиной заготовок средней влажности W = 75 % при температуре среды t _с = 133 ^о С описывается следующими уравнениями

для лиственницы

• при t _о = 1 ^о С ф = 0. 424 В + 1,83

• при t _о = 10 ^о С ф = 0, 350 В + 1,55

Для различных толщин брусьев по данным уравнениям посчитана продолжительность выдержки заготовок в автоклавах, таблица 5.

Таблица 5 — Продолжительность тепловой обработки ванчесов в автоклавах

Толщина брусьев В, мм	Продолжительность нагревания, ф, ч
	лиственницы
	начальная температура
	1 о С	10 о С	1 о С	10 о С
160/280	5,23	160	7,73	6,45
180/300	5,63	4,70	8,18	6,80

200/320 6,07 5,05 8,63 7,15

220/340	6,48	5,35	9,03	7,50
240/360	6,93	5,75	9,43	7,85
260	7,33	6,10

Рациональным способом тепловой обработки ванчесов с точки зрения максимального выхода шпона высокого качества является пропаривание в парильных камерах и ямах. Особенностью тепловой обработки является то, что в начале температура паровоздушной смеси постоянно поднимается до 94-98 ^о С, а затем снижается до 60- 70 ^о С. Параметры ГТО ванчесов в парильных камерах и ямах приведены в таблица 6.

Таблица 6- Режимы тепловой обработки древесины паром в камерах и ямах

Порода древесины	Толщина ванчесов, мм	Температура паровоздушной смеси по ступеням, °С	Продолжительность пропарки, ч
			теплое время года (выше 0 °С)	холодное время года (ниже 0 °С)
			по ступеням	общая	по ступеням	Общая
Лиственница	до 200 200-300 300 и >	30-95-70	2,0-5,0-2,5	6,5 7,5 9,0	2,5-8,0-3,5	12,0 14,5 17,5

В последние годы широко применяется тепловая обработка ванчесов в бассейнах — проваривание древесины в горячей воде, подогреваемой паром или эл.тенами. В этом случае практически исключается образование трещин в древесине. Температура воды 75-90 °C. Увеличение выхода шпона составляет 4-5 %, при этом не изменяется окраска древесины, и на шпоне не появляются темные пятна. Возможно применение проваривания и в автоклавах с заполнением их водой на 1/3 — 2/3. Режимы проваривания приведены в таблицы 7.

Таблица 7 — Режимы тепловой обработки ванчесов в проварочных бассейнах

Порода древесины	Продолжительность прогрева воды, ч	Температура воды, °С	Общая продолжительность, ч
	летом	зимой		летом	Зимой
Лиственница	5	6	98	6 — 8	9 — 12

После тепловой обработки ванчесы выдерживают на тележках или подстопных местах вне рабочей зоны шпонострогального станка, предохраняя от чрезмерного охлаждения и высыхания. Оптимальная температура при строгании лиственницы 40 — 45 ^о С. Определение температуры внутри ванчеса производится термометром, вставляемым в отверстие торца на глубину половины толщины ванчеса. Отверстие можно высверлить электродрелью. Производительность выдержки ванчесов перед строганием не должна превышать 1,5 — 2,0 часа в зависимости от их толщины.

Более низкая или высокая температура строгания ведет к повышению шероховатости шпона и вырывам волокон древесины, что видно при анализе таблицы 8.

Таблица 8 — Зависимость шероховатости поверхности лиственничного шпона от температуры поверхности при строгании

Температура брусьев, о С	Объем шпона по величине шероховатости, %
	радиальный	полурадиальный	тангентальный
	100	200	320	100	200	320	100	200	320
20 ± 3	6	81	13	8	82	10	0	52	48
30 ± 3	37	61	2	30	69	1	0	20	80
40 ± 3	65	35	0	46	54	0	4	87	9
50 ± 3	30	69	1	33	65	2	0	73	27
60 ± 3	12	85	3	10	84	6	0	65	35

Примечание. Обжим при строгании 20 %

Из таблицы видно, что оптимальная температура для строгания брусьев 40 ± 3 ^о С.

4.4 Окорка заготовок

Комбиальные и коровые слои становятся пластичными и легко отделяются.

4.5 Строгание заготовок на шпон

Рациональные технологические режимы строгания лиственничных заготовок были получены СвердНИИПдревом применительно к шпонострогальным станкам ФММ-3100.

Качество поверхности зависит от вида шпона. Лучшее качество поверхности, соответствующее допустимым 6-7-му классам ГОСТ 7017-64, достигается при получении радиального шпона, несколько сжимается при получении тангенциального шпона. Полученные закономерности характерны для толщины шпона: 0,8; 1,0; 1,2 мм.

Лучшее качество поверхности шпона толщиной 0,8 мм достигается при степени обжима 19-20%, угле заточки ножа 15 ⁰ , шпона толщиной 1,0 мм при степени обжима 20-21%, угле заточки ножа 16⁰ , шпона толщиной 1,2 мм — соответственно при 21% и 17⁰ . Угол резания для шпона любой толщины 20⁰ .

Процесс строгания заготовок из лиственницы регламентирован режимом РД-15-42.

Заготовки после ТО укладываются на стол шпонострогального станка так, чтобы строгание происходило от вершинной части к комлевой и от ядровой к заболонной, что повышает прочность шпона поперек волокон с 5,5 до 7 кгс/см ² по сравнению со строганием от комля к вершине.

Для получения качественной лицевой поверхности шпона заготовки с прямым направлением волокон укладываются внешней базисной опорной плоскостью к упорной доске, с таким расчетом, чтобы их строгание проходило в направлении, противоположном направлению годичных слоев.

4.6 Сушка шпона

После строгания влажность шпона составляет от 90 до 140%. Согласно ГОСТ 2977 конечная влажность товарного шпона 82%. Для получения качественного шпона в процессе сушки необходимо выдержать следующие условия:

1) листы шпона должны иметь плоскую форму без коробления и растрескивания;

2) влажность по длине, ширине и толщине шпона должна быть равномерной (перепад не более 2%);

3) при выполнении вышеуказанных условий продолжительность сушки должна быть минимальной.

Сушка шпона может осуществляться тремя способами: контактным, конвективным и комбинированным.

Продолжительность сушки шпона зависит от породы древесины, его толщины, начальной влажности и температуры агента сушки, таблица 9.

Таблица 9 — Режимы сушки строганого шпона в сушилках типа СУР — 5 до влажности 8 — 10 %

Порода древесины	Толщина шпона, мм	Начальная влажность шпона, %	Температура агента сушки, 0 С	Продолжительность сушки, мин.
Лиственница	0,8 — 1,0 0,8 — 1,0	50 — 55 60 — 65	110 120	7 — 8 8 — 9

4.7 Окончательная обработка строганого шпона (контроль качества, сортировка, прирезка, упаковывание строганого шпона)

4.7.1 Контроль качества, сортировка строганого шпона

Заключается в оценке влажности, пороков, качества поверхности, разнотолщинности и размеров.

Согласно ГОСТ 2977 — 82 нормы допуска пороков регламентированы по сортам шпона. Сортировка шпона производится в ручную на столе после выхода его из сушилки. Листы шпона укладывают в кноли (не менее 10) в том порядке, в котором они были получены при строгании из одной заготовки. Кноли подбирают по видам среза, т.е. радиальные (р), полурадиальные (пр) и тангентальные (т) соответственно 1 и 2 сорта. После обрезки на гильотинных ножницах, каждую кноль перевязывают шпагатом один раз по длине 1м и 2 раза по длине более 1м. На каждой пачке мелом или карандашом на верхнем листе указывают породу древесины, вид и сорт шпона, и количество шпона в листах и квадратных метрах. Например: лиственница Р1 — 0,8 ГОСТ 2977 — 82, 20 листов 0,8м ² .

Приемку готового шпона производят партиями одной породы, вида, сорта, толщины или случайной выборкой: 3%, но не менее 10 пачек — для проверки внешнего вида и размеров шпона; 0,5%, но не менее трех пачек — для проверки влажности, шероховатости и волнистости.

При получении неудовлетворительных результатов более чем на 5 %проверенных образцов, проводят дополнительную проверку с удвоенной выборкой из этой же партии.

Испытание образцов на соответствие требованиям ГОСТ 2977 — 82 проводят на одном — двух листах шпона, взятых из средины и низа пачки. Толщину измеряют в трех точках по длине листа на расстоянии 25 мм от края. Шероховатость шпона определяют согласно ГОСТ 15612, влажность по ГОСТ 9621, порки древесины по ГОСТ 2140.

Площадь листов шпона, волнистость, косину и др. проверяют согласно п.3. Методика испытаний ГОСТ 2977.

4.7.2 Прирезка строганого шпона

Листы шпона уложенные в пачки (кноли) в порядке их выхода при строгании из каждого ванчеса отдельно должны быть прирезаны с четырех сторон согласно ГОСТ 2977 — 82. Технологически данную операцию целесообразно выполнять на гильотинных ножницах.

Ножницы предназначены для прирезки пачек сухого строганого шпона к стандартным размерам, раскроя пачек шпона по длине и толщине, а также чистовой обработки шпона вдоль и поперек волокон. Наиболее распространены ножницы моделей СН — 3500, НГ 18, НГ 28 отечественного производства, а также модели RS — 38, TiA (Италия); AFRM, AS13, BS (Германия).

Процесс резания на гильотинных ножницах — деление материала двумя плоскими ножами, при смыкании которых происходит резание.

Перед прирезкой и раскроем шпона производится оценка его качества и разметка на рабочих местах. При разметке отмечаются места поперечных резов с целью выравнивания торцов или удаления пороков для повышения сортности шпона.

4.7.3 Упаковка строганого шпона

Производится на отдельном рабочем месте, где пачки шпона укладываются в пакеты массой от 80 до 500 кг по породам, сортам и размерам. Каждый пакет обертывается в два слоя водоотталкивающей пленкой или бумагой. Сверху и снизу пакета укладывают щиты разовой тары из пиломатериалов хвойных или лиственных пород толщиной 13 — 19 мм или листов фанеры, ДВП и дв. Щиты должны иметь поперечные планки из пиломатериалов 25 — 40 50 — 70 мм. Уложенный между щитами пакет обвязывается стальной лентой или проволокой не менее трех — четырех обвязок в зависимости о длины пакета.

На каждый пакет наносится ярлык с обозначением:

• наименование предприятия изготовителя;
• наименование основных показателей упакованного шпона;
• обозначения стандарта;
• условия транспортировки по ГОСТ 14192 со знаком

“Беречь от влаги”.

Строганый шпон перевозят в крытых средствах или контейнерах, где можно укладывать пачки без упаковки и перегибов.

Хранить шпон в закрытых помещениях при температуре от минус 40 до 50 ⁰ С и относительной влажности воздуха не выше 80%.

Заключение

Были обобщены и систематизированы найденные сведения о строганом шпоне из древесины лиственницы. Приведен технологический процесс производства данного шпона.

Список использованных источников

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/izgotovlenie-shpona/

Плахов В.Н. Производство строганого шпона. М.: «Лесная промышленность», 1975.- 128 с.

Левин Э.Д., Денисов О.Б., Пен Р.З. Комплексная переработка лиственницы. М.: «Лесная промышленность», 1978.- 224 с.

Волынский В.Н. Технология клееных материалов: Учебное пособие для вузов, 2003.- 280 с.