Фанера

Фанера хвойных пород из ели

Принцип изготовления фанеры

Фанера — это композитный материал , изготовленный из тонких слоев или «слоев» деревянного шпона , сложенных и склеенных вместе. Это инженерная древесина из семейства промышленных плит, в которое входят фанера, древесноволокнистые плиты средней плотности (МДФ), ориентированно-стружечные плиты (OSB) и ДСП (или ДСП).

Все фанеры связывают листы смолы и древесного волокна ( ячейки целлюлозы длинные, прочные и тонкие), образуя композитный материал . Листы древесины укладываются так, что волокна каждого слоя располагаются перпендикулярно соседним слоям. Такое чередование волокон называется перекрестным волокном и имеет несколько важных преимуществ: оно уменьшает склонность древесины к раскалыванию при забивании гвоздями по краям; уменьшает разбухание и усадку по толщине, обеспечивая улучшенную стабильность размеров; и это делает прочность панели одинаковой во всех направлениях. Обычно используется нечетное количество слоев, чтобы лист был сбалансирован (т. е. волокна поверхностных слоев расположены параллельно друг другу) – это уменьшает коробление. Поскольку фанера склеена с находящимися друг на друге волокнами и с нечетным количеством составных частей, она имеет высокую жесткость , перпендикулярную направлению волокон поверхностного слоя.

Фанера меньшего размера, тоньше и более низкого качества может иметь только слои (слои), расположенные под прямым углом друг к другу. Некоторые изделия из фанеры более высокого качества по конструкции имеют пять слоев с шагом 45 градусов (0, 45, 90, 135 и 180 градусов), что обеспечивает прочность по нескольким осям.

Слово ply происходит от французского глагола plier . «складывать», от латинского глагола plico , от древнегреческого глагола πλέκω .

История

Древние египтяне и греки разрезали древесину тонко и склеивали ее слоями, располагая волокна в перпендикулярных направлениях, поскольку ценных пород древесины было в дефиците. Считается, что это было сделано исключительно в косметических и экономических целях, но оказалось, что это отличная альтернатива чистой древесине, поскольку она снижает гибкость, что делает ее универсальным строительным материалом.

В 1797 году Сэмюэл Бентам подал заявку на получение патента на несколько машин для производства шпона. В своих патентных заявках он описал концепцию ламинирования нескольких слоев шпона клеем для получения более толстого куска – первое описание того, что мы теперь называем фанерой. Бентам был британским военно-морским инженером, на счету которого множество изобретений в судостроении. Во времена Бентама виниры распиливали плоско , распиливали с трещинами или распиливали на четверть ; т.е. разрезать бревно вдоль или поперек вручную под разными углами к волокнам и, таким образом, ограничивать его ширину и длину.

Примерно пятьдесят лет спустя Иммануэль Нобель , отец Альфреда Нобеля , понял, что несколько более тонких слоев древесины, склеенных вместе, будут прочнее, чем один толстый слой древесины. Понимая промышленный потенциал клееной древесины, он изобрел ротационный токарный станок .

Существует мало сведений о раннем внедрении токарно-винторезного станка и последующей коммерциализации фанеры в том виде, в котором мы ее знаем сегодня, но в издании 1870 года французский словарь Роберта описывает процесс производства шпона на ротационном станке в своей статье Déroulage . Таким образом, можно предположить, что производство фанеры на ротационных станках было устоявшимся процессом во Франции в 1860-х годах. Фанера была завезена в Соединенные Штаты в 1865 году. и вскоре после этого там началось промышленное производство. В 1928 году в США были представлены первые листы фанеры стандартного размера размером 4 на 8 футов (1,22 на 2,44 м) для использования в качестве обычного строительного материала.

Художники используют фанеру в качестве подставки для станковых картин, заменяя традиционный холст или картон. Готовые доски художника для масляной живописи из трехслойной фанеры (3-ply) производились и продавались в Нью-Йорке еще в 1880 году.

Были эксперименты с проклейкой фанеры фенольными смолами, преимущественно в виде спиртового раствора или порошка, которые, однако, не обеспечивали достаточной точности нанесения. сухой процесс приклеивания шпона к фанере фенольной смолой в виде пленки . Около 1930 года в производстве водостойкой фанеры начал распространяться

Структурные характеристики

Типичная фанерная панель имеет лицевой шпон более высокого качества, чем основной шпон. Основная функция внутренних слоев — увеличить расстояние между внешними слоями, где напряжения изгиба самые высокие, тем самым увеличивая сопротивление панели изгибу . В результате более толстые панели могут преодолевать большие расстояния при тех же нагрузках. При изгибе максимальное напряжение возникает в самых внешних слоях: один при растяжении , другой при сжатии . Напряжение изгиба снижается от максимума на лицевых слоях до почти нуля в центральном слое. Напряжение сдвига , напротив, выше в центре панели и у внешних волокон. В Европе базовую фанеру можно разделить на три основные категории: березовая фанера (плотность около 680 кг/м2). ³ ), смешанная фанера (плотность ок. 620 кг/м ³ ) и хвойной фанеры (плотность 460–520 кг/м2). ³ ).

Типы

Фанера среднего качества с выставочным шпоном.

Качественная бетонная плита из фанеры.

Чрезвычайно качественная 29-слойная березовая фанера.

Для разных целей существуют разные сорта фанеры:

Хвойная древесина

Фанера хвойных пород обычно изготавливается из кедра , пихты Дугласа или ели , сосны и пихты (вместе известных как ель-сосна-пихта или SPF) или красного дерева и обычно используется в строительных и промышленных целях.

Наиболее распространенный размер - 1,2 на 2,4 метра (3 фута 11 дюймов × 7 футов 10 дюймов) или немного больший британский размер - 4 фута × 8 футов. Толщина слоев варьируется от 1,4 мм до 4,3 мм. Количество слоев (которое всегда нечетное) зависит от толщины и сорта листа. Кровельные работы можно использовать тоньше 16-millimetre (5⁄8 in) plywood. Subfloors are at least 19 millimetres (3⁄4 in) thick, the thickness depending on the distance between floor joists. Plywood for flooring applications is often tongue and groove (T&G); This prevents one board from moving up or down relative to its neighbor, providing a solid-feeling floor when the joints do not lie over joists. T&G plywood is usually found in the Диапазон от 13 до 25 миллиметров ( 1 ⁄ от до 1 дюйма).

твердая древесина

Фанера твердых пород изготавливается из древесины двудольных деревьев (дуб, бук и красное дерево) и используется для требовательных конечных целей. Фанера из лиственных пород отличается превосходной прочностью, жесткостью, долговечностью и устойчивостью к ползучести. Он обладает высокой прочностью на плоский сдвиг и ударопрочностью, что делает его особенно подходящим для тяжелых конструкций полов и стен. Конструкция из ориентированной фанеры имеет высокую колесную грузоподъемность. Фанера из лиственных пород обладает превосходной твердостью поверхности, устойчивостью к повреждениям и износу.

Тропический

Тропическая фанера изготавливается из смешанных лиственных пород тропической древесины . Родом из азиатского региона, сейчас он также производится в странах Африки и Южной Америки. Тропическая фанера превосходит фанеру хвойных пород по плотности, прочности, ровности слоев и высокому качеству. На многих рынках он обычно продается с наценкой, если он произведен с соблюдением высоких стандартов. Тропическая фанера широко используется в Великобритании, Японии, США, Тайване, Корее, Дубае и других странах мира. Его используют в строительных целях во многих регионах из-за невысокой стоимости. Однако во многих странах, включая Филиппины, Малайзию и Индонезию, леса подвергаются чрезмерной вырубке, в основном из-за спроса на производство и экспорт фанеры.

Самолет

De Havilland DH-98 Mosquito изготовлен из гнуто-клееного шпона.

Высокопрочная фанера, также известная как авиационная фанера, изготавливается из красного дерева, ели и/или березы с использованием клеев с повышенной устойчивостью к нагреву и влажности. Он использовался при строительстве десантно-штурмовых планеров во время Второй мировой войны , а также нескольких истребителей , в первую очередь многоцелевого британского Mosquito . Фанера, получившая прозвище «Деревянное чудо», использовалась для поверхностей крыла, а также плоских секций, таких как переборки и стенки лонжеронов крыла. Фюзеляж обладал исключительной жесткостью благодаря сэндвичу из склеенных слоев бальзы и слоев монокока ; Эллиптический в поперечном сечении, он был сформирован из двух отдельных зеркальных половин с использованием изогнутых форм.

Конструкционная фанера авиационного класса чаще всего изготавливается из шпона африканского красного дерева, ели или березы, который склеивается в горячем прессе на сердцевине липы или тополя, или из шпона европейской березы по всей длине. Липа — это еще один тип авиационной фанеры, который легче и гибче, чем фанера из красного дерева и березы, но имеет немного меньшую плотность. прочность конструкции. Фанера авиационного класса производится в соответствии с рядом спецификаций, включая те, которые изложены с 1931 года в Правилах Germanischer Lloyd по исследованию и испытаниям фанеры для самолетов и MIL-P-607, последний из которых требует проведения испытаний на сдвиг после погружения в кипящую воду для три часа для проверки качества сцепления между слоями на соответствие техническим требованиям. Авиационная фанера изготавливается из трех или более слоев березы толщиной до Общая толщина 0,40 миллиметра ( 1 ⁄ 64 дюйма), он чрезвычайно прочный и легкий.

Говарда Хьюза H-4 Hercules был построен из фанеры. Самолет был построен компанией Hughes Aircraft Company из фанеры и смолы с использованием технологии Duramold . Специализированный деревянный шпон был изготовлен компанией Roddis Manufacturing в Маршфилде, штат Висконсин .

Декоративный (накладной)

Обычно облицовывают твердыми породами древесины , включая ясень , дуб , красный дуб , березу , клен , красное дерево , шореа (часто называемую лауан, меранти или филиппинское красное дерево, хотя не имеющее никакого отношения к настоящему красному дереву), палисандр , тик и большое количество других лиственных пород. .

Гибкий

Гибкая фанера предназначена для изготовления изогнутых деталей - практика изготовления мебели, зародившаяся в 1850-х годах. В слоями . внешними Трехслойная «доска для покачивания» или «гибкая доска» из красного дерева толщиной 3 ⁄ дюйма (9,5 мм) состоит из листов размером 4 на 8 футов (1,2 м × 2,4 м) с очень тонким центральным слоем с поперечными волокнами и двумя более толстыми слои, либо длинноволокнистые на листе, либо поперечные волокна. Доску для покачивания часто склеивают в два слоя после того, как ей придается желаемая кривая, чтобы окончательная форма была жесткой и сопротивлялась движению. Часто в качестве поверхностного слоя добавляют декоративный шпон.

В Соединенном Королевстве в викторианские времена однослойные листы шпона использовались для изготовления шляп для печных труб , поэтому гибкую современную фанеру иногда называют там «шляпным слоем». хотя исходным материалом была не фанера, а цельный лист шпона.

Морской

Морская фанера изготавливается из прочного лицевого и внутреннего шпона с небольшим количеством дефектов, поэтому она дольше служит как во влажных, так и влажных условиях, а также устойчива к расслоению и поражению грибком. Его конструкция такова, что его можно использовать в средах, где он подвергается воздействию влаги в течение длительного времени. Каждый шпон изготавливается из тропических лиственных пород и имеет незначительный зазор между сердцевинами, что ограничивает вероятность попадания воды в фанеру и, следовательно, обеспечивает прочное и стабильное клеевое соединение. В нем используется клей для наружных работ, устойчивый к атмосферным воздействиям и кипячению (WBP), аналогичный большинству наружных фанер.

Морская фанера может быть классифицирована как соответствующая BS 1088 , который является британским стандартом для морской фанеры, и IS: 710 - Бюро индийских стандартов (BIS) для морской фанеры. Международных стандартов классификации морской фанеры немного, и большинство стандартов являются добровольными. Некоторая морская фанера имеет штамп Lloyd's of London , подтверждающий ее соответствие стандарту BS 1088. Некоторая фанера также маркируется в зависимости от древесины, из которой она изготовлена. Примерами этого являются Окуме или Меранти .

В Великобритании можно найти строительных продавцов, рекламирующих слой пленки как «морской слой», который не соответствует BS 1088. Обычно в онлайн-рекламе этой продукции содержится предостережение вроде «не подходит для лодок».

В Индии морскую фанеру обычно называют «Kitply» в честь бренда, который популяризировал концепцию водонепроницаемой морской фанеры в 1980-х годах.

Другой

К другим типам фанеры относятся огнестойкая, влагостойкая фанера, фанера из проволочной сетки, знаковая фанера и фанера, обработанная давлением. Однако фанера может быть обработана различными химикатами для улучшения огнестойкости фанеры. Каждый из этих продуктов предназначен для удовлетворения потребностей промышленности.

Фанера из балтийской березы производится в районе Балтийского моря. Первоначально производился для европейских краснодеревщиков, но теперь популярен и в Соединенных Штатах. Он очень стабилен и состоит из внутренней сердцевины без пустот из переплетенных березовых листов с клеем для наружных работ. Лицевой шпон толще, чем у традиционного шкафного класса.

Производство

Бревна для фанерной конструкции на фанерном заводе

Для производства фанеры требуется хорошее бревно, называемое пиломатериалом, которое обычно более прямое и больше в диаметре, чем то, которое требуется для переработки в размерные пиломатериалы на лесопилке . Бревно укладывают горизонтально и вращают вокруг своей длинной оси, при этом к нему прижимают длинное лезвие, в результате чего тонкий слой древесины отслаивается (так же, как сплошной лист бумаги из рулона). Регулируемая ножка, которая может быть сплошной или роликовой, прижимается к бревне во время вращения, чтобы создать «зазор» для прохождения шпона между ножом и ножкой. Ножовка частично сжимает древесину при ее очистке; контролирует вибрацию ножа для очистки; и помогает поддерживать отслаиваемый шпон до точной толщины. Таким образом, бревно очищается от листов шпона, которые затем разрезаются до желаемых размеров, чтобы дать ему возможность дать усадку (в зависимости от породы древесины) при высыхании. Затем листы латают, сортируют, склеивают, а затем обжигают в прессе при температуре не менее 140 ° C (284 ° F) и давлении до 1,9 МПа (280 фунтов на квадратный дюйм) (но чаще 1,4 МПа). [200 фунтов на квадратный дюйм]), чтобы сформировать фанерную панель. Затем панель можно залатать, иметь незначительные поверхностные дефекты, такие как трещины или небольшие отверстия от сучков, заполнить, изменить размер, отшлифовать или отполировать иным образом, в зависимости от рынка, для которого она предназначена.

Фанерный завод в Йоэнсуу , Финляндия.

Для фанеры для внутреннего использования обычно используется менее дорогой карбамидо-формальдегидный клей, который имеет ограниченную водостойкость, тогда как фанера для наружного и морского применения рассчитана на устойчивость к влаге и использует водостойкий резорцин-формальдегидный или фенол-формальдегидный клей для предотвращения расслоения. и сохранять прочность в условиях повышенной влажности .

Клеи, используемые в фанере, стали предметом беспокойства. И карбамидоформальдегид , и фенолформальдегид канцерогенны в очень высоких концентрациях. В результате многие производители обращаются к клеевым системам с низким уровнем выделения формальдегида, обозначаемым рейтингом «E». Фанера, произведенная по стандарту «E0», практически не выделяет формальдегида.

Помимо клеев, которые выдвигаются на первый план, в центре внимания производителей становятся сами древесные ресурсы, отчасти из-за энергосбережения, а также заботы о природных ресурсах. Производителям, участвующим в этих программах, доступно несколько сертификатов. Программа одобрения лесной сертификации (PEFC), Лесной попечительский совет (FSC), Лидерство в энергетическом и экологическом проектировании (LEED), Инициатива устойчивого лесного хозяйства (SFI) и Greenguard — все это программы сертификации, которые гарантируют, что методы производства и строительства являются устойчивыми. Многие из этих программ предлагают налоговые льготы как производителю, так и конечному пользователю.

Размеры

Наиболее часто используемый диапазон толщины составляет от 1 ⁄ От до 3 дюймов (3,2–76,2 мм). Размеры наиболее часто используемых листов фанеры составляют 4 на 8 футов (1220 мм × 2440 мм). который был впервые использован Портлендской производственной компанией, которая разработала современную фанеру со шпоном для Всемирной выставки в Портленде 1905 года. Распространенный метрический размер листа фанеры – 1200×2400 мм. 5 × 5 футов (1500 × 1500 мм) также является распространенным европейским размером для фанеры из балтийской березы и авиационной фанеры.

Размеры специализированной фанеры для формования бетона могут варьироваться от От 15 ⁄ 64 до 13 ⁄ 16 дюймов (от 6 до 21 мм), существует множество форматов, хотя 15 × 750 × 1500 мм (0,59 дюйма × 30 × 59 дюймов) (19/32 дюйма × 2 фута - 6 дюймов × 4 фута) -11 дюймов) очень часто используется.

Авиационная фанера доступна толщиной 1 ⁄ дюйма (3 мм) (3-слойная конструкция) и выше; Обычно в авиационной фанере используется шпон толщиной 0,5 мм (около 1/64 дюйма), хотя при изготовлении некоторых более тонких панелей также используется гораздо более тонкий шпон, например 0,1 мм.

Оценки

Правила оценки различаются в зависимости от страны происхождения. Наиболее популярными стандартами являются Британский стандарт (BS) и Американский стандарт (ASTM). Джойс (1970), однако, приводит некоторые общие указания правил выставления оценок:

Типичные западные оценки по Джойсу

Оценка	Описание
А	Лицевой и задний шпон практически не имеют дефектов.
А/Б	Лицевые виниры практически лишены всех дефектов. Обратные виниры с несколькими небольшими сучками или изменениями цвета.
А/ББ	Лицевая сторона как А, но обратная сторона допускает сращивание шпона, большие сучки, заглушки и т. д.
Б	Обе стороны покрыты шпоном лишь с несколькими небольшими сучками или изменениями цвета.
В/ВВ	Лицевые виниры имеют лишь несколько небольших сучков или изменений цвета. Обратная сторона допускает сращивание шпона, крупные сучки, пробки и т.п.
ББ	Обе стороны допускают стыковку шпона, крупные сучки, заглушки и т. д.
К/Д	Для конструкционной фанеры этот сорт означает, что на лицевой стороне есть заполненные сучки и дефекты, а на обратной стороне могут быть незаполненные сучки. Ни лицевая сторона не является оценкой внешнего вида, ни отшлифованная поверхность. Этот сорт часто используется для обшивки поверхностей здания перед покрытием другим продуктом, таким как полы, сайдинг, каменная кладка или кровельные материалы.
РГ	Гарантированно только хорошо приклеен. Все сломанные узлы заткнуты.
Х	Сучки, сучки, трещины и все другие дефекты допускаются.
ВБП	Клей, устойчивый к атмосферным воздействиям и кипячению, используемый в морской фанере. Обозначение заменено на EN 314-3.

Марки в соответствии со стандартами Japan Plywood Inspection Corporation (JPIC)

Оценка	Описание
ББ/СС	Лицо как BB, спина как CC. BB в виде очень маленьких сучков размером менее 1/4 дюйма, небольшое обесцвечивание, отсутствие гниения, трещины и червоточины умело заделаны, цвета совпадают, без волдырей и морщин. Самый популярный выбор для многих применений, таких как мебель, упаковка и строительство.

Приложения

Фанера используется во многих сферах, где требуется высококачественный и высокопрочный листовой материал. Качество в этом контексте означает устойчивость к растрескиванию, разрушению, усадке, скручиванию и короблению.

Клееная фанера для наружных работ подходит для наружных работ, но поскольку влага влияет на прочность древесины, оптимальные характеристики достигаются там, где содержание влаги остается относительно низким. Минусовые температуры не влияют на размерные и прочностные свойства фанеры, что делает возможным ее специальное применение.

Фанера также используется в качестве инженерного материала для конструкций, подвергающихся нагрузкам. Он использовался в морской и авиационной технике со времен Второй мировой войны. Наиболее примечательным является британский бомбардировщик de Havilland Mosquito с фюзеляжем из березовой фанеры с прослойкой из бальзы и широко используемой фанерой для крыльев. Фанера также использовалась для изготовления корпусов моторных торпедных катеров (MTB) и моторных артиллерийских катеров (MGB), построенных British Power Boat Company и Vosper 's, американских катеров PT , а также десантных кораблей Higgins , критически важных для D. -Дневные посадки. Американские дизайнеры Чарльз и Рэй Имс известны своей мебелью из фанеры, равно как и финский архитектор Алвар Аалто и его фирма Artek , а Фил Болджер спроектировал широкий спектр лодок, построенных в основном из фанеры. Джек Кёпер из Кейптауна спроектировал фанерную парусную лодку Dabchick , которая по состоянию на 2015 год по-прежнему плавает большое количество подростков.

Detrola Model 579 (1946 г.), сделанный из фанеры. Радиоприемник

Фанеру часто используют для создания изогнутых поверхностей, поскольку она легко сгибается вместе с волокнами. Пандусы для скейтбордов часто используют фанеру в качестве верхней гладкой поверхности над изогнутыми кривыми, чтобы создать переход, который может имитировать формы океанских волн.

Фанера хвойных пород

Типичными конечными сферами применения еловой фанеры являются:

• Полы, стены и крыши в домашних конструкциях
• Ветрозащитные панели
• Внутренние кузовные работы автомобиля
• Пакеты и коробки
• Фехтование

Существуют покрытия, которые маскируют выраженную зернистую структуру еловой фанеры. Для этой фанеры с покрытием существуют некоторые конечные области применения, где необходима достаточная прочность, но легкость ели является преимуществом, например:

• Бетонные опалубочные панели
• Готовые к покраске поверхности для строительства

Фанера лиственных пород

фенольной смолы с пленочным покрытием из Фанера из твердых пород древесины обычно используется в качестве готового к установке компонента, например:

• Панели в системах опалубки бетона
• Полы, стены и крыши транспортных средств
• Контейнерные полы
• Полы, подвергающиеся сильному износу в различных зданиях и на заводах.
• Материалы строительных лесов

(«Проволока» или другие стили отпечатка доступны для лучшего сцепления)

Березовая фанера используется в качестве конструкционного материала в особых случаях, например:

• ветряных турбин Лопасти
• Изоляционные коробки для танкеров сжиженного природного газа (СПГ).

Гладкая поверхность и точная толщина в сочетании с долговечностью материала делают березовую фанеру подходящим материалом для многих специальных целей, например:

• Высококачественные громкоговорители
• Доски для высечки
• Несущая конструкция для паркета
• Детское игровое оборудование
• Мебель
• Вывески и ограждения для требовательной наружной рекламы
• Музыкальные инструменты
• Спортивное оборудование

Тропическая фанера

Тропическая фанера широко доступна в регионе Юго-Восточной Азии, главным образом в Малайзии и Индонезии .

• Обычная фанера
• Бетонная панель
• Основание пола
• Панель структуры
• Напольное покрытие для контейнеров
• Ламиновая доска
• Клееный брус (LVL)

См. также

• Балансовая древесина