Древесные строительные материалы, виды, классификация. Какие виды древесных материалов используются в деревообрабатывающей?

Древесина служит основным сырьем для лесохозяйственных операций и имеет уникальные свойства, позволяющие производить из нее множество разнообразных продукций. С учетом глобальных тенденций, необходимо все больше классифицировать и систематизировать лесопродукцию для повышения ее качества и эффективности использования.

Древесные материалы, их виды, свойства и области применения

Дерево использовалось человеком на протяжении всей истории, начиная с постройки великих архитектурных памятников, таких как пирамиды в Египте и замки Средневековья. В наше время древесина продолжает занимать важное место в строительстве, хотя бетон и другие современные материалы начали занимать лидирующие позиции. Несмотря на это, деревянные элементы играют незаменимую роль в современных каменных зданиях. Например, в большинстве жилых домов активно используются деревянные балочные системы, которые в 99% случаев изготавливаются именно из древесины. Дерево также находит применение в отделочных работах и даже в опалубке для заливки бетона. Несмотря на то, что в нашей стране наблюдается сокращение объемов деревянного домостроения и деревянное каркасное строительство не является популярным, именно данное направление требует значительных объемов древесных материалов.

Кроме того, древесина также участвует в процессе кладочного строительства, что приводит к быстрому развитию деревообрабатывающей промышленности. На данный момент множество лесопилок и мельниц предлагают разнообразные пиломатериалы для различных строительных нужд. В зависимости от специфики работ применяется определенный вид древесного материала, что как раз и подразумевает необходимость четкой классификации пиломатериалов. В дополнение к традиционным пиломатериалам, такими как доски и брусья, в строительстве также активно используются фанера и древесно-стружечные плиты (ДСП), о которых мы подробнее расскажем позже.

Бревно

Одним из самых традиционных видов древесины является круглое бревно. Однако в настоящее время оно используется значительно реже, так как большинство производителей предпочитает оцилиндрованное бревно. Этот вид древесины имеет идеальное круглое сечение и проходит обработку на специальных заводах. Все бревна, используемые для строительства, имеют унифицированный диаметр, что упрощает процесс подбора и значительно ускоряет возведение домов. Тем не менее, стоит отметить, что стоимость круглого бревна существенно выше, чем у традиционного, что объясняется сложностью подготовки, включающей как плотницкие работы, так и процесс сушки с использованием довольно дорогих технологий.

В процессе организации производственного процесса столярного дела, профессиональный менеджер формирует набор правил, которым должны следовать рабочие во время технологической обработки материалов. Основные принципы, которым следует придерживаться при производстве продукции из древесины, включают:

1. Функциональность. Изделие должно соответствовать антропометрическим размерам человека, что обеспечивает его эргономичность и удобство в использовании.
2. Рациональность. При проектировании изделия следует тщательно рассчитывать все его характеристики, что позволит снизить затраты и более эффективно решать поставленные задачи.
3. Эксплуатационность. Процесс обработки древесины должен быть направлен на придание конечному продукту оптимальных эксплуатационных характеристик, среди которых стоит выделить прочность, долговечность, ремонтопригодность, эстетичность и надежность.

Доска

Доска является одним из самых распространенных видов древесины. Обычно она получается при распиловке бревна длиной около 2 метров, толщиной до 10 см и шириной до 30 см. Доски используются для настила полов, отделки стен и межэтажных перекрытий. Существует несколько категорий досок, среди которых наиболее востребованной является необрезная доска, а самой элитной считается доска из массива дерева, к разновидностям которой можно отнести рейку. Основное различие между ними заключается в том, что массивные доски производятся из дорогих пород древесины, тогда как обрешетка может быть изготовлена из различных видов древесины. Доски, как правило, имеют шпунт и паз по бокам, что значительно упрощает процесс укладки материала в сравнении с использованием гвоздей или шурупов.

Наиболее дешевой является доска без пиленых кромок, представляющая собой наружный слой бревна с непилеными гранями. Хотя такие доски могут использоваться в отделке, их наилучшим образом применяют для создания коробов или опалубки, что подчеркивает их ценность в строительных работах.

Дополнительно промышленность производит различные доски, но большинство из них используется в мебелестроении, что подчеркивает широкий спектр применения древесных материалов.

Доски изготовляются из всех видов промышленной древесины, как твердых, так и хвойных пород, что обеспечивает разнообразие в создании различных изделий.

Какие виды древесных материалов используются в деревообрабатывающей

В деревообрабатывающей отрасли используются разнообразные материалы, все из которых можно условно отнести к трем основным группам:

Ремонт в регионах

1. Главная
2. Строительство
3. Древесина
4. Виды древесных материалов

Древесные строительные материалы включают конструкционные, изоляционные и декоративные материалы, которые полностью или в значительной степени состоят из натуральной древесины и находят свое применение в строительстве, машиностроении, судостроении, производстве мебели, спортивного оборудования и даже упаковке.

Среди древесных материалов выделяются:

Натуральная древесина. Это основная группа, куда входят различные виды древесных материалов, включая круглый лес, рубленую, строганую и пиленую древесину (доски, балки и т.д.), а также шпон, фанеру, ДСП, опилки и древесные волокна.

Импрегнированная древесина. Это натуральная древесина, которая обработана специальными пропитками для увеличения ее биостойкости (антисептики), улучшения огнестойкости (антипирены) или для снижения гигроскопичности, что расширяет сферу ее применения (например, в машиностроении). Дополнительно древесина может быть обработана красителями в мебельном производстве.

Прессованная древесина. Это материал, получаемый путем прессования древесных волокон под давлением 100-300 кг/см² и с использованием температуры (100°-250°), что значительно увеличивает прочность и долговечность материала.

Клееная древесина. Применяется для создания более крупных изделий с однородными физико-механическими свойствами. В процессе производства древесина склеивается таким образом, что создаются элементы с большей толщиной, шириной и длиной. Метод дает возможность наиболее рационально использовать древесину, так как в случае, если отличительные характеристики одного элемента колеблются, можно выставить его так, чтобы соответственно более прочная древесина находилась в наиболее нагруженных участках.

Древесина с покрытием. Этот вид древесины включает в себя элементы, склеенные с использованием шпона или строганого шпона, что обеспечивает многообразие в направлениях волокон. Существует несколько видов клееной древесины: клеёная фанера (со взаимно перпендикулярным направлением волокон), формованная фанера (имеющая криволинейную форму), и слоистая древесина (с одинаковым или разным направлением волокон в слоях).

• Клееная фанера
• Фанера формованная
• Слоистая древесина
• Слоистая комбинированная (например, столярные плиты)

Дополнительно клееный брус может быть армирован тонколистовым металлом, металлической сеткой или тканью для повышения его прочности.

Прессованная клееная древесина. Состоит из материалов, созданных путем нагрева и увлажнения, а затем прессования под давлением 300 кг/см² при температуре около 150°. Эта древесина также активно используется аналогично клееной древесине, но с дополнительными характеристиками высоких прочностных качеств.

Древесные пластики изготавливаются из стружки, древесных опилок и органических или неорганических связующих. Они имеют более высокое содержание древесины в сравнении с древесно-наполненными пластиковыми изделиями, ключевыми примерами которых являются древесно-стружечные плиты (ДСП) и древесноволокнистые плиты (ДВП).

Требования к лесоматериалам для гидротехнического строительства

В гидротехническом строительстве активно используются хвойные и лиственные породы древесины, которые необходимы для возведения и ремонта различных конструкций, таких как плотины, водопропускные трубы и шлюзы. Требования к использованию древесины в данной области значительно отличаются от требований к обычным надземным строениям. Во многих из подобных сооружений условия влажности постоянно изменяются, что приводит к чередованию процессов увлажнения и высыхания древесных элементов. Это создает идеальные условия для гниения материалов. Также на древесину могут оказывать влияние постоянные механические нагрузки, такие как удары и вибрации, а также химическое воздействие воды.

Выбор древесины

Поэтому при выборе древесины необходимо учитывать ее устойчивость к гниению и механическую прочность. Долговечность древесины варьируется в зависимости от окружающей среды. Например, такие деревья, как ель, пихта, береза и бук, менее устойчивы в условиях повышенной влажности, тогда как лиственница и дуб проявляют значительно большую долговечность. Сосна и кедр также могут проявлять относительную устойчивость в подобной среде.

Исследования показали, что полезное сечение деревянных элементов может уменьшаться на 15-20% в результате условий среды, воздействующих на древесину в течение 70 лет, поскольку внешние слои страдают от процесса выщелачивания. Микроскопические исследования показывают полное разрушение клеток и отсутствие соединений между ними в этих поврежденных областях. Однако, важно отметить, что прочность древесины на сжатие, изгиб и срез соответствует допустимым нормам для здоровой древесины в области ядра и плечевой зоны.

Химические элементы, содержащиеся в морской воде, оказывают более серьезное влияние на древесину, используемую в гидротехнических сооружениях, по сравнению с пресной водой. Соответствующие исследования установили, что прочность древесины свай, находившихся в воде на протяжении 30 лет, снижается на 40-70% по сравнению с древесиной, не подвергавшейся столь продолжительному воздействию влаги.

Сосновую древесину чаще используют при строительстве гидротехнических сооружений, в то время как дуб и сосна идеально подходят для конструкций, требующих высокой прочности и долговечности. Твердые породы древесины, такие как дуб и бук, находят свое применение в производстве таких изделий, как нагели, штифты, клинья и прочие детали. Прочность древесины должна соответствовать следующим критериям:

• Прочность на сжатие вдоль волокон: не менее 300 кг/см²
• Прочность на изгиб: не менее 500 кг/см²
• Прочность на скалывание вдоль волокон: не менее 50 кг/см²

Совокупный объемный вес пиломатериалов и сырой древесины должен составлять: для сосны — 800 кг/м³, для дуба — 1000 кг/м³.

Качество лесоматериалов

Качество древесины должно выполнять требования государственных стандартов (ГОСТ) и дополнительные критерии, касающиеся несущих конструкций гидротехнических сооружений. Наличие гнили в древесине не допускается ни в одной категории лесоматериалов. Класс 1 древесины используется для элементов, подверженных растяжению и сжатию, тогда как класс 2 — для элементов, которые испытывают только сжатие. Важно, чтобы древесина, применяемая в капиталоемких портах, была тщательно обработана, чтобы предотвратить быстрое гниение или повреждение, вызванное древесными вредителями.

Древесная масса

Древесная масса представляет собой волокнистую массу, полученную путем механического трения древесины о вращающийся камень дефибриллятора. Этот элемент является одним из ключевых полуфабрикатов, используемых в производстве бумаги и картона. В зависимости от метода переработки древесных остатков различают несколько разновидностей целлюлозы: беленую, бурую и химическую. Белая целлюлоза получается из обычной древесины, в то время как бурая — из древесины, подвергнутой предварительной паровой обработке при температуре 150°-160° под давлением 4-5 атм. Химическую целлюлозу получают из лиственных деревьев, которые обрабатываются специфическим раствором при давления 11 атм при температуре 150°C.

Преимущества древесных материалов связаны с их невысокой ценой, что делает их экономически выгодными по сравнению с целлюлозой и тканями. Кроме того, они помогают улучшить различные печатные характеристики бумаги, такие как гладкость, непрозрачность и восприимчивость краски. Тем не менее, существует ряд недостатков, таких как относительно низкая механическая прочность, отсутствие белизны и нестабильность свойств под воздействием внешних факторов, таких как солнечное освещение, влажность и температура, что ограничивает их сферу применения. Для решения этих проблем целлюлозу часто отбеливают.

Основные требования

Древесные материалы должны отвечать установленным требованиям, которые предполагают использование как хвойных, так и лиственных пород древесины, а также отходов, возникающих при их заготовке и переработке. Также могут встраиваться недревесные включения такие, как смола, клей на натуральной основе, винил и различные полимеры, а также бумажные компоненты.

Методы, используемые для склеивания деталей, могут включать:

• На зубчатый шип по длине, что гарантирует прочность соединения;
• На ус по ширине;
• На гладкую фугу в обеих плоскостях, что также обеспечивает надежность соединения.

Следует учитывать, что все остальные требования будут индивидуальными и зависят от типа и назначения конкретного материала.

Обзор видов

Классификация древесных материалов достаточно обширна и разнообразна. Множество из них возникает в результате переработки отходов, получаемых при распиловке и строгании или других механических процессах обработки натуральной древесины. Исходным сырьем для этих изделий служит древесина, что делает их в определенной мере экологически чистыми. Тем не менее, важно отметить, что используемые связанные вещества в пластинах и иных элементах производства могут не обладать подобными характеристиками.

Древесные материалы находят свое применение во всем, от облицовки стен и полов до потолков. Например, фанера создается из ламинированных листов шпона, а волокна, полученные в результате измельчения древесных отходов, используются в производстве строительных плит, таких как древесно-волокнистые плиты (ДВП). Древесно-стружечные плиты (ДСП) производятся в виде тонких листов, в то время как ориентированно-стружечные плиты (OSB) получают за счет переработки стружки, и активно используются как в нашей стране, так и за рубежом.

Натуральные

Категория натуральных древесных материалов охватывает самые разнообразные изделия из древесины. Некоторые из наиболее популярных включают:

• Круглый лес;
• Тесаная древесина;
• Пиленая древесина;
• Колотая древесина;
• Шпон щепного типа;
• Строганная фанера;
• Древесная стружка, волокно и опилки.

Данная группа характеризуется отсутствием посторонних включений. Они формируются только в результате механической обработки без применения клея или различных пропиток.

Следует отметить, что эта категория отличается наивысшей экологической чистотой.

Пропитанные

Пропитанные древесные материалы подверглись модификации для повышения их устойчивости к влаге и механическим нагрузкам. Чаще всего в качестве добавок используются едкие химикаты, такие как антисептики, антипирены и пигменты. Процесс пропитки может включать дополнительное сжатие или нагрев материала.

Пропитанные или модифицированные древесные материалы могут показывать более высокую прочность на изгиб, с разницей до 75%, а также сниженную влагопоглощение. Они могут быть использованы для футеровки шахт и для создания滑ки для множества различных целей.

Особенности использования

Изучение и применение древесных материалов разнообразно и зависит от их уникальных свойств. Среди основных направлений использования выделяются:

1. Строительство. В этой области востребованы крупноформатные плиты, такие как ДСП, ОСП и ЦСП, которые применяются для создания наружных и внутренних стен и перегородок при каркасной технологии монтажа.
2. Мебельное производство. Здесь наиболее популярны материалы с полимерной (виниловой) или бумажной наружной поверхностью, а также МДФ и ДСП.
3. Звукоизоляция и теплоизоляция. Разнообразные плиты могут существенно снизить слышимость перегородок и перекрытий, а также предотвратить потери тепла в разных типах зданий.
4. Машиностроение. Древесные материалы активно используются в производстве грузовых автомобилей и специальной техники.
5. Вагоностроение. Плиты с покрытием используются для создания вагонных конструкций и настилов полов.
6. Кораблестроение. Древесные материалы применяются в создании междупереборок внутри судов и планировании пространства внутри.

Конкретное применение древесных материалов в значительной степени определяется их влагостойкостью и механической прочностью. Большинство подобных продуктов созданы для внутренней отделки помещений или требуют дополнительной защиты в виде герметиков и гидроизоляционных мембран для работы при сложных условиях.

Ценные породы древесины

Высококачественные сорта древесины предлагают более широкий круг применения, чем обычные. Они обладают привлекательной текстурой, разнообразной цветовой гаммой, оригинальным дизайном и высокой плотностью. Дизайнеры активно используют цветовую палитру древесины для создания декоративных предметов обстановки. В частности, высококачественные породы древесины могут стоить значительно больше, чем обычные строительные сорта.

Одним из редких и ценных видов древесины является самшит, который отличается приятным желто-серым цветом и обладает уникальной прочностью, сравнимой с прочностью кости. Самшит активно используется для изготовления деревянных деталей музыкальных инструментов, гравировальных дощечек, разделочных досок, а также резных изделий и пуговиц. Благодаря своим свойствам, гравировка на самшите получается очень тонкой и аккуратной, что благоприятно сказывается на ее высоком качестве.

Начиная с 18 века, древесина из экзотических субтропических стран начала поступать в Россию. Особой популярностью пользовалась мебель из красного дерева, которую создавали специальные мастера. Такая мебель становилась элементом роскоши и декорировала интерьеры королевских дворцов и домов обеспеченных слоев населения. Красное дерево отличается белой древесиной и яркой красновато-коричневой сердцевиной, что становится основой для экстрасенсорного воображения мастеров.

Не менее впечатляющим было черное эбеновое дерево с белой древесиной и блестящей черной сердцевиной. Этот контраст цветов стал основой для уникальных художественных изделий, которые привлекали внимание ремесленников. Эбеновое дерево также активно использовалось для изготовления клавиш фортепиано и различных духовых инструментов, что подчеркивало его выдающуюся плотность — 1000 кг на кубический метр.

К дополнительным ценным видам древесины можно отнести местные сорта, такие как орех, ясень, дуб, ольха, вишня и многие другие. Список также можно расширить за счет редких деревьев, произрастающих в уединенных регионах, таких как секвойя, эвкалипт, падуб и розовое дерево. Все эти виды активно используются для производства предметов интерьера, произведений искусства и дизайнерских изделий, позволяя придавать нашим жизни положительную энергию и ощущение гармонии.

Лесное товароведение

На протяжении до начала прошлого века не существовало унифицированных правил для распределения основной древесной продукции, как круглого, так и пиленого леса, по заданным размерам и качественным характеристикам. Заготовка и поставка древесины осуществлялись в соответствии с условиями и договоренностями участников торгов. Лишь в 1924 году Московская товарная биржа разработала и обнародовала правила торговли лесоматериалами.

Эти правила переломили множество различных названий, размеров и категорий лесоматериалов, создавая тем самым условия для стандартизации и первой классификации. Уже в 1930-х годах были установлены первые федеральные стандарты (ОСТ) для пиломатериалов и многофункциональных пиломатериалов.

В то время Александр Иванович Кузнецов предложил классификацию изделий из древесины, выделив несколько основных категорий:

• Сортименты круглого леса, которые используют как в круглом виде (например, столбы), так и как сырье для переработки (например, дрова, пневой осмол);
• Сортименты колотого леса;
• Сортименты пиленого леса (доски, брусья, шпалы и другие);
• Сортименты строганного и лущеного леса (древесная стружка, шпон, фанера и прочее);
• Сортименты из древесины корней (кокоры, болванки);
• Сортименты из древесной коры;
• Сортименты из отходов (например, древесная мука, мостовая шашка и пр.);
• Изделия лесохимической промышленности (например, живица, скипидар, деготь и прочее);
• Целлюлоза и сопутствующие товары (бумага, картон и так далее).

Эта классификация отражала текущее состояние деревообрабатывающей промышленности того времени и учитывала основной ассортимент древесной продукции. Однако, как отметил А.И. Кузнецов, «наиболее эффективным признаком для классификации любого объекта, и древесины в частности, остается назначение материала, так как оно определяет требования к размеру, качеству, форме и многим другим характеристикам».

С. Я. Лапиров-Скобло предложил внедрить лесопродукцию как научную дисциплину в учебные планы лесохозяйственных учебных заведений, классифицировав лесопродукцию по отраслевому признаку в 1930-е годы:

• Продукция лесной промышленности (бревна, куски, лыко и т.д.);
• Продукция лесопильной промышленности (доски, брусья и т.п.);
• Продукция столярных и механических производств (окна, двери, паркет, мебель, деревянные музыкальные инструменты и прочее);
• Продукция фанерной промышленности;
• Продукция специализированных производств (лыжи, спички, стандартное домостроение и др.);
• Плиты древесно-стружечные и древесно-волокнистые;
• Продукция лесохимической и гидролизной промышленности;
• Изделия целлюлозно-бумажной промышленности.

В середине прошлого века Б. Н. Уголев, который обогатил лесное хозяйство знаниями о строении и свойствах древесины, предложил классифицировать изделия из древесины по способу их производства и выделить семь групп:

• Лесоматериалы, полученные посредством механической обработки стволовой древесины (круглые, пиленые, лущеные, строганые и другие);
• Композиционные древесные материалы (фанера, столярные и древесно-стружечные плиты и прочие);
• Модифицированная древесина (прессованная древесина и та, что обработана синтетическими смолами);
• Сырье для лесохимических производств (пневый осмол, кора для экстрактов);
• Целлюлоза, бумага и древесно-волокнистые материалы;
• Продукция гидролизного и дрожжевого производства (спирты, кормовые дрожжи);
• Изделия лесохимической промышленности (канифоль, скипидар, древесный уголь).

Сырье – продукт – сырье

Природа является исходным, первичным сырьем для всех отраслей деревообрабатывающей промышленности. Ствол, крона и корни дают древесину, состоящую в основном из стволовой древесины, составляющей около 75% общей массы растущего дерева. Бревна в виде хлыстов распиливаются на необходимый круглый лес, который в основном используется для производства пиломатериалов стандартного диаметра и длины. Это приводит к использованию не более 80% объема хлыстов и одновременно лишь около 50% от общего объема растущей древесины. В результате практически половина сырья может не задействоваться в производстве пиломатериалов. Чтобы повысить рациональность и эффективность использования древесных ресурсов, необходимо внедрить и усовершенствовать понятийный аппарат «промышленная древесина», определяющий минимальные размеры сырья, как это сделано в Японии.

Другой подход в решении проблемы максимального вовлечения природного сырья называется «теорией масс», которая активно обсуждалась в 1970-х годах среди экспертов и ученых аппаратно-промышленного сектора. Эту теорию основывают на полном использовании растущих древесных ресурсов в качестве щепы, однако, ряд объективных причин не позволил ей найти практическое применение.

Во взгляде на существующие технологии обработки древесины и их перспективах видно, что в деревообрабатывающей промышленности развиваются два основных направления: обработка древесины и переработка материалов.

Обработка древесины включает в себя последовательную механическую переработку (разделка, строгание и так далее), в то время как переработка включает в себя химические и химико-механические процессы с целью получения продукции из древесины, которая не может использоваться для дальнейшей обработки, особенно из остатков дерева.

Продукты переработки древесины имеют двойственную природу: хлыст — это продукт растущей древесины, однако, он также служит сырьем для создания продуктов пиломатериалов. С другой стороны, пиломатериалы как готовый продукт становятся сырьем для деталей и компонентов. В итоге объем готовой продукции без учета потерь деревообработки (такие как окна, двери и полы) составляет лишь 10–15% от общего объема древесины, а оставшиеся 90% образуют отходы.

Необходимо учитывать потери, возникающие в процессе переработки; они обусловлены естественным уменьшением объема древесины, например, при сушке пиломатериалов — не более 1% от веденного объема натурального сырья. Остальные отходы могут служить в качестве вторичного древесного сырья (RDF).

Отходы формируются на всех стадиях переработки древесины, включая:

• При заготовке круглых лесоматериалов, образующие порубочные остатки (ветви и сучья, мелкие части хлыстов и пр.);
• При распиловке бревен на пиломатериалы (срезки боковых частей, опилки и пр.);
• При раскрое заготовок на необходимые детали (опилки, вырезаемые пороки);
• Во время обработки заготовок до нужных параметров (стружка, древесная пыль и прочее).

Классификационные признаки продукции ЛПК

Процесс сортировки товаров и их отнесение к определенным группам является задачей товароведения, которую можно решить с помощью этих конкретных признаков.

Атрибуты, предложенные С. Я. Герасимовым и В. В. Лапировым-Скобло, которые затем были усовершенствованы, могут служить основой для классификации продукции древесных материалов, хотя они не учитывают существующую номенклатуру лесной продукции и место лесопродукции в этой номенклатуре.

Классификация лесной продукции по назначению, предложенная А. И. Кузнецовым, тоже не получила должного развития, однако ее можно было бы использовать в современном товароведении. Классификация, основанная на функциях и состояниях лесопродукции, будет более эффективной и актуальной. Важно отметить, что товароведение помогает определить потребительские характеристики, факторы, влияющие на качество и свойства уже на этапе распределения, что является необходимостью для эффективного ценообразования и объективной оценки качества продукции.

Таким образом, имеется потребность в более четких критериях для оценки лесной продукции и методах регулирования (стандартизации) конкретных видов продукции, что важно для практического применения и управления древесными ресурсами.

Виктор Кислый, директор MP DOM, кандидат технических наук.

Фото с сайта pixabay.ru