Фанера: история, производство и путь вперед

Исторический контекст

Фанера состоит из трех или более тонких слоев древесины, или фанер, склеенных вместе долговечным клеем. Каждая фанера обычно ориентирована под прямым углом к соседним, что минимизирует усадку и максимизирует структурную прочность. Полученный продукт доступен в плоских листах для строительства или в изогнутых формах для мебели, судостроения и аэрокосмических применений.

Техника слоистой древесины восходит к 1500 г. до н.э., когда египетские мастерские клеили чернодеревянные полоски на кедровый саркофаг в гробнице царя Тутанхамона. Греки и римляне усовершенствовали метод для качественной мебели и декоративных предметов, а к 1600-м ремесло фанерования — резки и клеения тонкой древесины — было хорошо установлено.

В 1797 сэр Сэмюэл Бентам запатентовал несколько машин, способных ламинировать несколько фанер в единый более толстый кусок — первое формальное описание того, что мы сейчас называем фанерой. Хотя идея витала в мебельном производстве столетие, только в 1890-х фанеру приняли для дверей, вагонок, автобусов и самолетов. Растущая репутация индустрии привела производителей к термину «фанера», чтобы вытеснить пренебрежительный прозвище «клееная древесина».

Стандартные листы фанеры 4 × 8 футов (1,2 × 2,4 м) вошли на рынок США в 1928 году, открыв новую эру строительных материалов. Прогресс в клеях и производственных методах с тех пор сделал фанеру многомиллиардной глобальной индустрией, заменившей лесопилу в бесчисленных применениях.

Сырье

Внешние слои фанеры называют лицом (видимая сторона) и тылом (скрытая сторона). Центральный слой — ядро, а в пятислойных и более толстых панелях промежуточные слои известны как перекрестные фанеры.

Фанеру могут производить из лиственных пород — ясень, клен, махогон, дуб, тик; хвойных — дугласиевая пихта, сосна, кедр, ель, секвойя; или смеси обоих. Композитная фанера имеет ядро из ДСП или клееного бруса, облицованное фанерой с обеих сторон, и выбирается, когда требуются очень толстые панели.

Клей зависит от конечного применения. Наружная фанера из хвойных часто использует фенолформальдеидную смолу за влагостойкость и прочность. Внутренние панели из хвойных могут использовать соевые или другие белковые смолы, хотя фенолформальдеид теперь широко распространен. Внутренняя фанера из лиственных обычно использует мочевиноформальдеидную смолу.

Специальные применения иногда добавляют тонкий пластиковый, металлический или смолопропитный бумажный слой — известный как наложенная фанера — для повышения влагостойкости, износостойкости или сцепления с краской. Другие отделочные обработки, такие как жидкие моррилки или химические огнезащитные составы, дополнительно адаптируют свойства фанеры.

Классификация и градация фанеры

Фанера делится на два основных класса, каждый со своей системой градации.

Строительная и промышленная фанера приоритизирует прочность. Градация зависит от качества фанеры (N, A, B, C, D) и класса воздействия (внутреннее или наружное). Например, подпольная панель может быть обозначена «Interior C-D», указывая на лицевое качество C, тыловое D и клей для защищенных сред. Все внутренние слои всегда фанера C или D.

Лиственная и декоративная фанера фокусируется на внешнем виде. Градация спускается от Technical (Exterior) до Type I (Exterior), Type II (Interior) и Type III (Interior). Эти панели имеют практически безупречные лицевые фанеры.

Размеры

Листы фанеры варьируются от 0,06 дюйма (1,6 мм) до 3,0 дюймов (76 мм) в толщине. Общие размеры лежат между 0,25 дюйма (6,4 мм) и 0,75 дюйма (19,0 мм). Баланс толщины критичен: лицевой и тыловый слои должны совпадать, как и перекрестные фанеры.

Наиболее распространенный строительный размер — 4 × 8 футов (1,2 × 2,4 м). Другие стандартные ширины включают 3 фута (0,9 м) и 5 футов (1,5 м); длины варьируются от 8 футов (2,4 м) до 12 футов (3,6 м) с шагом 1 фут. Морские и специальные применения могут требовать более крупные листы.

Процесс производства

Деревья для фанеры обычно меньше в диаметре, чем лесопила, и часто добываются с компанией-владельцем плантаций, управляемых для оптимизации роста и защиты от вредителей и пожаров.

Следующие шаги описывают производство стандартной фанеры 4 × 8 футов:

• Срубка: Отобранные деревья маркируют и срубают бензопилами или гидравлическими ножницами. Ветки удаляют, и бревна доставляют на погрузочную площадку скиддерами.
• Очистка от коры и раскрой: Бревна очищают от коры шлифовальными колесами или высокодавными водяными струями, затем режут кругловой пилой на бревна для очистки примерно 8 футов × 4–6 дюймов.
• Производство фанеры:
  • Бревна нагревают и маринуют — часто в паре — 12–40 часов для размягчения древесины.
  • На стружкеснимательном станке каждое бревно вращается на высокой скорости, пока нож снимает непрерывную ленту фанеры со скоростью 300–800 футов/мин.
  • Когда диаметр бревна падает до 3–4 дюймов, сердечник выбрасывают и загружают новое бревно.
  • Длинную ленту фанеры затем режут на ~4 фута × 6 дюймов, сканируют на дефекты и стопят по сорту.
  • Секции фанеры сушат для снижения влажности, обрезают и, если необходимо, спаивают лентой или клеем для достижения единообразной ширины.
• Формирование листа:
  • Тыловая, сердечники и лицевая фанеры укладывают в чередующейся ориентации, с клеем на каждом интерфейсе.
  • Собранный пакет подают в многоотверстной горячий пресс, применяющий 110–200 psi (7,6–13,8 бар) при 230–315 °F (109,9–157,2 °C) на 2–7 минут для полимеризации клея.
  • После прессования листы обрезают до финальных размеров, шлифуют с обеих сторон и инспектируют. Текстурирование поверхности или мелкие канавки могут добавляться для декоративного финиша.
  • Градационные штампы указывают класс воздействия, сорт фанеры, номер фабрики и другие спецификации перед упаковкой панелей в пачки и отгрузкой.

Контроль качества

Дефекты неотъемлемы для фанеры, но их количество и расположение определяют сорт панели. Стандарты устанавливают Национальное бюро стандартов (PS1) и Американская ассоциация фанеры для строительной фанеры, и ANSI/HPMA (HP) и Ассоциация производителей лиственной фанеры для декоративной фанеры. Эти стандарты диктуют градацию, конструкцию, производительность и критерии применения.

Будущее

Несмотря на эффективное использование древесины фанерой — пересборку стволов в более крепкие композиты — только 50–75 % пригодного объема дерева захватывается. Новые продукты стремятся закрыть этот разрыв.

Ориентированная стружечная плита (OSB) — одна такая инновация. измельчая целые бревна в стружку, смешивая с клеем и прессуя слои с ориентацией волокон в одном направлении, OSB достигает прочности фанеры при меньшей стоимости.