Трудове навчання (технічні види праці). 9 клас. Гащак

§ 3. Композити на основі деревини

  • 1. Що спільного та в чому відмінність між природними й штучними матеріалами?
  • 2. Які нові конструкційні матеріали з деревини вам відомі?
  • 3. Пригадайте технологію виготовлення фанери.

Установлюючи раму нової прибудови, настилаючи покриття підлоги або створюючи нові меблі, люди схильні використовувати дерево як найбільш ходовий матеріал. Пиломатеріали, фанера та інші матеріали, виготовлені з раціонально заготовленої деревини, широкодоступні й відносно дешеві. Проте в усіх звичайних виробах з дерева є конструкційні вади, до того ж інтенсивне використання деревини спричинює значні екологічні витрати. Представляємо низку доступних і винахідливих альтернатив дереву, які мають істотні переваги для навколишнього середовища.

Ви вже знаєте, що деревина є одним з найпоширеніших конструкційних матеріалів. Однак у процесі її обробки утворюється велика кількість відходів у вигляді обрізків, стружки й тирси. Потреба в ефективному використанні деревини стала причиною розвитку виробництва деревинних композиційних матеріалів.

Крім отримання матеріалів з новими експлуатаційними властивостями, виробництво деревинних композитів дозволяє економно використовувати деревину.

Деякі деревинні композити - зокрема, деревоволокнисті та деревостружкові плити (ДСП і ДВП) - використовуються давно й добре нам відомі.

Деревоволокниста плита (ДВП) - тонка плита, яку виготовляють з деревного пилу, тирси. До тирси додають смоли на синтетичній основі для того, щоб плита була міцнішою, каніфоль, який підвищує вологостійкість матеріалу, а також парафін та антисептики.

ДВП піддається мокрому пресуванню, при цьому частинки дерева розпарюють. Ця технологія не дозволяє зробити плити товстими. На поверхні ДВП добре проглядається сітчастий малюнок (мал. 18). Як правило, одну (лицеву) сторону ДВП ламінують, щоб вона відповідала текстурі всього виробу, а тильну - залишають незмінною. Оскільки ДВП має підвищену вологостійкість, її використовують для обшивання задніх стінок меблів, перегородок, внутрішніх панелей, підвісних стель тощо (мал. 19).

Мал. 18. Зразок плити ДВП: а - матеріал для ДВП (тирса); б - лицева та тильна сторони ДВП; в - кольорові плити

Мал. 19. Сфера застосування ДВП

Деревоволокнисту плиту ще називають «оргаліт». Однак оргаліт - це тверді листи ДВП. При маркуванні їх позначають буквою Т.

Деревостружкову плиту (ДСП) виготовляють з тирси і стружок деревних частинок (мал. 20). Для цього використовують деревину листяних, хвойних або інших малоцінних порід дерев. Тирсу змішують з в’яжучою речовиною і пресують під впливом високої температури. ДСП використовують для зведення перегородок, виготовлення корпусних меблів тощо. Цей композит добре тримає конструкцію, міцно фіксує шурупи і цвяхи, плиту легко свердлити, пиляти, фарбувати або склеювати, матеріал має гарну звуко- і теплоізоляцію. Проте не рекомендується використовувати такі плити в приміщеннях з підвищеною вологістю.

Мал. 20. Деревостружкова плита: а - матеріал для ДСП (тирса, стружка); б - плита

Для використання в меблевому виробництві шліфовані ДСП піддають декоративній обробці - наносять декоративне покриття з паперово-шаруватих (меломінових) плівок. На цій ділянці виробництва шліфовані ДСП перетворюють на ламіновані (ЛДСП) (мал. 21).

Останнім часом дедалі ширше застосовують сучасні деревинні композити: деревоволокнисті плити середньої щільності МДФ, плити з орієнтованої тріски OSB і деревополімерний композит ДПК.

Мал. 21. Ламіновані ДСП

Мал. 22. Меблеві плити: а - ДСП; б - МДФ

Деревоволокнисту плиту середньої щільності (від англ. Medium Density Fibreboard, MDF) виготовляють з найдрібніших тирси та відходів деревообробки (мал. 22, б). Тирсу перемелюють до розміру невеликих кубиків, так званих чіпсів, після чого обробляють їх парою, що подається під високим тиском. Після цього «чіпси» надходять на теркову машину, яка своїми обертовими дисками протирає їх. Потім протерту суміш просушують і склеюють.

Як сполучний компонент у плитах МДФ використовують спеціальні екологічно чисті смоли, тому це абсолютно безпечний матеріал, на відміну від ДСП.

МДФ відрізняється високою міцністю, причому в процесі виготовлення на замовлення плитам можна надати додаткових властивостей, таких як водонепроникність, вогнестійкість, біостійкість. Завдяки цьому МДФ має відмінні експлуатаційні якості. Вона добре піддається обробці, фанерується натуральним і деревним шпоном і шпоном «файн-лайн», екошпоном, а також ламінується, завдяки чому може бути основою для сучасних пластикових фасадів кухонь та шаф-купе.

МДФ сьогодні широко використовують у виробництві дверей, поступово витісняючи деревостружкові плити. Із цього матеріалу також виготовляють внутрішні перегородки шаф, кухонь та інших корпусних меблів (мал. 23).

У будівництві МДФ використовують для виготовлення погонажних виробів, чорнових підлог, стінових панелей, стель, ламінованих підлогових покриттів, таврових балок для монолітного будівництва, гнутих будівельних елементів, обрешітки дахів, виготовлення підвіконь.

Мал. 23. Застосування МДФ

Мал. 24. Плита ОСП

Орієнтовано-стружкова плита (ОСП, часто OSB - від англ. Oriented Strand Board) - багатошаровий (3...4 шари) листовий композиційний матеріал (мал. 24).

Основою ОСП є дрібна тріска, яку отримують способом лущення - розрізання стовбурів по спіралі. Як і багато інших композитних матеріалів, плити ОСП виготовляють методом гарячого пресування із застосуванням водостійких склеювальних смол. Перед тим як піддати сировину пресуванню, тріску розташовують так, щоб довколишні шари мали взаємно перпендикулярне розміщення, що дозволяє отримати високий опір матеріалу на вигин у всіх напрямках.

Плити ОСП є дуже технологічним матеріалом - вони добре обробляються різальним інструментом, міцно тримають кріпильний матеріал. Їм притаманна міцність, стійкість до підвищеної вологості й температури. У меблевій промисловості ці плити використовують здебільшого для виготовлення прихованих елементів - полиць і висувних ящиків. З них роблять меблі для відкритих місць відпочинку: стадіонів, літніх театрів, парків. При зведенні будинків ОСП використовують для обшивання дахів, облаштування горищних перекриттів, перегородок тощо (мал. 25).

Мал. 25. Застосування ОСП: а - обшивання стін будинку; б - обшивання дахів

Деревополімерний композит (ДПК) складається з полімеру, деревного наповнювача й різних добавок. Деревний наповнювач може мати вигляд деревного борошна або дрібної тріски. У великій кількості використовують відходи деревини. ДПК іноді називають рідким деревом, деревотермопластом або деревопластиковим композитом. За зовнішнім виглядом деревополімерний композит схожий на плити МДФ і ДВП (мал. 26).

Для цього матеріалу використовують деревне борошно (30...80 %) і мономери, які полімеризуються в процесі виготовлення, але полімеризація не стосується деревини - її частинки просто застигають, змішуючися з пластиком.

Вироби ДПК виготовляють методом екструзії - продавлювання в гарячому стані через фільєри (калібрувальні деталі) різного профілю. Деревополімерний композит придатний для виготовлення найрізноманітніших виробів: плит для меблів, труб, перил, настилів, профільованих виробів різного призначення.

Мал. 26. Деревополімерний композит

Однією з основних переваг ДПК є вкрай низьке вологопоглинання і, як наслідок, стійкість проти гниття. Вони дуже добре обробляються, надійно утримують кріпильний матеріал. Для надання деревополімерному композиту декоративного вигляду його фарбують у масі або надають йому лакофарбового, плівкового чи шпонованого покриття, що імітує різні породи деревини. Ним викладають садові доріжки, майданчики біля відкритих басейнів, відкриті веранди, тераси та балкони тощо (мал. 27).

Найбільш цікавою властивістю деревотермопласту є його здатність змінювати форму за певної температури й зберігати її після охолодження.

Мал. 27. Застосування деревополімерних композитів: а - майданчик біля басейну; б - квітники і клумби; в - доріжки, веранди

ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧНА РОБОТА № 1

Ознайомлення з конструкційними матеріалами хімічного походження

Обладнання та матеріали: робочі зошити, набір пронумерованих конструкційних матеріалів природного й штучного походження (різні види деревинних матеріалів, металів та їх сплавів, пластичні маси, оргскло, гума тощо), вироби з різних конструкційних матеріалів, шліфувальна шкурка, лупа.

Послідовність виконання роботи

  • 1. Ознайомтеся зі зразками конструкційних матеріалів або виробами з них.
  • 2. Визначте, які з матеріалів та виробів належать до природних (виготовлені з них), а які - до штучних чи синтетичних.
  • 3. Визначте доцільність застосування природних та штучних матеріалів для виготовлення окремо взятих виробів.
  • 4. Схарактеризуйте вироби, виготовлені з природних та штучних матеріалів, за визначеними параметрами (надійність, довговічність, еластичність, міцність, естетичність тощо).
  • 5. У робочому зошиті здійсніть порівняльний аналіз матеріалів (виробів).
  • 6. Дані занесіть у таблицю 1.

Таблиця 1

№ зразка

Назва матеріалу (виробу)

Природні

Штучні

Синтетичні

1

2

...

Для найдопитливіших

  • Щорічний приріст твердої біомаси лісів світу - 50 млрд т, приріст промислової деревини становить 3,5...4 млрд т на рік, а видобувається лише 1,1...1,3 млрд т на рік. З усього лісового масиву використовується близько 7,5 % деревини, причому в так званих відходах опиняється не менше ніж 30 % промислової деревини. Таким чином, у світі утворюється до 1200 мли т відходів деревини, придатних для виробництва різних деревинних композиційних матеріалів. Значним ресурсом для виробництва деревинних композитів є рослини, різні паперові та картонні відходи.

Біостійкість, екструзія, меломінова плівка.

Біостійкість - властивість матеріалів та виробів (деревини, металів та ін.) протистояти ураженню біологічними чинниками - бактеріями, грибами, комахами, свердлячими молюсками тощо.

Екструзія (лат. extrusio - «виштовхування») - процес отримання виробів шляхом екструдування матеріалу через формувальний отвір у матриці. Зазвичай використовується у виробництві будівельних матеріалів, виробів з полімерних матеріалів, конструкційних металевих профілів, а також у харчовій промисловості протискуванням пластифікованого матеріалу через отвір екструзійної головки преса.

Погонажні вироби (плінтуси, поручні, наличники, нащілинники, штанги й конструктивні погонажні матеріали - куточки, таври, труби) - це довгомірні елементи різноманітних профілів, кольору та призначення, що випускаються в повній заводській готовності й не вимагають ніякої додаткової обробки або фарбування.

Полімеризація - утворення високомолекулярних сполук (полімерів) з низькомолекулярних сполук (мономерів). Утворений полімер має такий самий елементний склад, як і вихідна речовина (мономер).

Фільєри - спеціальні міцні калібрувальні форми в екструзійних або волочильних машинах, через які продавлюють різні пластичні речовини.

Шпон «файн-лайн» (fine-line) - реконструйований шпон з натурального дерева - імітація різних порід деревини з певними розмірами і стабільними відтінками. Шпон «файн-лайн» виробляють з лущеного шпону м’яких порід деревини формуванням його в блоки, з яких потім отримують шпон різноманітних кольорів, малюнків і розмірів. Порівняно з традиційним натуральним шпоном, шпон «файн-лайн» більш пористий і крихкий. Але можливості імітації й колірна гама такого матеріалу безмежні.

  • 1. Що таке ОСП? Яка технологія її виготовлення та сфери застосування?
  • 2. Яка економічна ефективність застосування композиційних матеріалів?

Тестові завдання

1. Які матеріали належать до конструкційних?

  • А усі, що існують у природі
  • Б ті, які отримують у результаті переробки природної сировини
  • В ті, які отримують у результаті переробки вторинної сировини
  • Г ті, з яких виготовляють різноманітні вироби

2. Конструкційні матеріали поділяють на:

  • А природні
  • Б штучні
  • В синтетичні

3. Які властивості конструкційних матеріалів належать до технологічних?

  • А здатність матеріалу змінювати форму
  • Б здатність матеріалу змінювати властивості
  • В здатність матеріалу змінювати сферу застосування
  • Г усі відповіді правильні

4. Композиційний матеріал - це:

  • А однорідний суцільний матеріал з двох або більше компонентів
  • Б неоднорідний суцільний матеріал з двох або більше компонентів
  • В неоднорідний суцільний матеріал з двох або більше компонентів, штучно створений з метою покращення його властивостей
  • Г усі відповіді правильні

5. Яку роль у композитному матеріалі відіграє матриця?

  • А забезпечує міцність
  • Б забезпечує твердість
  • В забезпечує пластичність

6. Матричним матеріалом композитів можуть бути:

  • А метали
  • Б сплави
  • В пластичні маси
  • Г деревина
  • Д кераміка
  • Е скло
  • Є усі перелічені

7. Яку функцію в композитному матеріалі виконує армувальний компонент?

  • А забезпечує міцність матеріалу
  • Б забезпечує гнучкість матеріалу
  • В забезпечує пластичність матеріалу
  • Г забезпечує зносостійкість матеріалу

8. Яким методом одержують склопластики?

  • А методом намотування та пресування скловолокна або склотканини
  • Б методом просочування скловолокна або склотканини рідкими смолами
  • В методом склеювання частин скловолокна або склотканини з подальшим їх пресуванням
  • Г методом просочування скловолокна або склотканини рідкими смолами з подальшим їхнім твердненням

9. Яким методом одержують металокерамічні матеріали?

  • А литтям
  • Б штампуванням
  • В методом порошкової металургії
  • Г тиском

10. До матеріалів хімічного походження належать:

  • А натуральні та хімічні
  • Б рослинні й мінеральні
  • В тваринні та штучні
  • Г штучні й синтетичні

11. Пластмаси - це:

  • А штучно створені матеріали на основі синтетичних або природних полімерів
  • Б штучно створені матеріали на основі синтетичних або природних мономерів
  • В штучно створені матеріали на основі синтетичних або природних ізомерів

12. Залежно від властивостей смоли пластмаси поділяють на:

  • А термопластичні
  • Б термогнучкі
  • В термореактивні
  • Г усі відповіді правильні

13. Властивість пластмас розм’якшуватись при нагріванні, легко формуватись у вироби і тверднути при охолодженні - це:

  • А еластичність
  • Б в’язкість
  • В термопластичність
  • Г термореактивність

14. Оберіть серед перелічених ознак ті, що характеризують властивості гуми.

  • А еластичність
  • Б стійкість до органічних розчинників
  • В механічна та хімічна стійкість
  • Г негорючість
  • Д добра розчинність