Горячее прессование фанеры

Горячее прессование фанеры — это технологический процесс склеивания листов лущёного шпона под действием повышенной температуры и давления, в результате которого формируется многослойный листовой материал — фанера. Данный этап является ключевым в производстве фанеры, так как именно он обеспечивает монолитность, прочность, водостойкость и заданные физико-механические характеристики готового изделия.

История

Технология горячего прессования древесных материалов начала развиваться в конце XIX — начале XX века, когда в промышленности стали применяться синтетические смолы (карбамидоформальдегидные, фенолформальдегидные), способные отверждаться при нагреве. До этого момента фанеру склеивали преимущественно казеиновым или альбуминовым клеем в холодном состоянии, что давало низкую водостойкость и прочность.

Первые промышленные горячие прессы для фанеры появились в 1920-х годах в США и Европе. В СССР массовое внедрение горячего прессования началось в 1930-е годы с развитием лесопромышленного комплекса, особенно в регионах Северо-Запада, Урала и Сибири. Современные прессы позволяют обрабатывать плиты площадью до нескольких десятков квадратных метров при температурах до 200 °C и удельном давлении до 3–4 МПа.

Устройство и принцип работы

Основные узлы горячего пресса

• Станина — массивная металлическая конструкция, воспринимающая нагрузку.
• Гидравлическая система — создаёт и поддерживает необходимое давление на пакет шпона.
• Нагревательные плиты — полые металлические плиты, внутри которых циркулирует теплоноситель (пар, горячая вода, термомасло) или установлены электрические нагреватели. Температура плит задаётся в зависимости от типа клея.
• Система управления — автоматизированный контроллер, регулирующий цикл прессования: время нагрева, выдержки, охлаждения и снятия давления.

Технологический процесс

1. Формирование пакета — на специальном столе собирается пакет из листов лущёного шпона, промазанных клеем. Количество слоёв (обычно нечётное — 3, 5, 7, 9 и более) определяется требуемой толщиной фанеры. Направление волокон соседних слоёв взаимно перпендикулярно, что обеспечивает анизотропию прочности.
2. Загрузка в пресс — пакет помещается между нагревательными плитами пресса. В многопролётных прессах одновременно загружается несколько пакетов, разделённых плитами.
3. Смыкание плит — гидроцилиндры поднимают нижнюю плиту или опускают верхнюю, создавая давление. Скорость смыкания должна быть достаточной для предотвращения преждевременного отверждения клея.
4. Выдержка под давлением и температурой — в течение заданного времени (от 3 до 15 минут в зависимости от толщины, типа клея и температуры) происходит полимеризация клеевого состава. Температура в центре пакета достигает 100–140 °C.
5. Охлаждение (опционально) — для некоторых видов клея (например, фенольных) требуется постепенное охлаждение под давлением, чтобы избежать внутренних напряжений.
6. Разгрузка — после завершения цикла плиты размыкаются, и готовая фанера извлекается. Затем она обрезается по формату, шлифуется и сортируется.

Классификация режимов горячего прессования

Режимы прессования различаются по температуре, давлению и времени выдержки. Выбор конкретного режима зависит от:

• Типа клея:
• Карбамидоформальдегидные смолы (КФ-М, КФ-Ж) — отверждаются при 100–120 °C, используются для фанеры общего назначения (ФК).
• Фенолформальдегидные смолы (СФЖ-3011, СФЖ-3013) — требуют 130–150 °C, обеспечивают повышенную водостойкость (ФСФ).
• Меламиноформальдегидные смолы — используются для декоративной фанеры (ФОФ).
• Толщины и количества слоёв — чем толще пакет, тем больше время выдержки для прогрева центра.
• Влажности шпона — оптимальная влажность шпона перед прессованием составляет 6–10%. При более высокой влажности возможно образование пузырей и расслоений.
• Требуемой прочности — для фанеры повышенной прочности (например, авиационной) применяют более высокое давление (до 4 МПа) и длительную выдержку.

Примерные параметры для фанеры ФК (толщина 10 мм, 7 слоёв)

• Температура плит: 110–115 °C
• Удельное давление: 1,8–2,0 МПа
• Время выдержки: 7–9 минут
• Скорость смыкания: 5–10 мм/с

Виды горячего прессования

По типу пресса

• Однопролётные прессы — обрабатывают один пакет за цикл. Используются для мелкосерийного производства или изготовления фанеры нестандартных размеров.
• Многопролётные прессы — имеют несколько этажей (от 5 до 40), что позволяет одновременно прессовать несколько пакетов. Наиболее распространены в крупнотоннажном производстве.
• Непрерывные прессы (каландровые) — применяются для производства тонкой фанеры (до 4 мм) и фанерных плит. Пакет проходит через валки, нагретые до 180–200 °C.

По способу нагрева

• Паровой — наиболее распространён, используется пар давлением 0,8–1,2 МПа.
• Электрический — применяется в лабораторных и малогабаритных прессах.
• Масляный (термомасляный) — обеспечивает равномерный нагрев при высоких температурах (до 250 °C), используется для фенольных клеев.

Контроль качества

В процессе горячего прессования и после него проводятся следующие контрольные операции:

• Визуальный осмотр — выявление пузырей, трещин, непроклеев, пятен.
• Измерение толщины — допуски по ГОСТ 3916.1-2018 (для фанеры общего назначения) составляют ±0,5 мм для листов толщиной до 6 мм.
• Испытание на прочность при скалывании по клеевому слою — образцы вырезают из готовой фанеры и испытывают на разрывной машине.
• Определение влажности — должна быть не более 8–12% в зависимости от марки.
• Испытание на водостойкость — кипячение в воде (для фанеры ФСФ) или выдерживание в воде при 20 °C (для ФК).

Применение

Горячее прессование является обязательным этапом для получения фанеры, используемой в:

• Строительстве — опалубка, перекрытия, стены, кровля (фанера ФСФ).
• Мебельном производстве — фанера ФК, ламинированная фанера (ФОФ).
• Машиностроении и судостроении — бакелизированная фанера (ФБС), авиационная фанера.
• Транспортном машиностроении — вагоностроение, автостроение (фанера повышенной прочности).
• Упаковке — многооборотная тара, ящики.

Особенности и дефекты

Типичные дефекты горячего прессования

• Непроклей — локальное отсутствие склеивания из-за недостаточного давления, температуры или времени выдержки.
• Пузырение — образование вздутий на поверхности, вызванное выделением паров воды из шпона или клея при быстром нагреве.
• Коробление — искривление листа из-за неравномерного охлаждения или неправильной укладки шпона.
• Перегрев — потемнение или подгорание поверхности, снижение прочности.

Меры предотвращения

• Тщательная подготовка шпона (сушка до заданной влажности).
• Оптимизация режима прессования (плавное повышение давления, контроль температуры в центре пакета).
• Использование прокладок (калиброванных листов) для равномерного распределения давления.

Интересные факты

• Первые горячие прессы для фанеры в России были установлены на Вятском фанерном комбинате (ныне Кировская область) в 1930-х годах.
• Максимальная толщина фанеры, получаемой горячим прессованием, может достигать 50 мм и более, однако для толстых листов часто применяют многоцикловое склеивание.
• В современных прессах время цикла для тонкой фанеры (3 мм) может составлять всего 2–3 минуты.
• Горячее прессование позволяет получать фанеру с заданными свойствами, например, повышенной огнестойкостью (за счёт добавления антипиренов в клей) или биостойкостью.

Источники

• ГОСТ 3916.1-2018 «Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона лиственных пород. Технические условия»
• ГОСТ 3916.2-2018 «Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона хвойных пород. Технические условия»
• ГОСТ 9621-72 «Фанера. Методы определения физических свойств»
• Расев А. И., Косарин А. А. «Технология и оборудование производства фанеры». — М.: Лесная промышленность, 1988.
• Уголев Б. Н. «Древесиноведение и лесное товароведение». — М.: МГУЛ, 2007.
• Технологические инструкции по производству фанеры (ТИ 13-02-01-87)