OSB: История появления и развития технологии. Часть 2

Ориентированно-стружечные плиты, или OSB, − это плитный конс­т­рукционный материал из древесины. OSB производят из сравнительно большой, тонкой и длинной стружки, которая смешивается с водостойкой смолой и подвергается воздействию давления и температуры. Основное применение в наши дни плиты OSB находят в деревянном домостроении при сооружении крыш, возведении стен, установке межэтажных перекрытий, создании черновых полов и т.п. (подробнее см. ЛПИ № 9 (31) за 2005 год).

Развитие технологии: особенности производства OSB

По сути, ориентированно-стружечные плиты − это вафельные плиты второго поколения. Первая настоящая OSB-плита была произведена в 1982 году в Альберте (Канада) на заводе «Эдисон-OSB», принадлежавшем тогда компании «Пеликан Сомилз Лимитед». Новые древесные плиты имели такую же прочность и жесткость, как и хвойная фанера. Это позволило заводу «Эдисон-OSB» позиционировать ориентированно-стружечные плиты на рынке как аналог фанеры и как материал более высокого класса, чем вафельные плиты.

Основное отличие OSB от вафельных плит заключалось в размерах стружки. Стружка ориентированно-стружечных плит была более узкая и длинная по сравнению со стружкой вафельных плит. Кроме того, каждая стружка в слое плиты OSB располагалась параллельно одна другой, но перпендикулярно к стружке в соседних слоях. Всего же слоев было три, так же, как и у вафельных плит. Но благодаря ориентированию стружки в слоях OSB приобрели те уникальные свойства, которые открыли для них целый ряд новых областей применения.

Современные производственные линии OSB имеют очень высокую степень автоматизации и оснащены сложным технологическим оборудованием, позволяющим выпускать продукцию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. Большинство заводов Северной Америки производят ежедневно от 28 000 до 45000 OSB-плит размером 1220×2440 мм и толщиной 10 мм. Это самый ходовой формат стружечных плит. Из стандартных форматов есть еще 1200×2440 мм, 1220×3660 мм в диапазоне толщин 6, 8, 9, 11, 15, 18, 22, 25 и 38 мм.

Рассмотрим подробнее типовую технологию, которая наиболее распространена в Северной Америке при производстве OSB.

Получение стружки

Первым делом на завод доставляется древесное сырье − круглые лесоматериалы. Осина, тополь, сосна, клен − наиболее ходовые породы, которые закупают производители OSB. На площадку, как правило, доставляются бревна длиной 2,4, 4,8 или 7,3 м (стандартные длины для североамериканских лесозаготовителей). Как только сырье прибыло на площадку завода, его сразу разгружают с помощью автопогрузчиков, специально предназначенного гидроманипулятора или крана с грейферным захватом. Часть древесины складывают на бирже сырья, часть сразу пускают в производство. Дальше нужный объем сырья на заданное время погружают в пропарочные бассейны, после чего окоривают. Если древесина недавно срублена и незамерзшая, то ее сразу пускают на окорку и дальше в стружечный станок. В настоящее время можно встретить три вида стружечных станков, которые используются для производства OSB-стружки. Ставший уже традиционным стружечный станок для коротких древесных чурок. Есть также дисковые стружечные станки, которые измельчают целые бревна. В них используется другая система подачи и фиксации древесины в процессе резания. Для переработки бревен без предварительной раскряжевки используют также роторные (кольцевые) стружечные станки. Эти станки отличаются от дисковых конструкцией режущего инструмента.

С 1982 года идеальными геомет­рическими размерами стружки для производства OSB принято считать следующие: длина − от 75 до 150 мм при ширине 15 мм. А вот средняя толщина стружки уменьшилась с 0,8 мм, которую делали в 80‑х годах, до 0,6 мм в наши дни.

Сушка стружки

Сырая стружка после стружечного станка накапливается в специальных бункерах, из которых порциями подается в барабан сушильной установки. В производстве OSB чаще всего используют трехпроходные либо однопроходные барабанные сушилки, а также их комбинацию − трехпроходная/однопроходная. На некоторых производствах можно увидеть более современные трехсекционные конвейерные сушилки. Концепция конвейерной сушки OSB-стружки была заимствована из пищевой промышленности − технологии производства картофельных чипсов. Конвейерные сушилки имеют ряд преимуществ перед традиционными барабанными. Во-первых, конвейерные сушилки позволяют высушивать более длинную стружку, не повреждая ее. Во-вторых, весь поток стружки просушивается более равномерно, и при этом температура на выходе конвейерной сушилки ниже, чем у сушилки барабанного типа. Это весьма важное обстоятельство, т.к. чем ниже температура на выходе сушилки, тем выше пожаробезопасность процесса и ниже эмиссия загрязняющих веществ (летучих органических соединений).

После сушки стружку сортируют, чтобы отделить слишком мелкую и слишком крупную стружку от основного потока. Подходящую стружку иногда сортируют дополнительно, особенно если стружка внутреннего слоя будет выкладываться на формовочный конвейер хаотично, без ориентации. В этом случае более крупную стружку правильной формы отсортировывают на внешний слой, где стружка ориентируется. Остальную стружку пускают на внутренний слой OSB-плиты. Рассортированную стружку накапливают в бункерах сухой стружки. Мелочь и слишком крупная стружка транспортируются в бункер сухого топлива котельной.

Смешивание с клеем

Процесс смешивания стружки со смолой и парафином контролируется самым тщательным образом. Для осмоления стружки внутреннего и внешнего слоев используют разные смесители. Конструкцию они имеют одинаковую, но состав химикатов, подаваемый внутрь, как правило, различен. В общих чертах смеситель представляет собой цилиндрический барабан, который вращается с заданной скоростью. Внутрь барабана по отдельным трубопроводам подаются парафин, смола и другие компоненты клея. Но, независимо от того, какой парафин используется, сырой или эмульгированный, он вводится перед смолой. Для внутреннего и внешнего слоев чаще всего используют разные типы смол. Смола для внешнего слоя может подаваться в жидком или порошко­образном виде, в то время как смола внутреннего слоя может быть, кроме того, фенолформальдегидной или изоцианатной. Расход изоцианатной смолы для стружки внутреннего слоя всегда выше, т.к. она застывает быстрее и при меньшей температуре, чем фенолформальдегидная. Часто производители увеличивают количество смесителей, чтобы иметь большую гибкость в выборе типа смолы и упростить переход от одной формулы клея к другой. Интересно, что вращающийся диск, который распределяет смолу внутри смесителя, был заимствован из оборудования для окраски автомобилей и стал прямо-таки революционным открытием в технологии осмоления стружки. Несмотря на высокий уровень технологии сегодня, нужно отметить, что в вопросе осмоления стружки все еще есть место для исследовательской работы, особенно в области контроля расхода смолы.

Формование стружечного ковра

Технология формования стружечного ковра в производстве OSB также претерпела определенные изменения. Понятно, что желание ориентировать стружку в слоях ковра привело к усложнению конструкции формовочных машин. На начальном этапе ориентировать стружку пытались электростатическим методом. Но он был малоэффективным, сложным и дорогим. Самым надежным методом оказался самый простой из всех. Этот метод используется и сейчас.

Ориентирующая головка стружки внешнего слоя чем-то очень похожа на фермерские бороны. Она состоит из ряда круглых дисков, которые направляют падающую вниз стружку, выравнивая ее параллельно длинной стороне ковра. Ориентирующая головка стружки внутреннего слоя состоит из роликов в форме звезды с плоскими лопастями. Вращаясь, они выравнивают стружку параллельно ширине ковра, перпендикулярно к направлению движения конвейера. Размеры элементов ориентирующих головок и расстояние между ними подстраиваются под размеры стружки так, чтобы она проваливалась сквозь вращающиеся диски или ролики до того, как они вынесут стружку за пределы ориентирующей головки. Слои с ориентированной стружкой выкладываются на движущийся внизу конвейер последовательно, один за другим. Ориентация стружки в слоях чередуется следующим образом: продольная, поперечная, продольная (в 3-слойных плитах). Каждый слой формируется отдельной ориентирующей головкой и выкладывается отдельной формующей машиной.

В процессе формования стружечного ковра плотность насыпи непрерывно измеряется, чтобы гарантировать ее однородность.

Большинство линий формования в Северной Америке имеют 8 футов (2440 мм) в ширине. Однако рост спроса на зарубежных рынках заставил многих производителей устанавливать линии формования шириной 9 и 12 футов (2750 и 3660 мм соответственно). На таких линиях можно производить OSB, например, для японского рынка, который потребляет плиты форматом 3 х 6 футов (915 х 1830 мм). Кроме того, при производстве тонких плит линии формования большой ширины позволяют работать на более низких скоростях формования ковра, а это позволяет повысить точность ориентации стружки. На современных линиях формования ковер выкладывается на стальные плоские или сетчатые поддоны, которые затем подаются в горячий пресс. Могут также использоваться конвейеры, работающие без поддонов (в линиях, построенных на базе непрерывного пресса).

Прессование

Тщательно подготовленный стружечный ковер подается в горячий пресс. Пресс превращает рыхлую стружечную насыпь в плиту и полимеризует связующее, содержащееся в ней. На современных многопролетных прессах можно одновременно производить до 16 плит форматом 12 х 24 фута (3660 х 7320 мм). Задача пресса уплотнить стружечный ковер и повысить температуру внутри него до заданного значения. Температура затвердевания смолы находится в промежутке между 170−200°С. Давление и температуру необходимо замерять в течение 3−5 минут. Раньше время и температура схватывания связующего устанавливались производителем смолы. Но стремление сократить время прессования, сохраняя при этом прочностные характеристики продукции, заставили производителей самим взяться за тщательное изучение цикла прессования и процессов, происходящих во время него. И в какой-то момент на рынке стали появляться OSB с нестандартным профилем плотности (распределением плотности плиты по толщине). Стремление уменьшить разбухаемость плит по толщине заставляло производителей делать внешний слой плит менее плотным. Но это негативно сказалось на жесткости плит. А жесткость и устойчивость к воздействию влаги − одни из наиболее важных рыночных свойств OSB. Чтобы помочь производителям, инжиниринговые компании и производители прессов взялись решить эту проблему. Были разработаны новые самопишущие контрольно-измерительные приборы и оборудование, которые позволили воспроизвести работу пресса в лабораторных условиях. Выяснилось, что увеличение ширины плит пресса с 8 до 12 футов привело к изменениям в процессе передачи тепла в глубь стружечного ковра и требует изменений в технологии прессования и отвода из зоны прессования пара. Лабораторные исследования позволили найти способ, как решить эту проблему. Имея новые данные о процессах, происходящих во время прессования, производители прессов смогли увеличить просвет между плитами пресса, а также этажность многопролетных прессов с 12 до 16.

Окончательная обработка

После прессования мастер-панели выгружают из пресса и раскраивают на форматы 1220 на 2440 мм. После этого, при необходимости, на кромках плит нарезают шпунтовое соединение либо шлифуют пласти. После шлифования ориентированно-стружечные плиты приобретают очень оригинальный внешний вид, чем-то напоминающий мрамор.

Плиты для кровельных работ и полового настила прессуют на специальных сетчатых поддонах. За счет этого одна из поверхностей плиты получается рифленой, менее скользкой для ног человека. Такие плиты особенно ценят рабочие-кровельщики, которым приходится часто перемещаться по наклонной поверхности обрешетки из OSB достаточно высоко над землей.

С помощью ультразвукового датчика сразу после прессования плиты проверяют на наличие возможных внутренних дефектов − воздушных карманов, пузырей, раковин. Если таковые обнаруживаются, плита автоматически отбраковывается.

После прессования плиты еще какое-то время выдерживают на складе для того, чтобы дать возможность клею полностью затвердеть и полимеризоваться. Как правило, время окончательной выдержки составляет от 12 до 48 часов. После этого готовую продукцию в соответствии с заказом укладывают в стопы, маркируют и упаковывают.

Многие производители защищают кромки OSB-плит от воздействия влаги. Для этого перед тем, как упаковать штабель плит, на его боковые поверхности распыляется краска с низкой проникающей способностью, которая забивает поры и уплотняет торцы плит.

Для особых областей применения или по запросу заказчика завод может изготовить плиты нестандартного размера, нанести на поверхность плит специальную разметку (например, где прибивать гвозди или устанавливать крепежные элементы) или выполнить специальную фрезеровку кромки или пласти.

По спецзаказу кромки плит для полового покрытия могут быть обработаны специальными лакокрасочными материалами. Специальные OSB-плиты изготавливают для изоляционных стеновых панелей и для стоек деревянных двутавровых балок.

Влияние на окружающую среду

Для того чтобы соответствовать строгим нормам экологической безопасности, все современные заводы OSB оснащаются сложными очистными сооружениями и системами автоматизированного контроля уровня загрязнений. Подобные очистные сооружения обязательно устанавливаются в зоне сушки стружки, а также в зоне прессования. Кроме того, при проектировании технологического процесса инженеры стремятся:

Перспектива производства OSB

Ориентированно-стружечные плиты почти сразу заняли прочные позиции на рынке строительных материалов, что дало мощный толчок дальнейшему развитию технологии и появлению новых видов продукции.

Ожидается, что в ближайшее время получат широкое распространение новые контрольно-измерительные системы, которые можно встраивать в производственную линию и которые измеряют физико‑механические показатели готовой продукции в реальном режиме времени. Информация с таких устройств может фиксироваться, накапливаться и анализироваться, а также использоваться общей сис­темой управления технологическим процессом (АСУ ТП) для контроля и регулирования параметров процесса производства.

Кроме того, наблюдается постоянное повышение степени компьютеризации оборудования, причем на всех этапах производства. Оператору становится все проще менять и настраивать параметры производственного процесса, не снижая качества продукции на выходе и избегая простоев оборудования.

Понижение температуры сушки стружки, новые формулы связующего и совершенствование производственных вентиляционных систем сделают производство OSB полностью экологически безопасным.

Специалисты предсказывают OSB великое будущее. В Новой Зеландии есть экспериментальный завод, занимающийся разработками новых древесных композитов. Направление ориентированно-стружечных композитов там считается одним из наиболее перспективных. Уже сегодня разрабатывается технология производства древесных плит, у которых внутренний слой − это OSB, а внешние − MDF.

Очень скоро новые ориентированно-стружечные материалы будут конкурировать со всеми известными нам конструкционными и неконструкционными плитными материалами из древесины.

Производственные мощности и рынок OSB в Северной Америке

С начала 80‑х годов прошлого века производственные мощности OSB интенсивно наращивались как в Америке, так и в Канаде. Однако до середины 90‑х годов на рынке все же доминировали вафельные плиты. Быстрому росту производственных мощностей OSB способствовало то, что новые заводы строились в непосредственной близости от динамично развивающихся населенных пунктов с постоянно растущим спросом на строительные материалы. Кроме того, общая себестоимость производства плит OSB была ниже, чем у вафельных плит или фанеры. В 1993 году на заводах США производилось в общей сложности 7,5 млн м³ конструкционных OSB. Канада выпускала 2,5 млн м³ в год. Уже в 1997 году производство OSB в США выросло до 11 млн м³, а в Канаде − до 6 млн м³ в год. При этом объемы производства планировались исходя из того, что как минимум 15% готовой продукции будут экспортироваться за рубеж. В 1996 году в США работали 36 заводов OSB и еще 8 строились. В Канаде функционировали 17 производств, 2 завода строились и 3 были на стадии проектирования. Еще как минимум по одному заводу имели Мексика, Шотландия, Франция и Беларусь. Строились заводы OSB в Ирландии и Чили. Планировалось строительство новых заводов в Люксембурге, Польше, Чехии, Австрии, Таиланде и Австралии.

Новые возможности для OSB на азиатских рынках

В сентябре 1994 года международная консалтинговая компания Jaakko Poyry (Финляндия) предсказывала 3-процентный ежегодный рост спроса на все виды древесных плит. Только рост рынка OSB прогнозировался на уровне 5,7%. Согласно данным Jaakko Poyry, новые заводы, строящиеся в Азии и Океании, могли легко создать новые рынки сбыта для OSB, т.к. у стружечных плит была сравнительно низкая себестоимость изготовления и ряд конкурентных преимуществ перед другими строительными материалами из древесины. Кроме всего прочего, OSB уже тогда имели более широкий диапазон областей применения.

Контроль качества и стандарты производства OSB

Методика испытаний и стандарты на плиты OSB меняются, следуя развитию и изменениям в технологии их производства. В 1988 году были разработаны первые стандарты, которые применялись для OSB:

Испытания качества готовой продукции проводились на основании стандарта «ASTM D1037. Стандартные методы определения свойств древесноволокнистых и древесностружечных плитных материалов».

Впоследствии лишь несколько методик контроля качества OSB-плит подверглись изменениям. В настоящее время в Северной Америке контроль качества OSB-плит осуществляется на основании следующих стандартов:

Оба эти стандарта регулируют эксплуатационные свойства древесных плит.

Есть еще стандарт «CSA О437. OSB и вафельные плиты», который был разработан конкретно для стружечных плит, производимых из крупноразмерной стружки.

Произведенные в США или Канаде плиты OSB должны быть протестированы по одному из трех последних стандартов. Производители обязаны маркировать свою продукцию и указывать в маркировке класс качества плит и стандарт, в соответствии с которым проводились испытания.

Что интересно, стандарты PS 2−92 и CSA О325 обязывают производителя заключать договор с одним из аккредитованных центров по сертификации, который будет контролировать соответствие выпускаемой на заводе продукции одному из выбранных стандартов. Кроме того, производитель должен проводить внутризаводские мероприятия по контролю качества продукции и регулярно проверять основные ее характеристики. Эти проверки должны подтверждаться независимой экспертной оценкой. Независимая экспертная группа должна регулярно посещать завод, но без предварительного уведомления о дате своего визита. Эксперты должны подтверждать проведение внутризаводских мероприятий по конт­ролю качества, а также соответствие выпускаемой продукции минимальным требованиям, зафиксированным в стандартах PS 2−92 и CSA 0325.

Гордое слово «конструкционный» материал накладывает на ориентированно-стружечные плиты жесткие требования по качеству и физико‑механическим характеристикам.

В заключение

Завоевание плитами OSB российского рынка началось благодаря стараниям европейских производителей. Официально импорт небольших партий ориентированно-стружечных плит в нашу страну начался в конце 90‑х годов прошлого века. В 2000 году в Россию было импортировано порядка 2000 м³ OSB. Но уже в 2004 году объемы импорта выросли до 50 000 м³. Как утверждают маркетологи IMS Engineering (петербургской компании, занимающейся инвестиционными проектами в области глубокой переработки древесины), к 2008 году объемы потребления OSB в России достигнут 400 000 м³.

Деревянное домостроение вновь становится популярным в России. А это верный признак того, что рынок OSB будет устойчиво расти.

61 завод в США и Канаде покрывает порядка 70% рынка OSB для деревянного домостроения Северной Америки. Это означает, что при строительстве одного среднестатистического американского дома используется порядка 6,4 м³ (670 м²) OSB. Рынок OSB Северной Америки уже сегодня просто огромен. Остальные 30% спроса североамериканского рынка OSB покрываются за счет импорта плит из-за рубежа. Европейский рынок имеет такие же тенденции к росту.

3. У плит OSB есть три основных преимущества − минимальные требования к древесному сырью; как результат, более низкая себестоимость производства; и на выходе мы получаем плитный материал с первоклассными прочностными характеристиками.

В этом, без сомнения, кроется ответ на вопрос, почему так быстро растет спрос, увеличиваются производственные мощности и появляются новые области применения ориентированно-стружечных плит.

Михаил ЯШИН

Задать свои вопросы автору вы можете по e-mail: yashin.mg@mail.ru