OSB: История появления и развития технологии
Мы продолжаем цикл статей, посвященных ориентированно-стружечным плитам. В настоящей статье мы расскажем о том, как родилась технология изготовления OSB, какие изменения претерпела и какие пути дальнейшего ее развития предвидятся в будущем.
Ориентированно-стружечные плиты, или OSB, − это плитный конструкционный материал из древесины. OSB производят из сравнительно большой, длинной, но тонкой 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), 2005).
С чего начинались OSB-плиты
Технология производства OSB родилась в Канаде в результате развития технологии производства так называемых вафельных плит. Вафельные плиты внешне очень похожи на OSB и также используются в строительстве как конструкционный материал. Технология производства вафельных плит была разработана доктором Джеймсом Кларком в 1954 году. Будучи ученым-экологом, Д. Кларк искал способы использования низкосортной древесины. На северо-западе США при заготовках сосны, ели и лиственницы огромное количество никем не востребованной осины просто бросалось в лесу. В то время осина, быстрорастущая твердая порода древесины, никак не использовалась ни в производстве пиломатериалов, ни для шпона, ни для производства целлюлозы.
Ученый был хорошо знаком с технологиями производства неконструкционных плит, таких как ДВП и ДСтП. Д. Кларк чувствовал, что из осины можно делать плиты, причем так, чтобы их можно было использовать в строительстве как конструкционный материал. Для этого нужно было сохранить и максимально использовать прочностные свойства длинного волокна осины. И Д. Кларк придумал, как использовать преимущества древесных волокон осины, причем даже небольшой длины. Он открыл, что если делать стружку так же, как это делаем мы, когда затачиваем карандаш, − строганием древесины вдоль волокон, то из такой стружки при смешивании ее с фенолформальдегидной смолой можно получить плиту, не уступающую по своим характеристикам конструкционной фанере. Так и появились вафельные плиты. Начальник Д. Кларка, воодушевленный его открытием, вскоре построил небольшой заводик в Айдахо, где начал производить первые вафельные плиты и продавать их местным строителям.
Спустя семь лет, в 1961 году, несколько бизнесменов из Саскачевана (провинция Канады), желая использовать дешевую осину, которая в изобилии произрастала на севере Канады, купили патент Д. Кларка. Чуть позже была организована компания «Вайсвуд Лимитед», которая начала производить вафельные плиты в промышленных масштабах. Завод по производству вафельных плит был построен в г. Хадсон Бэй, в районе северных лесов Канады. Желая укрепить экономику малодоходной сельскохозяйственной провинции, правительство выделяло заводу избыточное количество древесины отменного качества.
Однако дела у завода пошли не особо хорошо. Продавцы фанеры, почувствовав угрозу своему бизнесу со стороны более дешевых вафельных плит, отказывались заниматься продвижением вафельных плит на рынок. Компания «Вайсвуд» была вынуждена напрямую продавать свою продукцию лишь небольшим строительным компаниям и фермерам в Саскачеване. Интересно отметить тот факт, что многие байки, придуманные противниками вафельных плит, а также откровенная ложь, которую они распространяли о вафельных плитах, имеют место до сих пор. В условиях ограниченного рынка сбыта, жесткой конкуренции со стороны продавцов фанеры, а также ввиду отсутствия необходимых строительных сертификатов на вафельные плиты «Вайсвуд Лимитед» скоро обанкротилась.
В 1963 году акции завода «Вайсвуд», принадлежавшие правительству Саскачевана, были проданы компании «МакМилан Блоидил Лимитед» − крупнейшему на тот момент производителю целлюлозы, пиломатериалов и фанеры в Канаде. В «МакМилан Блоидил» искали возможность выпуска древесных плит с более низкой себестоимостью с целью усилить свои позиции на рынке хвойной фанеры. Компания имела хорошо развитую по стране систему сбыта, а также возможности проведения всех необходимых испытаний продукции для получения столь необходимых строительных сертификатов. Это позволило «МакМилан Блоидил» запустить производство вафельных плит и успешно выйти на проектные мощности. Завод в Саскачеване был оснащен 14-пролетным горячим прессом, который позволял производить плиты размером 1220 х 4880 мм. Пресс, сушилка, смесители стружки и линия формования были модернизированным оборудованием с производственной линии ДСтП. В качестве стружечного станка использовалась рубительная машина, которая больше скалывала, нежели срезала стружку с древесных чурок, длина которых была 600 мм. Тем не менее вафельные плиты, вышедшие на рынок под торговой маркой «Аспенит™" (от англ. aspen − осина), имели хорошие прочностные и эксплуатационные характеристики и более низкую, чем у фанеры, себестоимость. Вскоре плиты «Аспенит™" добились значительного успеха и всеобщего признания на рынке.
В центральной части Канады «МакМилан Блоидил» продвигали «Аспенит™" как строительный материал для крыш, обшивки стен и полового настила при строительстве хранилищ, животноводческих ферм и гаражей. Кроме того, эти плиты применяли при возведении защитных ограждений, строительстве бункеров для зерна, для различного рода упаковки и рекламных щитов. Научно-исследовательская группа «МакМилан Блоидил» разработала шпунтовое соединение плит для сайдинга, бетонной опалубки и настила для полов. Продукт быстро получил признание среди архитекторов, инженеров, дизайнеров и строителей. Рыночная цена «Аспенита™" была ниже, чем у фанеры, и это давало вафельным плитам серьезное преимущество. Многие строители, начавшие использовать вафельные плиты в 60-х, продолжают покупать «Аспенит™" и сегодня.
Успех торговой марки был столь значителен, что в конечном счете все вафельные плиты в Канаде получили общее название «Аспенит», подобно тому как раньше древесноволокнистые плиты высокой плотности приобрели название «Мезонит».
В 1973 году в г. Тимминс (провинция Онтарио) был открыт второй завод по выпуску вафельных плит. Целью инвесторов было желание использовать дешевую осину хвойных лесов севера провинции. Новое предприятие − «Вейферборд Корпорэйшн» − реализовывало свою продукцию через компанию «Кэнэдиан Форэст Продактс» под торговой маркой «Мейлит™». «Кэнэдиан Форэст Продактс», в свою очередь, продавала вафельные плиты на всей территории Канады через розничную сеть магазинов строительных материалов компании «Кэнфор Билдинг Матириалз». Подобно «МакМилан Блоидил», «Кэнфор Билдинг Матириалз» взялась за продвижение плит «Мейлит™" на строительный рынок не только для расширения ассортимента своих товаров, но и прежде всего с целью укрепления своих позиций на фанерном рынке Канады. Вафельные плиты начали воспринимать по-другому.
В течение 70-х годов прошлого века в Канаде было построено еще несколько заводов по выпуску вафельных плит и был запущен первый подобный завод на севере США.
В середине 70-х годов родилась идея разделять стружечную насыпь при производстве вафельных плит на несколько слоев. А стружку в каждом из этих слоев ориентировать во взаимно перпендикулярных направлениях. Дабы повысить прочностные характеристики плиты стружку решено было делать более длинную и узкую по сравнению с той, что изготавливалась до этого. Так, постепенно была разработана концепция производства нового вида плитных материалов, которые известны нам сегодня как ориентированно-стружечные плиты.
Первый завод, начавший выпускать настоящие ориентированно-стружечные плиты, появился в 1982 году, хотя ориентировать стружку при производстве вафельных плит начали уже в конце 70-х годов. С тех пор рынок OSB начал стремительно расти. Уже к 1990 году спрос на ориентированно-стружечные плиты достиг 6,8 млн м3 в год, а в 2003-м − превысил 22 млн м3 в год.
Дешевая древесина
В качестве сырья для вафельных плит, производимых по оригинальной технологии Д. Кларка, сначала использовали только осину, которую заготавливали в центральной части Канады и на севере США. Однако в конце 70-х годов, когда появились первые заводы вафельных плит на юге США, в качестве сырья стали использовать древесину сосны. В начале 80-х годов, когда вафельные плиты превратились в OSB, а потребление и спрос на стружечные плиты начали стремительно расти, в производстве стали применять белую березу, клен, амбровое дерево и желтый тополь. Также начали пускать в производство и некоторые другие виды твердолиственных пород, но лишь в небольших пропорциях. Канадские заводы начали успешно производить OSB из лиственницы и белой сосны, произрастающей на востоке страны. На западе страны был построен завод, работающий на смеси осины и черной сосны (сосны Банкса). Некоторые производители стали изготавливать стружечные плиты из смеси бальзамического тополя и белой березы. В середине 80-х годов, когда были открыты первые заводы в Европе, Шотландии и Франции, в производстве OSB начали также использовать шотландскую и приморскую породы сосны. Один из последних построенных заводов OSB в Чили сейчас использует сосну Radiata. Заводы OSB в Азии и Австралии работают на сырье из каучукового дерева и эвкалипта.
Развитие технологии производства OSB
Принцип использования крупной древесной стружки в плитном производстве хорошо известен с тех самых пор, как Д. Кларк изобрел вафельные плиты. Но до того момента никто ни разу даже не пытался делать плиты из тонкой плоской стружки. В 50-х годах прошлого века уже производили древесностружечные плиты (ДСтП), предварительно сортируя стружку и используя более крупную стружку на внутренний слой плиты, а более мелкую − на внешний. Делали также древесноволокнистые плиты (ДВП) из волокна, которое получали путем размола древесины. Но единственным видом древесных плит, который можно было бы использовать в строительстве, на тот момент была фанера, которую делали из дугласовой пихты.
Характерным для технологии производства как вафельных плит, так и OSB является то, что древесное сырье сначала подвергается гидротермической обработке в специально приспособленных бассейнах. Потом бревна окоривают и измельчают в тонкую плоскую стружку. Полученную стружку сушат и смешивают со смолой и парафином. После чего из осмоленной стружки формируют толстую, рыхлую насыпь, так называемый стружечный ковер. Насыпь разделяют на части в зависимости от длины плит пресса и подвергают воздействию давления и температуры. Стружечный ковер превращается в большие твердые плиты, которые еще называют мастер-панели. Дальше мастер-панели распиливают на форматы (как правило, 1220 х 2440 или 1250 х 2500 мм) и после обязательной выдержки на складе (от 12 до 48 часов) отгружают покупателю. Готовую продукцию рекомендуется выдерживать на складе перед отгрузкой для того, чтобы дать клею окончательно полимеризоваться, а плитам набрать равновесную влажность.
Осиновые бревна следует подвергать гидротермической обработке (ГТО) в бассейнах для того, чтобы размягчить древесину перед тем, как измельчать ее в стружку. Первые бассейны, которые использовались для этой цели, нагревались путем прямой подачи пара в воду, залитую в бассейн. Сегодня для нагрева воды используют специальные калориферы или теплообменники, внутрь которых подается нагретые термомасло, пар или вода. Калорифер, излучая тепло, нагревает воду в бассейне. Просто и эффективно.
Заводам, работающим на южных породах сосны или смеси твердолиственных и хвойных пород древесины, проводить гидротермическую обработку сырья особой необходимости нет. Но тем не менее большинство заводов, производящих OSB или вафельные плиты, устанавливают пропарочные бассейны, т. к. ГТО значительно упрощает процесс производства стружки и повышает ее качество.
Особенности производства вафельных плит
Первые заводы по выпуску вафельных плит очень походили на заводы ДСтП за исключением зоны подготовки сырья и получения стружки. В этой зоне на заводе вафельных плит устанавливалось оборудование для оттаивания и прогрева древесины перед окоркой и измельчением в стружку. Кроме того, здесь устанавливались раскряжевочные столы. На этих столах бревна, которые привозились на завод длиной, как правило, 2,4−2,6 м, распиливались на чурки размером от 70 до 80 см. Известно, что прочностные свойства вафельных плит напрямую зависят от размеров стружки, из которой их делают. Для того чтобы делать стружку нужного размера, пришлось разработать специальные стружечные станки. За основу была взята обычная рубительная машина, но принцип ее работы несколько модифицировали. Стружечный станок должен был не только рубить древесину на кусочки заданной длины, разрезая волокна поперек, как это делает рубительная машина, а, прежде всего, сострагивать эти кусочки вдоль волокон бревна.
Первый стружечный станок имел некоторое сходство с горизонтально-дисковой рубительной машиной. Отличие состояло лишь в том, что чурки подавались в продольном направлении по отношению к ножам, закрепленным на вращающемся диске, а не торцами на нож, как это обычно происходит в рубительной машине. За счет этого стружка сострагивалась, а не срубалась.
Первые конструкции стружечных станков имели вертикальные подающие желоба, в которых подаваемая на измельчение древесина удерживалась только за счет собственного веса. В более поздних конструкциях диск стружечного станка стали устанавливать вертикально. Это позволило подавать древесину в горизонтальной плоскости. Для того чтобы зафиксировать чурки в зоне резания и контролировать рабочую скорость их подачи, был разработан специальный цепной механизм. Зубчатые цепи, захватывая оба торца древесной чурки, с заданной скоростью подавали ее на вращающийся диск станка. В результате усовершенствования механизма подачи получаемая стружка стала более однородной по размерам. Удалось повысить процент стружки прямоугольной формы с оптимальными размерами: 25 мм шириной, до 40 мм длиной и 0,7−0,8 мм толщиной.
Полученную таким образом сырую стружку собирали в накопительные бункеры, после чего сушили в трехпроходных сушильных установках. Сушилки работали на природном газе, перегретом паре или на горячих дымовых газах котельной станции, которая устанавливалась рядом.
Дальше уже сухую стружку накапливали в специальном бункере и использовали по мере надобности. Из бункера сухую стружку строго контролируемыми порциями подавали во вращающийся барабанный смеситель, где она смешивалась со смолой и парафином. После этого осмоленную стружку подавали на линию формования. Формовочные станции выкладывали стружку на двигающийся конвейер, образуя рыхлую насыпь одинаковой толщины и приблизительно одинаковой плотности. Полученный стружечный ковер прессовали в горячем прессу и на выходе получали вафельные плиты. Точно так же, как и в производстве ДСтП, стружечный ковер состоял из трех слоев. Но попыток как-либо ориентировать стружку в слоях до определенного времени никто не предпринимал. Стружка в слоях вафельных плит располагалась хаотично.
При дальнейшем развитии технологии формования ковра, по аналогии с укладыванием крест-накрест слоев шпона в фанере, возникла идея ориентировать стружку в слоях стружечной насыпи. Это должно было повысить прочность и жесткость вафельных плит. Так появились ориентированно-вафельные плиты, прочностные характеристики которых в продольном направлении были значительно улучшены.
Продолжение статьи читайте в ближайшем номере журнала.
Задать свои вопросы автору вы можете по e-mail: yashin.mg@mail.ru
Михаил ЯШИН
OSB: История появления и развития технологии. Часть 2
