История появления OSB

Как доктор Кларк карандаш точил

Плиты OSB уже хорошо известны многим строителям и деревообработчикам в России. Многие могли видеть OSB в строительных магазинах или какие-то изделия из них (контейнеры, ящики или поддоны). Кто-то активно использует OSB в своих личных нуждах, кто-то относится к нему с опаской и ждет, не провалится ли крыша на даче у соседа через полгода. Но мало кто знает, кто и как придумал этот материал и откуда он берет свое начало.

Ориентированностружечные плиты, или просто OSB, были придуманы в Канаде во второй половине 70‑х годов прошлого века. Рождение технологии OSB стало результатом дальнейшего развития технологии производства так называемых вафельных плит. Вафельные плиты внешне очень похожи на OSB и до сих пор используются в строительстве в Северной Америке, правда, сейчас уже в гораздо меньших объемах. Но известность вафельные плиты получили именно как прародители OSB.

Технологию производства вафельных плит разработал доктор Джеймс д’Арси Кларк. Было это в 1954 году. В то время Джеймс Кларк был ученым-экологом и занимался проблемой утилизации низкосортной древесины в лесах на северо-западе США. Проблема стояла довольно остро, так как при сплошных рубках на заготовке сосны, ели и лиственницы оставалось очень много осины. Продать её в тех объемах было невозможно, поскольку ни для производства пиломатериалов, ни для шпона, ни для целлюлозы она была не нужна. Осину просто бросали гнить в лесу.

Так случилось, что Д. Кларк был хорошо знаком с технологией производства древесноволокнистых и древесностружечных плит. И он решил создать технологию, которая бы позволяла делать из осины древесные плиты. Нужно было лишь, чтобы эти плиты обладали какой-то особенностью и представляли интерес для рынка. Единственным видом древесных плит, которые можно было использовать в строительстве, на тот момент была фанера, которую делали из Дугласовой пихты. На рынке был постоянно высокий спрос на нее. Д. Кларк попытался найти способ, как сделать из осины плиты с повышенными прочностными характеристиками, чтобы они могли хотя бы частично заменять фанеру. Для этого нужно было максимально использовать прочность древесных волокон осины.

И вот, когда Д. Кларк как-то раз затачивал точилкой карандаш, ему пришла идея: «А что если делать стружку тонкой и широкой, аккуратно срезая её вдоль волокон?» Для этого можно было модернизировать рубительную машину, которую использовали в производстве щепы для ДСП.

В 50‑х годах прошлого века уже производили древесностружечные плиты (ДСП), предварительно сортируя стружку и используя более крупную на внутренний слой, а более мелкую на внешний слой плит. Делали также древесноволокнистые плиты (ДВП) из волокна, которое получали путем размола древесины. Но до того момента никто ни разу даже не пытался делать плиты из тонкой широкой стружки.

Итак, нужно было придумать рубительную машину новой конструкции, превратив её в стружечный станок. За основу был взят обычный щепо-рубительный станок, но принцип его работы несколько изменили. Стружечный станок должен был не только рубить древесину на кусочки заданной длины, разрезая волокна поперек, как это делает рубительная машина, но и сострагивать тонкие пласты древесины вдоль волокон бревна. Первый стружечный станок имел некоторое сходство с горизонтальнодисковой рубительной машиной. Отличие состояло лишь в том, что чурки подавались в продольном направлении по отношению к ножам, закрепленным на вращающемся диске, а не перпендикулярно к ножам, 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 поступающая на измельчение древесина удерживалась только за счет собственного веса. В более поздних конструкциях диск стружечного станка стали устанавливать вертикально. Это позволяло подавать древесину в горизонтальной плоскости и автоматизировать процесс загрузки сырья. Для того чтобы зафиксировать чурки в зоне резания и контролировать рабочую скорость их подачи, был разработан специальный цепной механизм. Зубчатые цепи, захватывая древесную чурку с обоих торцов, с заданной скоростью подавали её на вращающийся диск станка. В результате усовершенствования механизма подачи получаемая на выходе стружка стала более однородной по размерам. Удалось повысить процент стружки прямоугольной формы с оптимальными размерами: шириной 50 мм, длиной до 70 мм и толщиной 0,7–0,8 мм.

В остальном технологический процесс копировал производство ДСП. Нужно было лишь адаптировать технологию сушки и осмоления более крупной стружки, а также процесс формования стружечного ковра.

В середине 50‑х годов XX века на свет появились первые вафельные плиты. Результаты испытаний превзошли все ожидания. Вафельные плиты были намного прочнее, чем древесностружечные, и действительно могли использоваться в строительстве.

Вопросами разработки технологии производства вафельных плит также занимался Армин Эльмендорф в своей лаборатории в г. Пало-Альто (Калифорния). В конце 50‑х годов прошлого века этой технологией заинтересовались ученые в Европе, в частности доктор Клаудитц в Германии.

Первое производство OSB-плит

Начальник Д. Кларка, воодушевленный его открытием, вскоре построил небольшой завод в Айдахо, где начал производить первые вафельные плиты и продавать их местным строителям.

Спустя 7 лет, в 1961 году, несколько бизнесменов из Саскачевана (провинция Канады), желая использовать дешевую осину, которая в изобилии произрастала на севере Канады, выкупили патент у Джеймса Кларка. Чуть позже была организована компания «Вайсвуд Лимитед», которая начала производить вафельные плиты в промышленных объемах. Завод по производству вафельных плит построили в г. Хадсон Бэй, в районе северных лесов Канады. Власти, желая укрепить экономику малодоходной сельско-хозяйственной провинции, предоставляли предприятию избыточное количество очень хорошей древесины.

Однако дело пошло не так, как планировалось. Продавцы фанеры, почувствовав угрозу своему бизнесу со стороны более дешевых вафельных плит, отказывались заниматься их продвижением на рынок.

Не сумев организовать сбыт, «Вайсвуд Лимитед» был вынужден напрямую продавать свои вафельные плиты небольшим строительным компаниям и фермерам в своей провинции. Интересно отметить тот факт, что многие байки, придуманные противниками вафельных плит, а также откровенная ложь, которую они распространяли о новом материале, в ходу 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 обанкротился.

В 1963 году акции завода «Вайсвуд», принадлежавшие тогда правительству Саскачевана, были проданы компании «Мак-Милан Блоидил Лимитед» − крупнейшему на тот момент производителю целлюлозы, пиломатериалов и фанеры в Канаде. «Мак-Милан Блоидил» нужен был новый продукт из древесины с более низкой себестоимостью, чем у фанеры. Это, по мнению руководства компании, должно было укрепить их позиции на рынке строительной фанеры и увеличить годовой оборот.

У «Мак-Милан Блоидил» была хорошо развита система сбыта по всей Канаде, а также была возможность проведения всех необходимых испытаний продукции для получения столь нужных строительных сертификатов. Это позволило компании запустить производство вафельных плит и успешно вывести его на проектные мощности. Завод в Саскачеване, к слову, был оснащен 14-пролетным горячим прессом, который позволял производить плиты размером 1220×4880 мм. Пресс, сушилка, смесители стружки и линия формования были модернизированным оборудованием с производственной линии ДСП. В качестве стружечного станка использовалась модернизированная рубительная машина, которая больше скалывала, чем срезала стружку с древесных чурок длиной 600 мм. Но тем не менее вафельные плиты, вышедшие на рынок под торговой маркой «АспенитTM» (от англ. aspen − осина), имели хорошие прочностные и эксплуатационные характеристики и более низкую, чем у фанеры, стоимость. Вскоре плиты «АспенитTM» добились значительного успеха и всеобщего признания на рынке.

В центральной части Канады «Мак-Милан Блоидил» продвигал «АспенитTM» как строительный материал для кровли, обшивки стен и полового настила. Материал активно продавали для строительства хранилищ различного назначения, животноводческих ферм, гаражей, подсобных помещений. Кроме этого, «АспенитTM» применяли при возведении защитных ограждений, временных быстроразборных конструкций, строительстве зернохранилищ, в производстве упаковки и рекламных щитов. Научно-исследовательская группа «Мак-Милан 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 «АспенитаTM» была ниже, чем фанеры, и это давало вафельным плитам серьезное преимущество. Многие строители, начавшие использовать вафельные плиты в 60‑х годах ХХ века, продолжают покупать «АспенитTM» и сегодня.

Дальнейшее развитие OSB

Успех торговой марки был столь значителен, что в конечном итоге все вафельные плиты в Канаде получили общее название «Аспенит», подобно тому, как раньше все древесноволокнистые плиты стали называть «Мезонит» или, скажем, в России все копиры с советских времен называют «Ксерокс».

В 1973 году в г. Тимминс (провинция Онтарио) был открыт второй завод по выпуску вафельных плит. Целью инвесторов была переработка дешевой осины хвойных лесов севера провинции. Новое предприятие «Вейферборд Корпорэйшн» организовало реализацию своей продукции через компанию «Кэнэдиан Форэст Продактс». Продукт вышел на рынок под торговой маркой «МейлитTM». «Кэнэдиан Форэст Продактс» продавал вафельные плиты «МейлитTM» на всей территории Канады через розничную сеть магазинов строительных материалов компании «Кэнфор Билдинг Матириалз». Подобно «Мак-Милан Блоидил», «Кэнфор Билдинг Матириалз» взялся за продвижение плит «МейлитTM» на строительный рынок не только для расширения ассортимента предлагаемых товаров, но и прежде всего с целью укрепления своих позиций на фанерном рынке Канады. Постепенно восприятие вафельных плит стало меняться.

В течение 70‑х годов прошлого века в Канаде было построено ещё несколько заводов по выпуску вафельных плит и первый подобный завод был запущен на севере США.

Сумма технологий

В середине 70‑х годов ХХ века родилась идея стружечную насыпь при производстве вафельных плит разделять на несколько слоев. А стружку в каждом из этих слоев ориентировать во взаимно перпендикулярных направлениях. Кроме этого, чтобы повысить прочностные характеристики плиты, решили изменить геометрию стружки. Решено было делать более длинную и узкую стружку, по сравнению с той, что изготавливалась до этого. Так, постепенно была разработана концепция производства нового вида плитных материалов, который известен нам сегодня под названием OSB.

Первый завод, начавший выпускать настоящие ориентированностружечные плиты, появился в 1982 году, хотя ориентировать стружку при производстве вафельных плит начали уже в конце 70‑х годов.

По сути, ориентированностружечные плиты − это вафельные плиты второго поколения. Первая настоящая OSB-плита была произведена в Альберте (Канада) на заводе «Эдисон OSB». Завод тогда принадлежал компании «Пеликан Сомилз Лимитед». Первые испытания продукции показали, что в результате усовершенствования технологии физико‑механические характеристики нового материала сравнялись с характеристиками хвойной фанеры. Это позволило заводу «Эдисон OSB» позиционировать ориентированностружечные плиты на рынке как полный аналог фанеры и материал более высокого класса, чем вафельные плиты.

Новый материал назвали OSB (oriented strand board), так как от всех известных древесных плит его отличал размер стружки и её ориентация в структуре плиты. Стружка OSB была более узкая и длинная по сравнению со стружкой вафельных плит: средний размер стружки составлял 25×150 мм. Каждая плита состояла из 3 слоев. Все стружки в слое располагались параллельно друг другу и перпендикулярно к стружкам в соседних слоях. Благодаря ориентированию стружки в каждом из слоев, плиты OSB приобрели уникальные свойства, которые вскоре открыли для них целый ряд новых областей применения.

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

Ориентирующая головка форммашины стружки внешнего слоя чем-то очень похожа на фермерские бороны. Она состоит из ряда круглых дисков, которые направляют падающую сквозь них стружку, выравнивая её параллельно направлению движения ковра на конвейере. Ориентирующая головка стружки внутреннего слоя состоит из роликов в форме звездочки с плоскими лопастями. Вращаясь, они выравнивают стружку параллельно ширине ковра и перпендикулярно направлению движения конвейера. Размеры элементов ориентирующих головок и расстояние между ними подстраиваются под размеры стружки. Настройка выполняется так, чтобы стружка проваливалась сквозь вращающиеся диски или ролики до того, как они вынесут её 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. Каждый слой формируется отдельной ориентирующей головкой и выкладывается отдельной формующей машиной.

Точность ориентации стружки в процессе формования стружечного ковра − очень важный вопрос. Особенно это касается стружки наружных слоев. Точность ориентации стружки в слоях напрямую влияет на прочностные характеристики готовой продукции.

Не меньше проблем у инженеров вызвала задача качественного и равномерного осмоления стружки перед формованием. В производстве плит OSB применили ту же смолу, которая всегда использовалась в производстве водостойкой фанеры. Но как тщательно перемешать тончайшую стружку с минимальными для нее повреждениями? Благодаря творческому подходу вопрос был вскоре решен. В современных смесителях стружки с клеем смола разбрызгивается с помощью вращающегося диска. Конструкция распределительного устройства смолы была заимствована из технологии окраски автомобилей. Это простое на первый взгляд решение оказалось настоящим прорывом в технологии осмоления, позволившим не только уменьшить повреждение стружки в процессе осмоления, но и значительно сократить расход смолы.

С появлением первого производства в Канаде технология OSB вызвала широкий интерес во всем мире. Исследовательскую работу начали вести даже в Японии и Китае.

Через какое-то время после успешного начала производства плит OSB на заводе «Эдисон OSB» постепенно почти все заводы по выпуску вафельных плит в Северной Америке были модернизированы для выпуска OSB. Был построен и запущен ещё целый ряд новых производств.

Сырьевая база

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 прошлого века, когда появились первые заводы вафельных плит на юге США, в качестве сырья стали использовать древесину сосны. В начале 80‑х годов, когда вафельные плиты уже 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 ХХ века, когда были открыты первые заводы в Европе − в Шотландии и Франции, в производстве OSB начали также использовать шотландскую и приморскую породы сосны. Один из последних построенных заводов OSB в Чили использует сосну Radiata. Заводы OSB в Азии и Австралии работают на сырье из каучукового дерева и эвкалипта.

Взгляд в будущее OSB

Специалисты предсказывают OSB великое будущее. В Новой Зеландии есть научно-исследовательский институт, занимающийся разработками новых древесных композитов. Ориентированностружечные композиты причисляются к одному из наиболее перспективных направлений. Сейчас ведутся разработки, которые в ближайшем будущем позволят активнее применять плиты OSB в мебельной промышленности, в дверном производстве, в особо нагруженных строительных конструкциях и т.  д. Разрабатываются так называемые on-line системы контроля качества, которые позволят проводить тестирование всего объема производимой продукции в реальном режиме времени. Ну и, наконец, в вопросах производства и осмоления стружки, точности её ориентации при формовании ковра, прессовании стружечного ковра есть ещё много места для исследовательской работы.

Очень скоро новые материалы из ориентированной стружки смогут конкурировать со всеми известными нам конструкционными и неконструкционными плитными материалами из древесины.

Михаил ЯШИН