Они имеют комплекс свойств и особенностей, отличающихся от традиционного конструкционного материала деревообработки (массивной натуральной древесины) и в совокупности открывают широкие возможности для разработки новых материалов и технологических процессов.
Расширение работ по созданию ДКМ привело к необходимости упорядочения и совершенствования терминологии, а также к выделению основных, существенных признаков данных материалов.
Для ДКМ пока нет четко установленной, научно обоснованной номенклатуры. Терминология деревообрабатывающей промышленности состояла много веков и обычно носила стихийный и кустарный характер. По разным причинам и условий в терминологической области распространились термины-синонимы, неточные названия, наименования понятий, которые не отражают их сути. На практике вместо терминов и определений понятий часто применяют описательные выражения произвольной структуры с использованием иностранных слов и слов бытовой лексики. Терминология по своей природе субъективна, поскольку сроки выдумывают люди. Поэтому их стандартизация всегда приводит к спорам. Для решения этой проблемы нужно приобщиться филологам, всем специалистам, имеющим дело с древесиной. Стандартизация - шаг к взаимопониманию. Решив эту проблему мы упростим взаимоотношения как специалистов смежных подотраслей деревообрабатывающей промышленности, так и между специалистами различных отраслей и, бесспорно, облегчим процесс обучения в образовательных учреждениях. Решение этой задачи связано с разработкой классификации ДКМ.
Классификацию нужно начинать с основных определений. Но в настоящее время не существует даже общепринятого определения "композиционный материал".
Как известно, материалы, полностью или частично изготовленные из древесины - древесные материалы. Их разделяют на: лесоматериалы и древесные композиционные материалы (рис. 1). Лесоматериалы - это материалы из древесины, сохранившие ее природную физическую структуру и химический состав. То есть, это натуральная древесина без всяких изменений. ДКМ - это материалы, получаемые путем обработки натуральной древесины давлением при повышенных температурах, пропиткой химическими веществами, склеиванием и т.п. То есть, это материалы из древесины, при обработке которого меняется ее природная физическая структура и химический состав. Эти два вида древесных материалов различают в зависимости от строения древесины в конечном продукте.
Рис. 1. Классификация древесных материалов.
Бревна и кряжи получают из спиленных деревьев после очистки от ветвей и разделения ствола поперек на части требуемой длины. Бревна могут использоваться: как самостоятельные изделия (после обкорювання) в строительстве промышленных и жилых зданий, как опоры и столбы для воздушных линий связи и линий электропередачи, крепежный материал для подземных работ (рудничные стойки), ограждение территорий и т.п.; как сырье для лесопильной , деревообрабатывающей, фанерной, спичечной, тарной, целлюлозно-бумажной лесохимической и других промышленностей. Кряжи для изготовления специальных видов древесных материалов. Лесопильная и деревообрабатывающая промышленности с лесоматериалов производят пиломатериалы (брусья, бруски, шпалы, доски, заготовки и др.), колотые лесоматериалы (паркетная фриза, клепка для бочек), резаные материалы (шпон строганый, лущеный т.п.). Все упомянутые материалы имеют сходную естественную структуру древесины, это - натуральное дерево.
Большинство современных ДКМ - это композиции, изделия из которых имеют определенное сочетание эксплуатационных свойств, например, древесностружечных плит, фанера и т.д. Во всех случаях - это система различных материалов, каждая из составляющих которой имеет свое конкретное назначение в готовом изделии. Ни шпон, ни клей не могут выполнять свою функцию независимо, а в фанере они используются совместно и должны рассматриваться как единая композиция. Следовательно, выражение "композиционный материал" включает в новой форме очень старую и простую мысль о том, что совместная работа разнородных материалов дает эффект, равносилен созданию нового материала, свойства которого и количественно, и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих.
Следовательно, для ДКМ характерны следующие признаки:
- Не встречаются в природе, поскольку созданные человеком;
- В противовес натуральной древесине, имеют улучшенные эксплуатационные и другие свойства;
- Основной компонент - лигноцеллюлозных материал;
ДКМ можно разделить на две большие группы: древесину модифицированную и древесно композицию (рис. 1). Модифицированная древесина - это натуральная массивная древесина, подвержена соответствующей обработке, под действием которой меняется естественная строение древесины. А древесная композиция - это сочетание древесины и вяжущего вещества, комбинация древесных и недеревинних материалов.
ДКМ могут состоять только из древесины (например, уплотненная древесина), из двух компонентов (фанера, различные плиты), с трех и более компонентов (плиты облицованы синтетическим шпоном, антифрикционные материалы и т.п.).
Для ДКМ, состоящие из двух и более компонентов характерны следующие признаки:
- Состоят из компонентов, отличающихся по своему химическому составу и существенно не взаимодействуют между собой;
- Однородные в макромасштаби и неоднородные в микромасштабах (компоненты отличаются по свойствам, между ними существует явная граница раздела);
- Имеют новые свойства, отличающиеся от свойств их компонентов (индивидуальность каждого из них хранится.
- Состав и форма компонентов материала определены заранее;
- Компоненты присутствуют в количествах, обеспечивающих заданные свойства материала (т.е. свойства композиционного материала можно проектировать заранее.
Компонент, безперерваний во всем объеме ДКМ, называется матрицей; прерывисто, разобщенный в объеме композиции, - армирующая элементом или наполнителем. Материал матрицы и армувальной элемента указывает на природу композиционного материала. Однако, в некоторые ДКМ понятие матрицы и армувальной элемента нельзя применить. К таким относятся слоистые композиционные материалы, состоящие из слоев различных компонентов, чередующихся между собой и модифицированная массивная древесина.
Конечно, любая классификация в определенной степени условна и зачисления материалов к какой группы зависит от характера признаков, взятых за ее основу. В данном случае оптимальным является классификация по структурно-технологической признаку, поскольку именно структура материалов обусловлена, прежде всего, видом исходного сырья и способом ее переработки (т.е. технологии производства), определяет важнейшие его свойства, от которых зависят и отрасль, и способ применения материала.
Итак, как классификационные признаки ДКМ принято выбирать состав компонентов, структуру и расположение компонентов, вид исходного сырья (наполнитель и вяжущее), геометрию наполнителя, метод получения, основной показатель качества (среднюю плотность) и сферу использования материалов (рис. 2).
По составу компонентов ДКМ делятся на:
- Однокомпонентные.
- Двухкомпонентные.
- Многокомпонентные.
Компонентом является различного вида и параметра наполнитель, вяжущее и другой материал, входящий в состав композиции.
По структуре и расположению компонентов ДКМ разделяют на четыре группы:
- ДКМ с каркасной структурой, например, пропитанная древесина, клееные деревянные конструкции и др. В данных ДКМ основной компонент - массивная древесина образует каркас, который формирует будущий облик материала.
- ДКМ из слоистой структурой - материал, полученный набором листов (слоев) компонентов, которые чередуются. К этой группе относятся фанера, древесно-слоистые пластики (ДШП) и т.д.
- ДКМ с матричной структурой - материал, в котором вяжущее является матрицей. Роль матрицы заключается в предоставлении изделия необходимой формы и создании монолитного материала. Объединяя в одно целое частицы или волокна она предоставляет композиционном материала способность воспринимать разного рода нагрузки. К таким ДКМ относятся деревинностружкови (ДСП) и деревоволоконные (ДВП) плиты, цементностружкови (ЦСП), гипсостружкови (ГСП) и гипсоволокнистые (ГВП) плиты, массы деревиннопластични (МДП), древесно-клеевые композиции (ДКК), древесно-полимерные плиты ( ДПП) и другие.
- ДКМ с комбинированной структурой - материалы, содержащие комбинации предыдущих групп. Например, облицовано ДСП относится к материалу, совмещающий матричную и слоистую структуру, а столярная плита объединяет каркасную и слоистую структуру.
В зависимости от вида наполнителя ДКМ можно разделить на три группы:
- К первой группе относятся материалы, изготовленные на основе древесины (ткани древесных и кустарниковых растений.
- Ко второй группе входят ДКМ на основе лубяных и других растений (тростник, солома, кострец т.п.).
- Третья группа - материалы на основе наполнителей двух предыдущих групп (на основе смеси древесины и растительного сырья.
Традиционным наполнителем была и остается древесина. Однако, для изготовления ДКМ пригодна и другая лигноцеллюлозных сырье - растительное. Как правило, это лигноцеллюлозных сырье сельскохозяйственного производства в виде продуктов: волокна льна, конопли, джута, кенафу и других культур и отходов: стебли хлопчатника, солома, лоза, кострец льна и конопли, жом сахарного тростника), отходы семян хлопка, рисовая и подсолнечное лузга и т.п. Возможно применение тростника и других дикорастущих растений, которые не используются или мало используются в промышленности.
Согласно геометрией наполнителя (по параметрам наполнителя) ДКМ делятся на шесть групп:
- Первая группа - материалы, изготовленные на основе массивной древесины.
- Ко второй группе относятся ДКМ на основе листов шпона - древесного материала в виде тонких листов древесины, полученных в результате лущения бревен, строгания или пиления брусьев.
- Третья группа - материалы, изготовленные на основе дискретных частиц, имеющих различную форму и размеры. В качестве наполнителя используются древесные частицы: крошево (технологическая щепа), древесная шерсть, специальная стружка, станочная стружка, опилки, древесная крышка частицы древесной коры и т.п.; растительные частицы: кострец, измельченные стебли растений, отходы семян и т.д.
До четвертой группе относятся ДКМ, наполненные древесным или другим растительным волокном (хлопковым, джутовых, льняным и т.д.).
До пятой группы входят ДКМ, содержащие порошкообразный наполнитель (древесно муку, технологический и шлифовальный порох.
- Шестая группа - материалы на основе наполнителей предыдущих групп (на основе комбинации различных наполнителей.
ДКМ зависимости от природы вяжущего делятся на:
- ДКМ без применения стороннего вяжущего. Материалы, матрицей которых находятся природные клеящие вещества (продукты гидролитического расщепления углеводородного комплекса древесины). К таким материалам относятся пьезотермопластикы, лигновуглеводни пластики. К ДКМ без применения вяжущих относится и древесина, модифицированная термомеханически, химически, химико-механически.
- ДКМ с использованием вяжущего. Материалы, для создания которых применяется вяжущее вещество.
ДКМ, использующие вяжущее делятся на:
- Полимерные ДКМ. Материалы, в которых применяются синтетические полимеры. К таким материалам относятся древесина, модифицированная полимерами; клееные деревянные конструкции, состоящие из досок и брусков, соединенных клеями; фанера, фанерные плиты; ДШП, ДСП, ДВП, ДКК, МДП и т.п. (во всех этих материалах как клей применяются термореактивные полимеры. древесно-наполненные термопласты и ДПП, содержащие термопластичные вяжущие. ДКМ.Материалы, в которых применяются синтетические полимеры. К таким материалам относятся древесина, модифицированная полимерами; клееные деревянные конструкции, состоящие из досок и брусков, соединенных клеями; фанера, фанерные плиты; ДШП, ДСП, ДВП, ДКК, МДП и т.п. (во всех этих материалах как клей применяются термореактивные полимеры. древесно-наполненные термопласты и ДПП, содержащие термопластичные вяжущие.
- Неорганические ДКМ. Материалы, матрицами которых являются минеральные вещества: цемент, гипс, магнезиальные вяжущее, жидкое стекло. К таким материалам относятся арболит, фибролит, ксилолит, королит, тирсобетон латинской ЦСП, ГСП и ГВС, плиты и изделия из частиц древесины и жидкого стекла.
- Металлизированные ДКМ. К ним относятся металлизированная древесина (пропитанная металлами, имеющие низкую температуру плавления и древесина, пропитанная растворами солей, восстановленными в чистых металлов.
По методу получения ДКМ разделяют на три группы:
- ДКМ пропитанные, полученные методом пропитки.
- ДКМ прессованные, полученные методом прессования. Это прессования может быть: плоским прессованием, появляется огромное экструзией, штамповкой и др.
- ДКМ пропитано-прессованные, полученные комбинированным методом. Эти методы основаны на последовательном или параллельном применении еще нескольких методов. Например, пропитка используется как предыдущая операция, а конечной операцией является прокатка или плоское прессования (химико-механическая модификация древесины, производство ДШП.
Согласно основному показателю качества все ДКМ делят на две группы:
- Легкие ДКМ - средняя плотность меньше 1200 кг/м3. Легкими является модифицированная древесина, ГСП, фибролит, арболит, королит, ДКК и другие.
ДКМ - средняя плотность меньше 1200 кг/м3. Легкими является модифицированная древесина, ГСП, фибролит, арболит, королит, ДКК и другие.
- Тяжелые ДКМ - средняя плотность более 1200 кг/м3. Тяжелые материалы - это пьезотермопластикы и лигновуглеводни пластики, строительный брус, ЦСП, изделия из МДП и другие.
Разделение по этому признаку достаточно условный, поскольку не всегда можно провести четкую границу между группами.
Последняя классификационная признак позволяет разграничить области применения ДКМ в различных отраслях промышленности. Материалы на основе минеральных вяжущих применяются в строительстве. Модифицированная древесина - в строительстве, для производства мебели, на транспорте, в горнодобывающей и легкой промышленности. Изделия из МДП и ДШП используются в машиностроении, химической промышленности и радиопромышленности. ДСП и ДВП применяются в мебельном, тарном производствах, приборо-и радиобудуванни, строительстве, судо-, авто-и вагоностроении. Видим, что трудно разграничить сферу использования ДКМ. Они имеют большое значение для различных отраслей народного хозяйства. ДКМ - полноценные заменители многих традиционных материалов (натурального дерева, бетона, металлов, пластмасс и т.д.).
Приведенная классификация - первая попытка разработать наиболее полную классификацию ДКМ. Используя ее можно описать любой ДКМ по соответствующей признаку и получить полную характеристику данного материала
