Характеристики, свойства и области применения фанеры

Фанера – композитный материал, создаваемый из древесины. Это листы, образованные склеиванием нескольких тонких слоев дерева – шпона. Волокна смежных слоев располагаются под углом друг к другу, как правило, перпендикулярно. Благодаря этому высокие прочностные характеристики фанеры и ее стабильность при колебаниях влажности сочетаются с большими размерами листа, что практически недостижимо для цельной древесины.

Как изготавливают фанеру

Производство состоит из нескольких этапов:

• Вначале отобранные для производства бревна вымачивают в теплой воде, чтобы обеспечить древесине мягкость, необходимую для обработки.
• Из подготовленных чураков определенного размера получают шпон, который затем выравнивают и высушивают.
• Шпон сортируется, в нем устраняются дефекты и из него формируются листы определенного размера.
• Листы шпона собираются в определенном порядке и скрепляются между собой клеем.
• После высушивания полученных пакетов их края обрезаются до требуемого формата, а лицевые поверхности при необходимости шлифуются и покрываются декоративным слоем.

Получение шпона для фанеры

Для получения шпона используют разные методы. Чаще всего применяют круговое лущение: подготовленный чурак вращается вокруг продольной оси, а специальный нож снимает с него тонкий слой. 

Снятый слой древесины разворачивается в ленту, режется на листы и отправляется на дальнейшую обработку.

В некоторых случаях используют лущение с эксцентричным вращением заготовки. Это дает более интересный периодический рисунок из-за пересечения ножом годичных слоев.

Реже используют плоское строгание, которое позволяет получать шпон с заданным характером рисунка в зависимости от направления обработки. Различают тангенциальный и радиальный шпон. Они различаются расположением плоскости обработки по отношению к радиусу бревна и видом узора, который образует древесная структура. Для производства шпона этим методом отбирается качественная древесина, не имеющая пороков.

Для особых случаев шпон производят методом распила. Этот метод не требует специальной подготовки древесины и позволяет получить натуральный узор с естественным цветом.

Устранение дефектов и формирование листов

Полученный шпон содержит различные дефекты, унаследованные от древесины. Кроме того, могут быть повреждения, обусловленные самим процессом производства. Кроме того, первичный материал не всегда соответствует требуемому формату листов. Для приведения шпона к нужным параметрам проводится его дополнительная обработка.

Прежде всего, производится отбор и выбраковка материала. Удаляются негодные листы или их части, слабо связанные или пораженные гнилью и отбираются пригодные для дальнейших этапов. Вырезаются гнилые, рыхлые и некачественные участки. Затем отдельные детали прирезаются по краям и склеиваются в листы нужных размеров. При необходимости удаляются сучки и на их место вставляются заплатки. Таким же образом ремонтируются разошедшиеся трещины.

Склеивание

Из подготовленных и высушенных листов шпона формируются клей-пакеты. Обычно в них входит нечетное количество слоев. Центральный слой укладывается структурой в поперечном направлении, каждый следующий – под прямым углом к предыдущему. Направление внешних слоев с обеих сторон совпадает и считается продольным.

Есть фанера и с четным количеством слоев. В этом случае два центральных слоя имеют одинаковое направление структуры. Все слои, как правило, имеют одинаковую толщину. Но в ГОСТе специально указано требование, чтобы одинаковыми были слои, расположенные симметрично относительно центрального.

Склеивание шпона производится при помощи пресса и высокой температуры. Пресс обеспечивает равномерность и минимальную толщину клеевых слоев, а нагрев необходим для отверждения смолы. После склеивания листы выдерживаются в пакетах для равномерного остывания и выравнивания внутренних напряжений и влажности.

Обрезка

Склеенные плиты обрезаются по краям на специальных станках. Эта операция дает ровные торцы и обеспечивает точный формат листов.

Марки и сорта фанеры

Фанеру делят на виды, марки и сорта по нескольким параметрам:

• породе древесины, которая идет на шпон;
• типу клея, которым клеится шпон, специальной пропитке и другим особенностям производства, которые определяют основные качества материала;
• качеству лицевых слоев и применению специальных покрытий.

По типу древесины фанеру делят на лиственную и хвойную. Для них даже существует два отдельных стандарта: ГОСТ-3916.1-96 и ГОСТ-3916.2-96. Фанера может изготавливаться как из шпона одного вида, так и с их сочетанием. Ее вид определяется по виду древесины внешних слоев.

Марки

Существует несколько марок фанеры, различающихся по своим свойствам.

1. ФСФ – фанера, склеенная фенолформальдегидной смолой. Прочна и довольно устойчива к увлажнению. Чаще всего применяется в строительстве.

2. ФК – слои шпона склеиваются карбамидным клеем. Материал имеет несколько меньшую, чем ФСФ, влагостойкость. Как правило, при производстве легче обеспечивается экологическая безопасность. Применяется для производства мебели, тары, для внутренней отделки, конструкций, применяемых в сухих помещениях.

3. ФБ – семейство бакелизированной фанеры с разными вариантами склеивания и пропитки шпона бакелитовыми смолами. Применение бакелитовой смолы придает плитам поверхностную твердость, в 2—4 раза увеличивает предел прочности при изгибе, повышает влагостойкость на 50—70 %.

Особенно высокой прочностью и влагостойкостью обладает фанера ФБС, полностью изготовленная с применением спирторастворимой бакелитовой смолой. Она выдерживает даже контакт с морской водой. Из нее изготавливают пайолы, банки и транцы для надувных лодок, детали корпусного набора малых судов.

Марка ФБВ отличается тем, что для склеивания применяется водорастворимая смола. Из-за этого ФБВ примерно на 16 % менее влагостойка, чем ФБС.

Кроме этих двух, есть дополнительные марки, с различным комбинированием спирторастворимых и водорастворимых смол: ФБС-1, ФБВ-1, ФБС-1А.

Для бакелизированной фанеры марок ФБС и ФБВ на внешний слой используется шпон не ниже II сорта, для фанеры с комбинированием смол разных видов (ФБС-1, ФБВ-1, ФБС-1А) применяется шпон не ниже III сорта. Подробно технические условия описываются в ГОСТ 11539-2014.

4. ФБА – единственная марка полностью натуральной фанеры. В ней шпон склеивается альбуминовым или казеиновым клеем. Этот материал совершенно безопасен экологически, но не влагостоек.

Сорта

Сорт фанеры определяется качеством ее поверхности. Древесина – неоднородный материал, в котором могут встречаться сучки, каверны, трещины, гниль. При лущении эти дефекты переходят в шпон. Об их удалении было сказано выше, в разделе, посвященном производству.

В ГОСТах определен обширный перечень всех допустимых дефектов: как естественных для древесины, так и специфических огрехов производства. В ней предусмотрена допустимость дефектов каждого вида для каждого сорта материала, их предельные размеры и количество, приходящееся на лист или на единицу площади.

Для лиственных и хвойных пород требования несколько различаются, поэтому сорта хвойной фанеры имеют в обозначении индекс «х». Ниже в несколько упрощенном виде перечислены допустимые дефекты для лиственных и для хвойных пород.

Элитный сорт Е.

• На поверхности листов сорта Е недопустимы никакие видимые дефекты.
• На хвойной фанере сорта Ех могут быть булавочные сучки в количестве до 3 штук на 1 м².
• Для лиственной допустимы единичные незначительные изменения в структуре древесины.

Сорт 1.

• сучки, в том числе выпадающие и отверстия от них;
• сомкнутые трещины (для 1x - разошедшиеся трещины размерами до 250х3 мм);
• светлая прорость – следы заросших механических повреждений древесины;
• здоровое изменение цвета;
• пробелы шпона внутренних слоев шириной до 2 мм, краевые дефекты;
• ремонтные вставки для заделки сучков.

Сорт 2.

• сучки и червоточины;
• сомкнутые и разомкнутые трещины;
• светлые и темные прорости;
• засмолки и смоляные карманы;
• нахлест шпона внешнего слоя;
• царапины и вмятины;
• вставки шпона для заделки сучков и пробелов;
• клеевая лента или просачивание клея.

Сорт 3

Поверхность фанеры 3 сорта может содержать все виды дефектов, перечисленные для 2 сорта. Разница в их количестве и размерах. Перечислим некоторые из них.

• Допустимая длина нахлесток для хвойных пород увеличена с 200 до 400 мм, а их количество – с 3 до 5 штук. Аналогичные изменения есть и для лиственных пород.
• Длина трещин увеличена с 300–400 мм до 600, а их ширина – с 2 до 5 мм, а для сорта 3x – до 10.
• Снято ограничение на длину сомкнутых трещин;
• Для хвойных пород снято ограничение на количество сучков и увеличен их размер до 70 мм, а для лиственных разрешены сучки с трещинами.

Сорт 4

Для фанеры 4 сорта снято большинство ограничений. Регламентируются только максимальные размеры обширных дефектов, таких как сучки (до 100 мм), разошедшихся трещин (до 15 мм) ширина краевых дефектов (до 15 мм) и других. Этот сорт – технический материал, к внешним слоям которого предъявляются минимальные требования с тем, чтобы она сохраняла требуемые механические качества.

Дополнительные требования к качеству.

Для каждого сорта фанеры существует требование к количеству видов одновременно присутствующих на листе дефектов. Например, если кроме сучков есть еще трещины, нахлестки и прорости, то сорт такого материала не может быть выше, чем 2 или 1x.

Для сорта 4 допустимы в любом количестве любые дефекты за исключением гнили, но с ограничением их размеров в соответствии с таблицей №3 ГОСТа.

Качество двух разных поверхностей листа может не совпадать. В этом случае сорт обозначается для каждой из них, через косую черту. Например, сорт фанеры 1/2, сорт 2/2, сорт 2/4, сорт 4/4 и так далее.

Виды лицевой поверхности фанеры

Фанеру различают по степени и способу обработки ее поверхности:

• нешлифованная (НШ);
• шлифованная с одной стороны (Ш1);
• с двухсторонней шлифовкой (Ш2)

Шлифовка придает материалу гладкость, и делает его готовым для чистовой отделки, что удобно для отделочных работ или при изготовлении мебели. Шлифованию подвергается одна или обе стороны листа.

Поверхность фанеры может покрываться слоистым бумажно-смоляным покрытием на основе фенол-формальдегидной смолы. Это покрытие придает поверхности твердость и износостойкость. Ламинированную фанеру используют в мебельном производстве, для отделочных работ, в качестве материала для создания различных конструкций, для изготовления многоразовой опалубки.

Маркировка фанеры

Основные параметры фанеры указываются в обозначении, которой она маркируется. Стандартная маркировка содержит:

• наименование материала;
• породу, из которой изготовлен шпон внешних слоев;
• марку;
• сорт;
• класс эмиссии;
• указание на шлифовку поверхности;
• формат листов;
• указание стандарта.

Например: «Фанера сосна ФСФ 2/4 Е1 Ш1 1525х1525х6,5 ГОСТ 3916.2-96» – это обозначение сосновой фанеры ФСФ с поверхностями 2 и 4 сортов, первого класса эмиссии, с односторонней шлифовкой, толщиной 6,5 мм размерами 1525х1525 мм, изготовлена в соответствии с ГОСТ 3916.2-96.

Для ламинированной фанеры дополнительно указывается марка пленки. Маркировка бакелизированной фанеры проще. В нее входят только наименование, марка, размеры и указание на стандарт.

Например: «Фанера ФБС 1500х1250х5 ГОСТ 11539-2014».

Технические характеристики фанеры

Прочность и плотность фанеры

Прочность фанеры зависит от характеристик исходной древесины и прочности склеивания. На прочность косвенно указывает плотность материала. Как правило, плотность фанеры колеблется в пределах 550—750 кг/м³, то есть, примерно соответствует плотности древесины или несколько превышает ее из-за более высокой плотности смолы, которой скрепляется шпон.

В ГОСТ для обычной фанеры предусмотрены разные уровни плотности – от 300 до 1000 кг. Низкий удельный вес возможен при использовании легкой древесины и «рыхлого» шпона. Утяжеление происходит из-за применения более плотных смол и других особенностей изготовления конкретного вида материала. Например бакелизированная фанера может иметь плотность до 1200 кг/м³. Она же отличается наибольшей прочностью.

Главные, наиболее важные показатели прочности фанеры – это предел прочности при изгибе, прочность удержания крепежа. Прочность фанеры марок ФСФ и ФК на изгиб примерно в 3—4 раза ниже, чем у цельной древесины. Марки ФБС и ФБВ по прочности превосходят исходную древесину. Сопротивление шурупов выдергиванию довольно высоко за счет выраженной слоистой структуры (при установке в пласть) и достигает 6—8 кг на каждый миллиметр длины крепежа.

Экологичность

Экологические свойства фанеры характеризуются ее классом эмиссии. Самая лучшая в этом отношении марка – ФБА. В ней совсем нет синтетических материалов.

Все остальные марки фанеры в той или иной степени являются источниками летучего формальдегида. Для использования в жилых помещениях следует выбирать материалы с классом эмиссии Е1 и ниже. Интересно, что в ГОСТ для ламинированной фанеры предусмотрен только класс Е1.

Биологическая стойкость

Фанера не застрахована от поражения гнилью, синевой (для хвойных пород), плесенью. Однако устойчивость фанеры к биологическому и поражению выше, чем у обычной древесины. Это обусловлено тем, что шпон находится в непосредственном контакте с фенольными или карбамидными смолами, которые частично выполняют функции антисептика. Хвойный шпон имеет более высокую сопротивляемость за счет особенностей древесины. Наибольшей стойкостью обладает бакелизированная фанера.

В любом случае следует учитывать условия эксплуатации материала и выбирать подходящий для них или проводить дополнительную антисептическую обработку.

Горючесть

Фанера относится к сильно горючим материалам. Это обязательно нужно учитывать при ее применении. Повысить огнестойкость конструкций и изделий из нее можно специальной обработкой. Есть и особый, трудно горючий сорт фанеры – ФСФ-ТВ.

Влагостойкость

Влагостойкость наиболее популярных сортов ФСФ и ФК демонстрирует испытание на расслоение листа, которое проводится после сильного увлажнения. Фанеру ФК перед испытанием вымачивают в воде в течение 24 часов, марка ФСФ подвергается кипячению в течение часа, а по согласованию с заказчиком – в течение 6 часов. Марки ФБС и ФБВ также подвергаются часовому кипячению.

После обработки водой и высушивания предел прочности на скалывание по клеевому слою для разных марок составляет:

• ФК и ФСФ – от 2 до 10 кгс/см² (0,2—1 МПа);
• ФБВ – 14,7 кг/см²;
• ФБС – 17,6 кг/см².

Марка ФБС подходит для тропического климата и других сложных условий.

Изоляционные свойства

Фанера может использоваться в составе внешних ограждающих конструкций. При таком применении учитываются ее изоляционные качества.

Проницаемость для влаги.

Любая фанера способна впитывать воду, и потому проницаема для влаги. Однако влагопроницаемость материала имеет капиллярный характер и зависит от типа пропитки. В любом случае, при увлажнении одной стороны влага проникнет на противоположную и может передаваться на смежные слои ограждающей конструкции.

Теплопроводность.

Теплопроводность фанеры зависит от ее плотности и может колебаться от 0,09 до 0,25 Вт/(м∙К). Для самых используемых марок теплопроводность материала близка к древесине.

Паропроницаемость.

Проницаемость для водяного пара –  важный параметр, который учитывается при расчетах многослойных конструкций, ограждающих помещения с искусственным микроклиматом.

Паропроницаемость фанеры примерно втрое ниже, чем проницаемость древесины в направлении поперек волокон, и впятеро ниже, чем проницаемость кирпичной кладки. Это свойство в некоторых случаях можно использовать для пароизоляции стен изнутри, и обязательно нужно учитывать при использовании фанеры для внешней обшивки.

Особенности применения

При использовании фанеры следует учитывать некоторые ее особенности.

Располагая плоские детали в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, легко добиться высокой прочности изделия. Главное – грамотно распределить действующие нагрузки и обеспечить надежность креплений.

Гвозди очень трудно входят в пласть листа, а в торце практически не держат. Использовать гвозди можно только в качестве нагелей – забивая в предварительно просверленное отверстие. Они используются под нагрузки «на срез» и сравнительно слабо сопротивляются выдергиванию.

Саморезы и шурупы, вкрученные в пласть, очень хорошо сопротивляются выдергиванию. Но практически всегда для их установки нужна предварительная засверловка.

При распиливании фанеры нужно учитывать легкость, с которой при этой операции возникают поверхностные сколы и отрывы шпона. Для получения чистого реза нужно использовать мелкозубые пилы, высокоскоростные распиловочные станки с подрезной фрезой, а при работе ручным инструментом оставлять запас для чистовой обработки шлифованием. Для шлифования нужно использовать ленточную шлифмашину с направлением движения ленты вдоль кромки.

Основная область применения фанеры – это строительство. Ее применяют для обшивки каркасных конструкций и облицовки, в качестве основы под кровлю или напольного покрытия.

В зависимости от марки этот материал применяется в производстве тары и мебели, в судостроении и вагоностроении. Из него делаются настилы под груз и переставная опалубка для бетонных работ.