Современные технологии обработки древесины

Российская Федерация по уровню производства круглого леса в структуре мирового производства данного ресурса занимает второе место после США, опережая Бразилию, Канаду и Китай, а по объему производства различных панелей на основе дерева - третье место, после Китая и США. При этом по уровню потребления круглого леса и деревянных панелей Россия также входит в пятерку стран-лидеров [1].

Одновременно, высокий уровень производства и потребления лесных ресурсов и истощение природных запасов древесины приводят к необходимости организации рационального природопользования, ресурсосбережения, решения вопросов экологической безопасности. В этой связи актуальными являются исследования, направленные на обобщение современных способов обработки древесины, а также наиболее полного использования отходов древесных производств.

В общем виде способы обработки древесины, характеристика которых представлена на рисунке 1, имеют механическую, химическую и биологическую природу.

Наиболее традиционными остаются различные типы механической обработки, выполняемые резанием, которое в технологических процессах может быть представлено пилением, фрезерованием, сверлением, точением, измельчением, строганием и др. с помощью различных деревообрабатывающих инструментов ручного, полуавтоматического и автоматического типов.

Рисунок 1 - Характеристика способов обработки древесины (составлено автором по данным [2]).

Более перспективным в части механической обработки является лазерное резание, отличающееся повышенной точностью, возможностью изготовления мелких деталей и изделий сложной конфигурации с полным следованием лекалам. Данные технологии получили развитие в лазернокопировальных станках, где кроме сквозного резания осуществляется поверхностная обработка сверлением, перфорированием, гравировкой, в том числе с возможностью получения объемных 3D изделий.

Современные технологические процессы также включают вибрационное резание полосовыми пластинками и вибропиление, где пластинка имеет зубчатую кромку, а также вибродолбление, вибросверление, виброшлифование и пр. процессы, повышающие качество поверхности и скорость обработки древесины. Кроме того, все типовые процессы механической обработки в современных производствах могут быть представлены гидравлическим воздействием, с применением струи воды высокого и сверхвысокого давления [3].

Интерес также представляют современные технологии обработки древесины в части изготовления слоистых материалов и использования древесных отходов. Так, кроме широко известных ДСП, ДВП, МДФ и прочих слоисто-стружечных материалов, изготовление которых требует сочетания механических и химических методов обработки древесины, существуют перспективные технологии получения древопластов. Последние изготавливают по технологии прессования или экструзии, изделия отличаются повышенной экологической чистотой и пониженной себестоимостью, т.к. имеют в составе древесные опилки и отходы, где связующим выступает нетоксичный полиэтилен или полипропилен, придающий изделиям стойкость к влаге, УФ-излучению, микроорганизмам, солевым растворам и др.

В целях глубокой переработки древесины рядом компаний внедрены инновационные технологии ее обработки и изготовления изделий, например ЛВЛ-бруса, в процессе непрерывного горячего прессования листовых изделий из хвойного шпона, с предварительно нанесенным синтетическим клеем.

Технологический процесс включает окорку, гидротермическую обработку, лущение шпона на высокопроизводительных линиях (18 бревен/мин), нанесение фенолформальдегидной смолы, сушку и прессование на горячем прессе с прессовочной длиной до 60 м. Остающаяся в процессе обработки мягкая сердцевина древесины применяется для производства гранул. В отличие от цельного и клееного бруса, изделия, полученные по данной технологии, отличаются прочностью и низким весом, высоким качеством и стабильностью размеров, отсутствием дефектов и значительной степенью использования древесины [4].

Механические способы в получении рельефных оттисков на древесине, в целях повышения эстетической привлекательности изделий, могут вызвать необратимое разрушение, что в сочетании с горячим прессованием может привести к потере вязко-упругих свойств. В этой связи предлагается тиснение посредством холодного прессования, с выдерживанием оптимальной глубины тиснения - 2,5 мм и последующим увлажнением поверхности для релаксации упругой деформации волокон и появления оттиска [5].

Отдельные направления исследований посвящены технологическим процессам комплексной переработки кусковых и мягких отходов лесозаготовительных, деревообрабатывающих, мебельных и др. производств. В данном случае применяют сочетание механических и химических воздействий, например, посредством измельчения в технологическую щепу и ее использования в целлюлозном и гидролизном производстве. В зависимости от качества щепы, она может использоваться также в процессах получения древесно-стружечных композитов, арболита, дубителей, канифоли, смолы, топлива, угля и пр. [6].

Химическая обработка также применяется в процессах покрытия древесины антисептиками, пропитками, лаками, красками, гидрофобизирующими препаратами. Однако в связи с запретом Евросоюза на химически обработанное дерево многие страны пришли к применению термообработки, преимущественно для ценных пород древесины. Известны современные процессы термообработки и для растущих пород древесины. Так, на примере тополя, березы, карагача и акации, применен 3 класс (наивысший) термообработки при нагреве выше 230 0 С с одновременным пропариванием модифицирующими растворами (гипохроритом натрия), что повысило устойчивость древесины к гниению, хемостойкость, стойкость к внешним воздействиям [7].

Отходы процессов деревообработки используются в сельском хозяйстве в виде добавок к кормам, подстилок для животных и удобрений. Наиболее ценной считают осиновую кору, где содержится сырой жир - 7,3 %, протеин - 2,8 %, сахар - 2,2 %, которую можно вводить в корма без дополнительной обработки [8]. Возможна дополнительная обработка древесины биологическими и механическими способами. Так, при гидробаротермической обработке коры в автоклавах изготавливают осахаренный корм. При глубокой переработке получают ценные кормовые препараты и добавки, в частности кормовые дрожжи и осиновый жир.

«Гидробаротермическая обработка древесины производится в автоклавах вертикального и горизонтального действия, в экструдерах, дефибраторах, аппаратах гиролиза и повышенного давления. Технологический процесс осахаривания включает измельчение, увлажнение, выдержку в среде насыщенного пара при высоких температурах и давлении, подготовку к скармливанию животным» [9].

Таким образом, рассмотренные в статье современные технологии обработки древесины, базирующиеся на механических, химических, биологических способах, позволяют осуществить глубокую, комплексную переработку круглого леса, включая утилизацию отходов деревообрабатывающих производств, что будет способствовать рациональному использованию лесных ресурсов.