of 67/67
UNIVERSITATEA “ŞTEFAN CEL MARE” SUCEAVA FACULTATEA DE SILVICULTURĂ Fabricarea materialelor compozite pe bază de lemn - Sinteză bibliografică pentru colocviu la disciplina INDUSTRIALIZAREA PRIMARĂ A LEMNULUI (partea a II-a) 14 Șef lucrări dr. ing. Neculai-Marcel FLOCEA

compozite material examen.pdf

  • View
    64

  • Download
    15

Embed Size (px)

Text of compozite material examen.pdf

  • UNIVERSITATEA TEFAN CEL MARE SUCEAVA FACULTATEA DE SILVICULTUR

    Fabricarea materialelor compozite pe baz de lemn - Sintez bibliografic pentru colocviu

    la disciplina

    INDUSTRIALIZAREA PRIMAR A LEMNULUI (partea

    a II-a)

    14

    ef lucrri dr. ing. Neculai-Marcel FLOCEA

  • 1

    INTRODUCERE ............................................................................................................................ 3

    I. OBIECTUL INDUSTRIEI PRODUSELOR COMPOZITE DIN LEMN. CLASIFICARE I PROPRIETI ALE PRODUSELOR COMPOZITE DIN LEMN. .............................................. 6

    1.1 Generaliti ................................................................................................................................ 6

    1.2. Apariia i evoluia materialelor compozite pe baz de lemn .................................................. 9

    1.3. Clasificarea materialelor compozite pe baz de lemn ............................................................ 11

    1.4. Tipuri de materiale compozite pe baz de lemn .................................................................... 13

    II. LISTA PRODUSELOR EXISTENTE IN DOMENIUL PLCI ......................................... 22

    Producie Investiii Caracteristici ............................................................................................ 22

    2.1. PRODUSE SIMPLE SI COMERCIALIZABILE ................................................................. 22

    2.2. PRODUSE OBINUTE PRIN RECONSTITUIRE .............................................................. 24

    2.2.1 Reconstituirea din elemente de lemn de dimensiuni mari (furnire, ipci) ........................... 24

    2.2.2 Semifabricate rezultate prin reconstituire pornind de la elementele de lemn de mici

    dimensiuni (achii, fibre) .............................................................................................................. 28

    2.3. Plci obinute prin reconstituire pornind de la alte elemente lemnoase................................. 37

    2.4. TABELUL DE COMPOZIIE AL PRODUSELOR ............................................................ 38

    2.5. TABELUL AVANTAJELOR COMPARATE ALE DIVERSELOR TIPURI DE PLCI .. 38

    III. LIANII IN INDUSTRIA DE PLCI. MARILE FAMILII DE LIANI ....................... 46

    3.1 LIANI AMINOPLASTICICI ............................................................................................... 46

    3.1.1 Caracteristici i utilizri .................................................................................................................................. 46 3.1.2 Mediul nconjurtor ........................................................................................................................................ 47

    3.2 LIANTI FENOPLASTICI ...................................................................................................... 47

    3.2.1 Caracteristici i utilizri .................................................................................................................................. 47 3.3 ALTE TIPURI DE LIANI .................................................................................................... 48

    3.3.1 Caracteristici i utilizri .................................................................................................................................. 48 3.3.2 Mediul nconjurtor ........................................................................................................................................ 49

    3.4 TABELUL LIANILOR MAI RSPNDII ...................................................................... 52

    3.5 SUBSTITUENI SI ECONOMIZORI ................................................................................... 52

    3.5.1 Lichiorurile negre de papetrie ....................................................................................................................... 52 3.5.2 Taninurile........................................................................................................................................................ 54

    IV. POTENIALUL INDUSTRIEI MATERIALELOR COMPOZITE PE BAZ DE LEMN . 54

    V. ASPECTE GENERALE PRIVIND CONSERVAREA LEMNULUI ............................... 56

    5.1 IMPORTANA, BENEFICIILE I ECONOMIA CONSERVRII LEMNULUI ............... 56

    5.2 FACTORII CARE AFECTEAZ TRINICIA LEMNULUI ............................................... 57

    5.3 LEMNUL IMPREGNAT CA MATERIAL COMPOZIT ...................................................... 57

    5.4 MSURI DE PROTECIE .................................................................................................... 59

    5.4.1 Protecia prin selecie ...................................................................................................................................... 59 5.4.2 Protecia prin proiectare .................................................................................................................................. 59

    5.5 CONTACTUL LEMNULUI CU SOLUL .............................................................................. 60

  • 2

    VI. CONSERVAREA LEMNULUI .......................................................................................... 61

    6.1 CONSERVANII PE BAZ DE GUDRON ......................................................................... 61

    6.1.1 Substane de tratare organice solubile n solveni organici. ............................................................................ 61 6.2 CONSERVANI SOLUBILI N AP ................................................................................... 63

    6.2.1 Conservani lavabili, solubili n ap................................................................................................................ 63 6.2.2 Conservani nelavabili, solubili n ap ............................................................................................................ 63

    6.3 TIPUL SOLUBILI N SOLVENI ORGANICI .................................................................... 64

    6.4 SUBSTANE CARE NTRZIE EXTINDEREA FOCULUI (SUBSTANE IGNIFUGE) 65

    BIBLIOGRAFIE SELECTIV .................................................................................................... 66

  • 3

    INTRODUCERE

    Acest elaborat a fost conceput i structurat n principal spre a satisface nevoile de cunoa-tere ale studenilor, pentru a permite o mai bun nelegere a termenilor, conceptelor, proprieti-lor materialelor compozite pe baz de lemn i a fluxurilor tehnologice din domeniul industriilor de plci i a diverselor materiale pe baz de lemn.

    Prezentul material descrie sumar diferitele tipuri de materiale compozite pe baz de lemn, materia prim utilizat n procesul de fabricaie, prezint proprietile lor, caracteristicile mai importante care le fac apte pentru diferite domenii de utilizare. n mod obligatoriu, diversitatea cunotinelor cuprinse aici face ca volumul s fie rezultatul unei sinteze bibliografice realizat din lucrri recente n domeniu dublate de informaii dobndite cu prilejul vizitelor personale i didactice n uniti de profil din Romnia precum i pe parcursul a patru vizite la trgul de profil Ligna, Hannover.

    n cele apte capitole se prezint ntr-un mod simplu i clar diferitele materiale compozite pe baz de lemn astfel nct cititorul s poat compara aceste produse ntre ele. De asemenea tot n acelai scop lucrarea prezint denumirile comerciale uzitate n ar i pe pieele internaionale ale acestui tip de produse (n limbile: romn, englez i francez) i ncearc s armonizeze aceste denumiri anglo saxone, de regul cu cele romneti consacrate pentru produse echiva-lente ale industriei mai vechi romneti de profil. Totodat se enumer principalele firme produ-ctoare de utilaje i linii tehnologice din domeniu cu citarea site-urilor acestora n vederea com-pletrii cunotinelor celor interesai, spaiul rezervat acestei lucrri fiind destul de limitat de ri-gorile impuse de timpul alocat cursului structurat n 7 lecii cu pondere egal.

    El cuprinde de asemenea o trecere n revist destul de lapidar a procedeelor de producie pentru produsele cele mai importante, a materiei prime utilizate, o descriere a celor mai nsemna-te caracteristici ale acestora, precum i o consemnare a sumelor estimate necesare investiiilor n domeniu.

    n plus, este prezentat un studiu sumar despre tipurile de adezivi utilizai pentru fabricarea produselor compozite pe baz de lemn ce include cunotine cu privire la fabricarea, transportul, prepararea, dozarea i la impactul acestor produse asupra persoanelor implicate n utilizarea lor att n postura de muncitori angajai la prelucrarea materialelor respective ct i n cea de utiliza-tori a bunurilor confecionate de primii precum i asupra mediului nconjurtor.

    Astzi cnd domeniile fabricrii i utilizrii materialelor compozite n general i a celor pe baz de lemn din cazul de fa au devenit extrem de semnificative i dinamice, oferind orizon-turi noi i interesante att din punct de vedere industrial i economic ct i din punct de vedere

  • 4

    ecologic, lucrarea se poate folosi i ca un ghid privitor la utilizarea eficient, avizat i fr ris-curi de sntate i de mediu nconjurtor a materialelor compozite pe baz de lemn.

    Gama extrem de vast a produciei acestui gen de materiale acoper astzi, prin caracte-risticile materialelor produse, nu numai nevoile moderne ale sectorului de construcii publice, industriale sau de locuit, mai ieftine, mai moderne i mai eficiente energetic, ale sectorului de fabricare a mobilierului, ambalajelor, construciei de mijloace de transport terestre, de navigaie i aeriene, dar furnizeaz i posibilitatea valorificrii economic rentabile a rmielor de fabrica-ie din alte ramuri ale industriei lemnului, din exploatrile forestiere, din industria papetar parti-cipnd la diminuarea impactului ecologic al acestor activiti.

    Spre o mai uoar nelegere i pentru fixarea cunotinelor, finalul acestui manual prezin-t sub form tabelar comparaii ntre tipurile diferite de produse compozite pe baz de lemn precum i un scurt glosar de termeni i o list de abrevieri, utile n mod egal cursanilor dar i altor interesai cu cunotine limitate n domeniu.

  • 5

  • 6

    I. OBIECTUL INDUSTRIEI PRODUSELOR COMPOZITE DIN LEMN. CLA-

    SIFICARE I PROPRIETI ALE PRODUSELOR COMPOZITE DIN LEMN. 1.1 Generaliti Materialele compozite pe baz de lemn se realizeaz dintr-o diversitate de elemente ce se obin din lemnul masiv, difereniate prin form i dimensiuni geometrice.

    Acest lucru este facilitat de tehnologii moderne care permit utilizarea tuturor prilor unui ar-bore exploatat (trunchi, vrfuri, crci, coaj), lemn cu defecte de cretere, resturi rezultate din diverse prelucrri mecanice i din reciclarea altor produse lemnoase (ambalaje, lemn de con-strucii, mobilier etc.).

    Principalele sortimente de material lemnos ce pot alctui structura compozitelor pe baz de lemn sunt prezentate succesiv n figura 1.1. Acest tabel al elementelor neperiodice cuprinde 14 elemente de baz din care 10 rezult ca deeuri inutilizabile la fabricarea cherestelei i a placaju-lui (poziiile 5-14). Elementele 7 sau 8 sunt indispensabile ns pentru producerea celorlalte ma-teriale compozite din lemn.

    O alt prezentare mult mai expresiv a gamei de sortimente de materiale lemnoase care poate constitui materia prim pentru materiale compozite este ilustrat n figura 1.2 A. Sortimentele au fost ordonate vertical n coloane, care se difereniaz de sus n jos prin scderea accentuat a lungimii de la buteni la nivelul fibrelor celulozice. Pe orizontal, de la stnga la dreapta scad dimensiunile seciunii transversale de la butean la lna de lemn (rndul 1), de la rondele la fin de lemn (rndul 2), de la fascicule de fibre la fragmente de fibre (rndul 3) i de la celuloz la derivaii chimici (rndul 4).

    Figura 1.1: Sortimentele de material lemnos pentru materiale compozite [Marra]

    Schema evideniaz cteva aspecte fundamentale: rezistena sortimentelor prezentate scade pe diagonal din colul stnga-sus spre dreapta-jos; gradul de deformabilitate al sortimentelor crete n fiecare rnd de la 1 la 4, de la stnga la

  • 7

    dreapta, acestea putnd fi uor prelucrate n forma i structura dorit; influena calitii iniiale a lemnului asupra proprietilor sortimentelor se diminueaz de la

    un rnd la altul, de sus n jos; mrimea suprafeei exterioare raportat la masa volumic crete de sus n jos i de la stnga

    la dreapta, ceea ce constituie o condiie pentru obinerea unui compozit cu proprieti superi-oare;

    sortimentele situate n apropierea diagonalei (stnga-sus pn la dreapta-jos) permit realiza-rea de materiale compozite caracterizate prin manoper redus;

    alte proprieti caracteristice sunt: deformabilitatea ridicat, scderea rezistenei raportat la masa volumic, creterea omogenitii i izotropiei.

    Figura 1.2: A. Tabloul stratificat al elementelor componente ale lemnului ca material

    compozit [Marra]

    O prezentare general a diferenelor dintre lemnul masiv i materialele compozite din lemn se poate regsi ntr-o form comprehensiv n continuare [Dunky]: A. Izotropia i anizotropia dirijat/proiectat: - anizotropia datorat direciilor de cretere n lemnul masiv se regsete clar, n special n

    cazul unor proprieti ca de exemplu: raportul rezistenelor la ncovoiere paralel cu/perpendicular pe direcia fibrelor care este de 20 pn la 50;

    - izotropia materialelor compozite rezult prin tocare, achiere, defibrare, n general crescnd prin uniformizarea, respectiv micorarea dimensiunilor materiei prime; izotropia plan se re-gsete n proprietile omogene pe cele dou direcii, n cazul plcilor compozite (fig.1.2 B);

    - anizotropia dirijat se poate realiza n cazul plcilor compozite prin orientarea achiilor sau fibrelor sau a lamelelor n cazul grinzilor stratificate.

    B. Unificarea proprietilor tehnice semnificative: - lemnul masiv prezint variaii ale proprietilor n funcie de specie, zona de origine din arbo-

    re (vrf, rdcin, coaja, album, duramen), dar i a condiiilor staionale de cretere, respectiv recoltare;

  • 8

    - materialele compozite din lemn au datorit uniformitii formei materiei prime un caracter omogen, o influen deosebit avnd ns densitatea materiei prime.

    Fig.1.2: B - Efectul structurrii i omogenizrii materiei prime lemnoase asupra sta-

    bilitii dimensionale a plcilor compozite [Marra]

    C. Limitri n utilizrile constructive: - lemnul masiv este limitat fie dimensional, fie de deschiderea total n cazul grinzilor n apli-

    caiile n construcii; - compozitele din lemn, n principiu nu sunt limitate dimensional, deschideri de 35 m i supra-

    fee de 2,2 x 50 m sunt realizabile din piese "monobloc". D. Gradul de valorificare: - reutilizarea deeurilor, reciclarea produselor degradate sau dup ncheierea duratei de via

    este posibil numai n cazul compozitelor; - valorificarea superioar a lemnului de calitate este asigurat tot prin procesele de fabricaie a

    compozitelor, de exemplu dintr-un butean de derulaj cu lungimea de 4 m i diametrul de 700 mm, la un grad de valorificare de 50% ca n cazul derulrii, rezult o suprafa furniruit echivalent cu 1/8 ha. n cazul materialelor compozite din lemn potenialul variaiei dirijate a formei, dimensiunilor

    i proprietilor .a.m.d. este prezentat succint n continuare: I. Tipul i structura compozitului, mrimea i forma elementelor structurale, numrul straturi-

    lor, gradul de omogenizare i deci indirect izotropia; II. Specia lemnoas, respectiv combinarea acestora: culoare, desen, rezisten la umiditate, con-

  • 9

    inut de coaj, materie prim reciclat, alte surse de materie prim nelemnoas; III. Rina utilizat: tipul, natura, reeta, grad de ncleiere, activarea suprafeelor etc. IV. Materialele suplimentare: substane ignifuge, hidrofuge, fungicide, izolante etc. V. nnobilarea suprafeelor: furniruirea, melaminarea, caerarea, acoperirea, alte finisri.

    VI. Combinarea cu alte materiale: compozite din lemn, metal, fibr sticl, plastic, spume etc. 1.2. Apariia i evoluia materialelor compozite pe baz de lemn

    n evoluia societii au existat i exist preocupri pentru gsirea de noi materiale i combinaii pe baz de lemn, care s conduc la diminuarea unor defecte ale lemnului masiv (higroscopicita-tea, instabilitatea dimensional, rezistena la atac foto-chimic, inflamabilitatea etc.) i s pun mai bine in valoare calitile naturale ale acestuia (densitatea sczut, prelucrabilitatea uoar, conductivitatea termic sczut, izolarea fonic ridicat, costuri relativ mici, posibiliti nelimita-te de utilizare, nepoluante etc.).

    Omenirea se strduiete de milenii s reduc instabilitatea dimensionala a lemnului, material compozit natural i n tot attea milenii a nvat s realizeze construcii logice i utile, lsnd spaiile necesare umflrii i contragerii sau impunnd "blocarea" lemnului n dimensiuni fixe.

    Utilajele i tehnologiile pentru obinerea materialelor compozite din lemn au fost puse la punct ntr-un timp ndelungat. Mecanizarea fazelor i chiar automatizarea complet a proceselor au determinat deplasarea punctului de greutate de la meteugul tradiional manual al prelucrrii lemnului la tehnologiile modeme, aproape integral automatizate.

    Arheologii dateaz cu mult timp n urm, ca prime succese ale omenirii n domeniul prelu-crrii lemnului, fabricarea lamelelor subiri din lemn. Cu 2000 de ani .e.n., meteugarii Egiptu-lui antic reueau producerea furnirului i implicit a placajului i intarsiilor. Urmtoarele gene-raii de tmplari, datorit evoluiei tehnicii, dar i a gusturilor, reuesc s taie lemnul n piese foarte subiri, cunoscut fiind deja principiul: prin reducerea grosimii, scade fora acestuia att la umflare ct i la contragere.

    Paralel cu utilizarea lemnului ca material de construcie, hrtia a fost un alt compozit datnd de la nceputurile "industrializrii" acestuia. Tot anticii egipteni au pus bazele apariiei sale prin fabricarea papirusului, n anul 105 e.n., chinezii au realizat prima hrtie din lemn n urma fierbe-rii pn la "dezintegrarea" prii interioare a cojii de dud. Pasta rezultat era mrunit, amesteca-t cu ap, "turnat" n forme i apoi uscat ca foi fibroase. Cu toate acestea, numai n anul 1799, n Frana, a putut fi patentat prima main, care a produs industrial i continuu hrtia.

    Furnirele iniial s-au confecionat manual prin ferstruire i apoi mecanizat cu circulare i gatere speciale. Numai n anul 1818 a fost patentat primul derulor n vederea producerii furnire-lor tehnice. Prima main de tiat plan pentru realizarea furnirelor estetice a fost pus in funciu-ne n anul 1870. Aceste dou invenii: derulorul i maina de tiat plan, cu modernizrile i evo-luiile tehnice corespunztoare sunt folosite i astzi la fabricarea furnirelor. n anul 1934 au fost perfecionate sistemele de adezivi bazai pe rini sintetice rezistente la ap, care au fcut posibi-l realizarea placajului de uz exterior.

    Placajul i panelul permit regsirea structurii lemnului n plan i o prelucrare asemntoare cu structurile din lemn masiv (fig.1.2).

    Plcile din achii de lemn. Originea plcilor din achii de lemn, tip PAL, se afl n spaiul german. Prima menionare despre realizarea unor asemenea plci este fcut n anul 1887, cnd Hubbard a realizat aa-zisul "lemn artificial" din fin de lemn amestecat cu cleiuri albuminice solidificate sub aciunea temperaturii i presiunii. Kramer obine n anul 1809 un patent german pentru metoda sa de ncleiere plan a achiilor pe suport din estur de in, pe care apoi le-a stra-tificat i ncleiat, ca n cazul placajului, cu orientare perpendicular alternativ. Watson (SUA) pune la punct In anul 1905 o metod de producere a unor placi din particule subiri din lemn.

  • 10

    Acest patent st la baza realizrii plcilor din achii late (eng. flake), care cunosc n ultimele de-cenii pe teritoriul Americii de Nord o utilizare deosebit. Beckmann (Germania) propune, n anul

    Figura 1.3: Plci compozite din lemn: a - PAL extrudat, mulat, standard [Maloney] b - Plci din lemn standard, laminat, imprimat, fonoabsorbant [Siempelkamp.

    Bison]

    1918, o tehnic de fabricare a plcilor stratificate cu miez din achii sau fin de lemn i cu fee din furnire, predecesor al produsului cunoscut astzi drept PAL furniruit sau placaj cu miez din achii (eng. Com-Ply). Freudenberg (Germania) amintete n anul 1926 despre utilizarea to-cturii fine de lemn ncleiat cu adezivii atunci existeni n vederea obinerii unor plci. Nevin (SUA) recomanda n anul 1934, amestecarea finii de lemn i achiilor cu adezivi i ntrirea sub

  • 11

    aciunea temperaturii pentru producerea de plci. Antoni (Frana) realiza, n acelai an, plci re-zultate dintr-o combinaie ntre fibre, particule i achii de lemn, ncleiate cu rini tip ureo- sau fenol-formaldehidice. Samsonow (Frana) recomanda, n anul 1935, utilizarea unor fii de furni-re, dispuse n straturi cu orientare perpendicular, rezultnd plci din achii structurate asemn-toare produselor actuale (eng. OSB). i Satow (Japonia) obine n anul 1935 un patent american cu privire la fabricarea unor plci din achii lungi de 75 mm (eng. strands), orientate care s mic-oreze deformaiile. Roher (Germania) discuta n acelai an despre posibilitile lipirii pe straturi-le de miez din furnire a unor particule din lemn ncleiate, ntr-o singur operaie de presare. Carson (SUA) pune n funciune n 1935 o linie de fabricaie pentru producerea PAL. In 1936, Loetscher (SUA) aducea prin patentul su referine interesante despre producerea PAL n regim automat Chappuis (Elveia) descrie, n anul 1937, producerea plcilor din achii uscate prin apli-carea unor rini sub form de pulbere tip bachelit. Un alt elveian Phol prezenta, ntr-un patent din anul 1936, posibilitatea utilizrii unor fii de furnire lungi, care astzi i gsesc utilizarea la fabricarea structurilor materiale compozite portante (eng. LVL). n timpul celui de al 2-lea Rz-boi mondial, cnd producia de rini sintetice a fost perfecionat, s-au realizat i primele ncer-cri pentru fabricarea industrial de PAL. Prima producie de PAL s-a realizat n anul 1946 cu utilaje tip Novopan, legate direct de numele Fahrni. Kreibaum (Germania) a produs ntre anii 1947-1949 primele plci din achii extrudate, care i gsesc i astzi deplin utilizare n indus-tria uilor (fig.1.5). Utilizarea preselor etajate sau continue a fost urmtoarea etap n dezvoltarea tehnologiei de fabricare a PAL, care n scurt timp a cucerit i pstrat supremaia pe piaa materia-lelor compozite din lemn.

    Domeniul plcilor compozite ligno-celulozice a cunoscut ncepnd cu anii 1950 o evoluie fr precedent Posibilitatea confecionrii achiilor i fibrelor cu dimensiuni i geometrii diversi-ficate, utilizarea de noi tipuri de rini sintetice, de tehnologii moderne i utilaje specializate, fiabile, parial sau complet automatizate au creat baza necesar "exploziei" materialelor compo-zite din lemn, care a determinat apariia unei noi ere, nu numai a plcilor, dar i a altor produse din lemn i alte materiale. 1.3. Clasificarea materialelor compozite pe baz de lemn n industria lemnului, n mod curent, se folosete termenul de "material compozit" pentru struc-turi ncleiate, clasificate, n urmtoarele grupe (fig.1.4) [Bodig]: 1. Produse din lemn masiv (materiale compozite naturale)

    - necomprimat: cherestea, furnir, toctura etc.; - comprimat: plci din lamele uni- sau triplustratificate etc.;

    2. Produse din lemn modificat impregnat pentru prezervare, ignifugat, lemn impregnat cu rini sintetice, tratat chimic, iradiat;

    3. Produse stratificate din lemn: - grinzi presate paralel din: cherestea (GluLam), furnire (MicroLam, PSL), fii de furnire

    paralele (Parallam, PSL), lemn subire zdrobit i ncleiat (Scrimber); - placaje presate perpendicular de uz general i speciale, plci aglomerate furniruite

    (ComPly);

    - armate cu inserii; tip "sandwich", mbinate prin legturi mecanice; 4. Produse aglomerate din lemn:

    - din achii: PAL, plci speciale din achii (OSB, flake sau waferboard), grinzi din achii lungi orientate (PSL);

    - din fibre prin procedeul umed PAF (poros) i PFL (dur); - uscat cu densitate sczut (LDF), medie (MDF) i ridicat (HDF)

    5. Produse din fibre de lemn: hrtie; ranforsate cu alte materiale (plastic).

  • 12

    Figura 1.4: Grinzi compozite stratificate din lemn cu seciune i geometrie variabil

    [Bodig]

    Apariia structurilor compozite din achii i fibre de lemn s-a datorat unei cerine acute de mate-rial lemnos cu proprieti fizico-mecanice superioare. Creterea rapid a cererilor de noi materia-le pe baz de lemn, se datoreaz n primul rnd nivelului ridicat al performanelor impuse acesto-ra (rezistene maxime, elasticitate, greutate redus i varietate dimensional), dar i tendinei de economisire i utilizare raional a resurselor de mas lemnoase (tab.1.1.3).

    Tabelul 1.1 Dimensiunile principalelor elemente pe baz de lemn din construcia materialelor compozite [Marra]

    Tipul elementului din lemn Lungimea

    mm Limea

    mm Grosimea

    mm Materialul compozit

    Cherestea 1,2-6,0 m 100-300 12-48 Grinzi i arce

    Furnir 1,2-2,4 m 100-1220 0,5-12 Placaj i LVL

    Achii ptrate groase (wafers) 25-75 25-75 0,6-1,3 Wafeboard

    Achii ptrate subiri (flakes) 12-75 12-75 0,3-0,6 Flakeboards

    Achii lungi (strands) 12-75 4-25 0,3-0,6 OSB

    Achii fine 6-75 0,1-0,6 0,1-0,6 PAL

    Particule 1-12 0,1-1,3 0,1-1,3 PAL

    Fascicule de fibre 1-25 0,1-0,5 0,1-0,5 PFL, MDF

    Fibre 1-6 0,03-0,08 0,03-0,08 Hrtie

    Celuloz i lignin - Molecular - Mase plastice, filme,

    etc.

    Tabelul 1.2 Producia de plci compozite din lemn n Europa n perioada 1995 2000 [HZB01, EPF01]

    [milioane m2] 1995 1996 1997 1998 1999 2000

    PAL 28,8 29,0 31,6 32,2 32,9 36,1

    OSB 0,3 0,4 0,7 0,8 1,0 1,2

    MDF 3,8 4,5 5,5 6,3 7,1 9,0

  • 13

    Placaj 2,4 2,5 2,6 2,6 2,9 3,0

    PFL (umed) 1,7 1,7 1,6 1,7 1,7 1,7

    TOTAL 37,0 38,1 42,0 43,6 45,6 51,0

    Cherestea 117,8 113,3 116,1 120,3 121,1

    Materialele compozite din lemn sub form de plci sunt structuri nlocuitoare produselor din lemn masiv, calitativ superioare, dar mai ales produse care printr-o tehnologie de vrf implemen-tat, amelioreaz proprietile fizico-mecanice ale lemnului, iar defectele acestuia sunt diminuate sau parial eliminate.

    nglobarea lemnului n materialele compozite conduce la: - omogenizarea structurii sale; - uniformizarea caracteristicilor proprii ale principalelor direcii de cretere; - mbuntirea calitii suprafeelor; - controlul proprietilor fizico-mecanice; - posibilitatea proiectrii produselor n funcie de destinaia final a acestora. 1.4. Tipuri de materiale compozite pe baz de lemn

    I. Produsele din lemn masiv - considerate a fi printre primele materiale compozite natu-rale se regsesc in piese de diverse forme i dimensiuni. Tehnologia de fabricaie, tipurile i clasificarea acestora constituie obiectul altor discipline i lucrri de specialitate [Bularca, Ene, Kollman. Lugojanu, Popa, Rmbu. Sburlan etc.].

    II. Produsele din lemn modificat - constituie un domeniu distinct, interdisciplinar, com-plementar ntre studiul, tehnologia i chimia lemnului, dar i al polimerilor, chimiei industria-le etc. Produsele din lemn modificat se caracterizeaz prin: stabilitate dimensional ridicat, rezisten la atac bio-foto-chimic, durabilitate mrit la ageni mecanici i termici etc., pro-prieti care le confer o plaj larg de utilizri. Att n ar ct i n strintate exista centre de cercetare, care au ca obiectiv al investigaiilor lemnul modificat [Enescu, Lazniczack. Mi-hai, Petrovici, Rowel. Timar, Wegener, Youngquist, etc.].

    n categoria lemnului modificat se pot ncadra o multitudine de materiale la baza crora stau operaii ca:

    * Impregnarea n scopul prezervrii a fost determinat de distrugerile rapide provocate n anumite condiii de ctre ciuperci, insecte etc. Prin impregnarea cu soluie pe baz de creozot, pentaclorfenol i de polimeri solubili n ap, se prelungete durata de via a lemnului n structuri portante ca: traverse, stlpi, ambarcaiuni etc. Metodele i procedeele de tratament sunt diverse: prin pensulare, imersie, aplicare sub presiune i temperatur sau vid i de regul prin impregnare se realizeaz o fixare a substanei n structura lemnului i nu o reacie chimic cu constituenii acesteia.

    * Ignifugarea pentru a reduce inflamabilitatea (combustibilitatea) sporit a produselor din lemn cu dimensiuni reduse impune tratarea acestora cu substane chimice ignifuge, urmnd ace-leai metode ca la impregnare, ns cu alte tipuri de substane (arseniat de cupru, de crom, cromat de cupru etc.).

    * Impregnarea cu rini sintetice se realizeaz prin introducerea n structur a monomeri-lor cu dimensiuni reduse (metilmetacrilat, stirol, epoxizi) pn la nivelul membranei celulare, iar apoi catalizarea reaciei de polimerizare se asigur prin nclzirea structurii la diferite temperaturi prin: convecie, CIF, microunde i iradiere. Produsele realizate prin aceast metod se comercia-lizeaz sub denumirea de impreg. Pentru a mri gradul de impregnare n timpul procesului se poate realiza o comprimare a pieselor de lemn n direcie paralel cu fibrele, rezultnd astfel o densificare i durificare a produselor, denumite compreg. Impregnarea cu rini sintetice deter-min o cretere pronunat a stabilitii dimensionale a lemnului, dar simultan genereaz o uzur rapid a sculelor datorit abrazivitii i duritii ridicate.

  • 14

    * Tratarea chimic cu diferite substane (soluii amoniacale) se caracterizeaz prin propri-eti fizice direct dependente de natura i cantitatea acestora, dar i condiiile de tratare. Defibra-rea lemnului tratat chimic este efectul caracteristic al acestui procedeu, contrar acetilrii prin care se produce "blocarea" gruprilor OH ale celulozei i astfel reducerea higroscopicitii.

    * Iradierea cu raze gama la un nivel relativ sczut realizeaz o modificare a legturilor dintre constituenii structurali i chimici ai lemnului, conferindu-i acestuia o mai mare stabilitate dimensional.

    Dac lemnul "modificat" prezint, n funcie de tratamentul la care este supus, o serie de avantaje amintite anterior, exist totui o serie de inconveniente cu privire la: degradarea structu-rii naturale, coroziunea, toxicitatea accentuat nu in ultimul rnd echipamente speciale i cos-turi ridicate.

    III. Produsele stratificate din lemn prezint o diversitate tipo-dimensional foarte mare precum i o pondere diferit n utilizrile industriale.

    A. Produse stratificate din elemente cu fibrele orientate paralel sunt prezente n aplicaiile industriale prin structurile:

    - Grinzi stratificate din cherestea ncleiat, Glue Laminated Timber (GLT) denumite co-mercial i Glulam au fost concepute i fabricate pentru prima data n Elveia (1893). Acestea sunt realizate din lamele de aceeai grosime mbinate pe lungime i lime prin ncleiere. Avantajul major al acestor structuri compozite este creterea rezistenei i rigiditii, fapt ce permite realiza-rea de structuri cu deschideri mari i capaciti portante mrite (fig.1.5 A).

    Fig.1.5: Grinzi compozite stratificate: A - din cherestea: a - cap la cap drept; b - n dini: c - cap la cap nclinat Glulam [Schniewind]; B - din furnire i fii: a - LVL: b - Parallam: c - ComPly: d - grinda I; e - mbinarea Parallam cu uruburi; f - diverse aplicaii Parallam

    [Truss Joist MacMillan Blodel]

  • 15

    - Grinzi stratificate din furnire ncleiate, Laminated Veneer Lumber (LVL) au fost reali-zate imediat dup fabricarea industrial a rinilor sintetice (1940), avnd prima utilizare n in-dustria aeronautic, iar din 1970 i gsesc o larg aplicare n construcii, n componentele grinzi-lor cu zbrele, n special pentru elementele supuse la ntindere. Sunt realizate din foi de furnire avnd aceeai orientare a fibrelor, ncleiate cu adezivi fenolici dup o tehnologie similar celei de fabricare a placajului sau mai modern n prese continue cu nclzire n cureni de nalt frec-ven n special pentru piesele cu grosimi mari (fig.1.5 B). Din acest motiv, produsul este denu-mit n limbajul comercial internaional i Parallel Laminated Veneer (PLV), adic grinzi stratifi-cate din furnire ncleiate paralel. Grinzile stratificate din furnire ncleiate (LVL) se caracterizeaz prin rezistene i rigiditi performante i costuri de producie reduse, datorit valorificrii supe-rioare a materiei prime inferioare, gsind o larg utilizare n construcii la realizarea grinzilor I sau cu zbrele din structura portant a acoperiurilor, podurilor i mijloacelor de transport. De asemenea LVL este folosit n structurile din medii agresive (umiditate, temperatur, substane chimice ele.) i se realizeaz din furnire impregnate n prealabil cu substane de protecie (igni-fuge, fungicide, hidrofuge etc.), ncleiate cu rini speciale pe baz de melamin, rezorcin sau izocianai i protejate In final cu diferite pelicule.

    - Grinzi din fii de furnire ncleiate, Parallel Strand Lumber (PSL). Acest produs este o realizare relativ recent din SUA (1990), cunoscut sub denumirea comercial consacrat Parallam. Se obin din fii de furnire orientate paralel, rezultate ca resturi la fabricarea furnirelor estetice i tehnice (12 x 2500 mm), ncleiate cu adezivi fenolici i presate la cald continuu (fig. 1.5). Valorile performante permit utilizarea acestui material la fabricarea structurilor mecanice

    puternic solicitate (grinzi, stlpi etc.). - Grinzi din fii de furnire ncleiate, PSL 300 sunt tot o realizare recent american, ca-

    re se fabric analog, cu deosebirea c se utilizeaz fii de furnire cu dimensiuni reduse (0,8 x 25 x 300 mm), ncleiate cu adeziv de tip izocianat. Problemele ridicate la presarea pachetului de furnire cu dimensiuni mari au fost soluionate prin folosirea procedeului de presare cu injecie de abur. Acest sistem de presare a permis totodat obinerea unor structuri cu dimensiuni notabile (25-145 mm x 2,4 x 10.7 m), n condiii economice avantajoase.

    - Scrimber este un nou produs stratificat realizat n 1980 n Australia prin ncleierea mate-rialului rezultat din zdrobirea ntre role a butenilor i crcilor foarte subiri. Iniial, elementele rezultate sunt uscate, apoi ncleiate i aezate n forme, iar n final consolidate prin presare la cald. Varianta japonez recent lansat pe pia poart denumirea comercial de Zephyr. Aceste produse se utilizeaz ca material de construcii cu proprieti termoizolante i fonoabsorbante. B. Produse stratificate din elemente orientate perpendicular cuprind: - ca element reprezentativ placajul cu ndelungata sa istorie ca material compozit pe baz de

    lemn (fig.1.5 A). Diversitatea structural i tipo-dimensional, speciile lemnoase, rinile i celelalte materiale ce pot face parte din structura acestuia sunt prezentate detaliat ntr-o serie de lucrri de prestigiu din domeniu [Boldwin, Istrate, Kollman, Mitior, Seller etc.]. La nivel mondial se constat surprinztor o scdere semnificativ a produciei de placaje de la 48 % din producia total de plci n 1970 la 40 % n anul 1993 i n anul 2000 cu o pondere de numai 31 % (tab. 1.1.3 i 1.1.4).

    - Lemnul stratificat-densificat (LSD) este un produs realizat, dup o tehnologie asemntoa-re placajului, din furnire de foioase tari sau esene exotice cu grosimi ncleiate cu rini feno-lici (pulberi i filme), realizat la presiuni i temperaturi nalte, atingndu-se astfel densiti de 1,3-1,4 g/cm

    3 i grosimi de 4-100 mm. Acest produs se caracterizeaz prin rezistene mari la

    traciune, compresiune, ncovoiere i stabilitate dimensional ntr-un cmp larg de tempera-turi. De asemenea LSD prezint rezisten la coroziune i substane chimice, caracteristici ca autoungerea, duritatea i rezistena la uzur, izolare termic, electric. Domeniile ele utilizare

  • 16

    ale LSD se regsesc n industria modelriei, constructoare de maini, turntoriei, alimentar, transporturi, etc. (fig. 1.6 A).

    C. Plci i grinzi cu fee din furnire i miez din achii orientate uni- sau multistratificate (Com-Ply). Aceste produse au aparul in anul 1970 i in funcie de destinaie pot fi concepute ca plci sau grinzi. Plcile au cte un singur strat de furnir dispus pe ambele fee ale unui miez realizat din achii orientale dispuse perpendicular pe direcia fibrelor lemnului (furniru-lui) (fig.1.6 B). Grinzile care necesita performane superioare, au feele realizate din mai multe straturi de furnire sau placaje cu fibrele orientale paralel cu axa grinzii, iar structura

    miezului poale fi uni- sau multistrat din achii speciale (flakes). Domeniul de utilizare al acestor materiale este n construcii, la fabricarea panourilor i grinzilor orizontale supuse ac-iunii unor sarcini normale pe suprafa.

    Figura 1.6: A - Placaje i produse din lemn stratificat-densificat [OBO]; B - Com

    Ply: plac cu miez din achii orientate i fee din furnire [Maloney]

    D. Structuri armate cu inserii sunt realizate n general din mai multe straturi de furnir, fibre sau achii ntre care se introduc inserii sub form de esturi, fire, fibre, reele, folii i foi din diferite materiale (metale, mase plastice, materiale organice i anorganice). Avantajele ce re-zult n urma armrii constau n creterea rezistenei la ncovoiere, a rigiditii, stabilitii uni- sau bidimensionale, n condiiile meninerii sau scderii greutii. Pot apare ns o serie de inconveniente ca:

    - incompatibilitatea ntre materialele structurii, care genereaz fenomenul de delaminare; - prelucrabilitatea dificil i implicit uzura rapid a sculelor; - ngreunarea reciclabilitii produsului.

    Datorit costurilor relativ ridicate aceste structuri i gsesc aplicabilitate numai n domeniile de vrf: construcii aero-spaiale, industria transporturilor i electrotehnic. E. Produse stratificate din lemn tip "sandwich" se regsesc nc din secolul al XIX-lea sub

    forma panelului, structura alctuit din miez discontinuu sau continuu realizat din ipci para-lele, ncleiate ntre ele pe canturi i acoperite cu fee din furnire groase sau placaje. Structuri-le de tip "sandwich", cunoscute i sub denumirea de plci celulare suni realizate din miez i dou fee cu sau fr rame. Miezul poate fi realizat din diferite materiale cu densitate redus, covoare din achii sau fibre, fagure de hrtie, spume poliuretanice etc., avnd att rolul de a menine grosimea constant ntre fee, dar i funcii fonoabsorbante, termoizolante, hidrofu-

  • 17

    ge, antiradiaie i siguran (fig. 1.3). Feele pot fi realizate din foi de furnir, placaje, PAL, MDF i alte plci subiri din lemn, foi metalice, plastice etc. Feele asigur rezistena i rigi-ditatea structurii i protejeaz produsul la aciunea agenilor mecanici, termici i de mediu. Structurile de tip "sandwich" cunosc o gam larg de ntrebuinri n construcia mobilierului de diferite destinaii i n construcia planeelor, panourilor, podelelor, n industria transpor-turilor, industria alimentar, ambalaje, etc. (fig. 1.7)

    F. Plcile lamelare stratificate sunt un produs compozit nou aprut datorit perfecionrii tehnolologiei de debitare-spintecare, mbinare, ncleiere care tinde s nlocuiasc plcile din lemn masiv i panelul, datorit costurilor sczute, designului plcut, dar mai ales prelucrabili-tii superioare.

    G. Produse stratificate din lemn mbinate prin legturi mecanice se realizeaz difereniat n funcie de tipul laminatului, destinaia acestuia i performanele proiectate. Tipul mbinrii mecanice cu cuie, boluri, uruburi, agrafe etc. este impus de rezultatele analizei capacitii portante, forma i natura materialelor componente i designul dorit. Cele mai frecvent ntlni-te structuri compozite cu elemente de mbinare mecanice, sunt cele din construcii sub form de grinzi, panouri, stlpi, perei etc. Un tip de grind deseori utilizat n lume este ntlnit i sub denumirea comercial Steelam, realizat din cherestea mbinat i armat cu benzi meta-lice zimate.

    Figura 1.7: Structuri compozite sub form de plac tip Sandwich cu miezul din: 1

    - tala; 2 - ipci; 3 - fagure hrtie; 4 - carton ondulat; 5 - spume poliuretanice; 6 - stiropor; 7 - balsa; 8 - tuburi; 9- PAL; 10 - Panel; 11 - rame; 12 - ram i fagure

    hrtie; 13 - grind chesonat [Holz-Lexikon]

    IV. Produse aglomerate din achii de lemn constituie categoria de materiale compozite din lemn cu cea mai mare pondere din producia industrial la nivel mondial. Exist dou ti-puri distincte de astfel de produse, pe baz de achii i pe baz de fibre din lemn. - Produsele aglomerate din achii de lemn, cunoscute generic sub denumirea de PAL,

    ocup peste 40 % din producia mondial de plci compozite din lemn, cu tendine de cretere n cazul plcilor speciale tip OSB (fig.1.7 i tab. 1.8). Prezentarea utilajelor, tehnologiilor i a pre-lucrrii materiei prime precum i a proprietilor i domeniilor de utilizare a plcilor lip PAL este

  • 18

    realizat n detaliu ntr-o serie de lucrri fundamentale [Bularca, Deppe, Istrate, Klaudilz, Kollmann, Malloney, Marra, Mitior, Rmbu, Schniewind]. n evoluia PAL, o etap nou o con-stituie apariia structurilor de tip: OSB, "Waferboard" i "Flakeboard", caracterizate prin achii rectangulare cu geometrie i dimensiuni special definite i individualizate, cu sau fr orientare structural.

    - Plcile din achii lungi orientate, Oriented Strands Board (OSB) i-au gsit utilizarea n SUA, ca nlocuitor al placajului. Achiile ce intr n structura acestor plci se obin din buteni de foioase moi sau de rinoase, prin achiere tangenial n achietoare centrifugale sau cu disc Dimensiunile optime ale achiilor lungi (strands) sunt: lungimea 20-60 mm, limea 10-25 mm i grosimea 0,3-0,6 mm. Structurile OSB tristratificate au miezul format din achii cu dimensiuni reduse i feele din achii lungi dreptunghiulare, orientate paralel cu axa longitudinal a plcii (fig.1.8). Volumul mare al produciei mondiale de plci OSB, n 1999 aproximativ 19,0 milioane m

    3 (capacitatea de cca. 22,0 milioane m

    3 n anul 2000) se datoreaz domeniului de utilizare al

    acestora, cu predilecie n construcii (perei exteriori-interiori, tavane, duumele, scri, elemente n grinzile stratificate etc.) i a impus apariia unor norme specializate, distincte celor pentru PAL sau placaje (EN 300, A 208.1-1979 i CAN 3-04314.0/1985).

    Figura 1.8: Structura i utilizarea plcilor OSB [USFPL. Siempelkamp]

    - Plci din achii de lemn rectangulare subiri, Flakeboard se difereniaz de plcile OSB prin forma i mrimea achiilor. Raportul dintre limea l lungimea achiilor este de 1:1 pn la 2:1, iar grosimea achiilor denumite "flakes" este mai mic dect a furnirelor uzuale (sub 1 mm).

    - Plci din achii de lemn rectangulare groase, Waferboard sunt asemntoare ca struc-tur plcilor de tip "Flakeboard". Deosebirea const n forma achiilor care sunt ptrate cu latura de 30 - 70 mm i grosimi mari de peste 1 mm. Comparativ cu OSB, acest tip de plci se caracte-rizeaz prin valori mai reduse ale rezistenelor. Fa de placaj ns, gradul de utilizare al materiei prime n cazul acestor plci este net superior. Domeniile de utilizare se suprapun cu cele ale pla-cajului de exterior, respectiv n construcii.

    - Grinzi din achii lungi orientate, Oriented Strand Lumber (OSL), se fabric cu acelai tip de materie prim i tehnologie ca OSB, difereniindu-se numai forma produsului final tip

  • 19

    grind i orientarea paralel a tuturor achiilor pe direcia axei acesteia. Utilizarea principal a acestor produse este sub form de grinzi n structura portant a acoperiurilor.

    V. Produse aglomerate din fibre de lemn , cunoscute generic prin prescurtri ca PFL/ MDF/HDF, pe plan mondial ocup locul al 3-lea dup PAL i placaje, n Europa s-au produs n anul 1995 cca. 3,8 milioane m3, iar n anul 2000 peste 9,0 milioane m3 (tab. 1.3). Plcile din fibre de lemn sunt prezentate detaliat ca tehnologie i proprieti n lucrri de referin (Barbu, Bularca, Deppe, Istrate, Kollmann, Malloney, Marra, Mitior, Schniewind, Soine].

    Tabelul 1.3. Producia mondial de plci compozite din lemn [FAO, HZB, Siemplekamp 01]

    Tip plac [milion m

    3]

    1996 1997 1998 1999

    Mondial Mondial Mondial Mondial Europa N-America Asia

    PAL 54 56,3 56,2 58,6 32,9 11,1 7,2

    OSB 13,5 15,7 17,3 18,8 1,0 17,8 0

    MDF 9,7 11,7 12,9 15 7,1 3,9 4,0

    Placaj 54,7 53,9 51,8 50,9 2,9 17,8 24,1

    PFL (umed) 7,1 7,6 7,6 7,7 1,7 ? ?

    TOTAL 139 145,2 145,8 151 45,6 50,6 35,3

    * Produse aglomerate din fibre i achii de lemn iniial cercetate i realizate la scar pilot ntre anii 1970-1980 au fost realizate pentru prima dat la nivel industrial n 1999 n Portugalia. Echipamentul industrial permite producerea cu ajutorul aceleai prese continue att a PAL (1.400 m

    3/zi) sau MDF (600 m

    3/zi) sau noul produs superPan sub form de plac cu miez din achii i fee din fibre (1-2 mm) [Jomar/MDF99]. Avantajul acestui nou tip de plac este posibilitatea finisrii directe a suprafeelor, densitatea redus, consum de adeziv sczut n condiiile unei ca-paciti de mulare superioare.

    Figura 1.9: Produse mulate din furnire, achii i fibre din lemn [Marra, Holz-

    Lexikon]

  • 20

    * Produse aglomerate mulate din fibre i achii de lemn. Spre deosebire de procedeele clasice de realizare a structurilor din lemn, caracterizate prin forme de baz: rame, panouri, cutii etc., prin procedeul de mulare se poate realiza o gam impresionant de forme. Obinerea produ-selor de configuraie complex, caracterizate de suprafee plane i curbe, se poate realiza cu con-sum sporit de energie i manoper prin modificarea formei geometrice naturale a lemnului.

    O alt cale mult mai facil din punct de vedere a manoperei, al consumului de materiale i energie, care permite realizarea unor forme de mare complexitate, o constituie mularea lemnului

    de mici dimensiuni, sub form de furnire, achii, fibre sau fin. O dat cu scderea dimensiuni-lor lemnului crete gradul de omogenitate, respectiv izotropia i implicit se mbuntete capaci-tatea de mulare. n cazul furnirelor, raza minim de curbur este direct dependent de grosimea acestora, iar meninerea formei finale se realizeaz cu un consum adecvat de adeziv. n mod si-milar, pentru produsele mulate din achii i fibre, cu configuraii complexe, sunt necesare canti-ti mai mari de rini care, sub aciunea presiunii i temperaturii ridicate, consolideaz structura in forma dorit (fig. 1.9).

    n cazul plcilor mulate din fibre de lemn exist tehnologii specializate, Lignotock i Presstock, bazate pe ncleierea fibrelor n cadrul procedeului uscat cu rini termo- i duroplaste, transportul sub forma unor covoare decupate, prepresate la rece i presarea la cald cu rcire sub presiune n prese avnd platanele sub forma dorit [Nicolay - Weyerhaeuser].

    Ideal este ca lemnul divizat la dimensiuni foarte reduse s fie supus unor tratamente fizico-chimice prin care s se activeze i constituenii si chimici de baz (lignin), care s realizeze adeziunea necesar meninerii formei complexe impuse prin mulare. Dale referitoare la procesul de mulare se regsesc n lucrrile de specialitate (Bodig, Mana, Mitior, Petrican, Lambert].

    VI. Materiale compozite din fibre de lemn sunt reprezentate i de hrtie i structurile rezultate din amestec cu plasticul.

    * Hrtia se obine din fibre lemnoase individuale, n mnunchiuri sau fragmente uniformi-zate la aceeai lungime, rezultate n urma defibrrii chimice, termo-chimice i/sau mecanice.

    * Materiale din fibre de lemn ranforsate cu plastic, reprezint pe plan mondial un do-meniu relativ nou al cercetrilor. Se pot realiza combinaii ntre lemn sub form de achii fine, fibre i particule, pe de o parte i mase plastice de tip polietilen (PE), polipropilen (PP) .a., pe de alt parte, n diferite stri de agregare i forme (solid ca pulberi sau fibre i lichid), folosind tehnologii cunoscute n industria maselor plastice (injecie, extrudare). Exemple concrete sunt prezentate n lucrri reprezentative [Bodig, Marra, Rowell, Schniewind, Youngquist etc.].

    * Materialele compozite din fin de lemn rezult n urma amestecului intim cu polime-rii, ca un material omogen. Cercetri intense ntreprinse n Japonia i SUA ncearc polimeriza-rea peretelui celular n aa fel nct legturile la nivel molecular s devin stabile i rezistente [Youngquist].

    Prezentarea comparativ a principalelor plci compozite din lemn din punct de vedere al ti-pului de materie prim utilizat al procesului de fabricaie i greutii specifice este redat suges-tiv n figura 1.10.

  • 21

    Figura 1.10: Clasificarea plcilor compozite din lemn [Suchsland]

  • 22

    II. LISTA PRODUSELOR EXISTENTE IN DOMENIUL PLCI Producie Investiii Caracteristici

    2.1. PRODUSE SIMPLE SI COMERCIALIZABILE Este vorba despre produse din lemn obinute prin maxim dou operaii: - operaie de tiere. - operaie de uscare

    (Procesul de fabricaie poate implica i o operaie de finisare dar care nu este indispensabil). Acest tip de produse poate fi comercializat n stare neprelucrat, fiind produse semifinite.

    n grupa acestor produse vom descoperi mai ales produse de tipul furnirelor dar i a lamelelor pentru ambalaje sau alte utilizri. Din grupa acestor produse menionm furnirele.

    2.1.1 Furnire obinute prin derulare: furnire tehnice Furnirele tehnice (eng. , fr. placage) sunt n principal destinate fabricrii placajelor dar i panelurilor, elementelor (lamelelor de ambalaje diverse) etc..

    2.1.2. Furnire obinute prin tiere plan (decupare): furnire estetice Furnirele estetice (eng. , fr. ) sunt considerate produse decorative. Principala lor utilizare

    va fi acoperirea (placarea) produselor din lemn reconstituit, panel, plcile din achii, din fibre de exemplu.

    2.1.3. Producia Producia de furnire se realizeaz fie prin debitare (eng. , fr. sciage), fie prin derulare (eng. peeling, fr. droulage), fie prin decupare (eng. , fr. tranchage): tiere plan, derulare excen-tric sau conic. Debitarea (tierea n lung cu fierstrul) este metoda cea mai veche, asemntoare celei prin care se obine cheresteaua, i nu mai este practicat la nivel industrial actualmente. Derularea, la fel ca i tierea plan (decuparea) sunt operaii de prelucrare primar a lem-nului din grupa celor fr producere de achii. Produsul rezultat prin tiere este produsul semifi-nit, furnirul.

    n cazul derulrii centrice, maina unealt utilizat este maina de derulat (derulorul, eng. , fr. drouleuse) iar produsul rezultat este furnirul tehnic utilizat n principal la producerea placa-jelor aa cum s-a mai artat. Piesa de lemn rotund (butucul) este aezat centrat ntre dou grife i antrenat ntr-o micare de rotaie de ctre acestea. Un cuit de mari dimensiuni, la contactul cu butucul, desprinde lemnul sub form de achii plane late foile de furnir. Operaiunea de derula-re este continu i se aplic atta vreme ct butucul rmas permite (dimensional sau calitativ vorbind) sau, din punct de vedere mecanic, ct mai este posibil s se extrag furnirul (limitri impuse de ctre ansamblul cuit-contracuit i de dimensiunea grifelor).

    Operaiunea de derulare este relativ simpl necesitnd din partea muncitorului ce acio-neaz maina unealt (derulorul) o bun cunoatere a mainii, a caracteristicilor calitative ale lemnului prelucrat i a produselor rezultate (furnirele tehnice).

    Astzi deruloarele pentru furnire tehnice sunt maini-unelte tot mai sofisticate. Parametrii de tiere ai operaiunii de derulare propriu-zise cum ar fi: viteza de rotaie a butucului, poziiona-rea cuitului plan i a barei de presiune i nu numai sunt controlate de ctre un calculator.

    O operaiune extrem de important la derulaj este centrarea butucului. Iniial, centrarea se executa manual, astzi ns sisteme informatizate permit optimizarea centrrii (pe cale optic, mecanic sau mixt), poziionarea ideal a butucului i, astfel, optimizarea randamentului (ma-ximizarea volumului util) realiznd i o reducere substanial a timpilor utilizai pentru realizarea operaiei.

    n cazul tierii plane (decuprii) realizat n vederea obinerii furnirelor estetice, maina-unealt ntrebuinat efectueaz tieturi succesive, executate fie dup traiectorii rectilinii fie cur-

  • 23

    be. Piesa de lemn rezultat prin fasonare (sub form de butuc, prism, sfert . a.) este fie fix, fie mobil, n funcie de tipul de main unealt utilizat. La mainile de decupat mai vechi, piesa de lemn este fix, micndu-se doar ansamblul de tiere. La mainile moderne, ansamblul de tiere este fix, micndu-se piesa de lemn. n raport cu orientarea micrii, se pot recunoate maini de decupat orizontale i respectiv, verticale.

    Operaiunea de decupare este i ea simpl, fiind o operaiune de tiere plan sau curbili-nie. Ea necesit din partea operatorului de la maina-unealt o foarte bun cunoatere a calitii lemnului i a performanelor tehnice ale mainii att pentru efectuarea reglajelor (mai ales n cazul mainilor de decupat orizontale unde reglajul se face pe orb de ex.). Este obligatoriu s se obin furnire cu caliti decorative (estetic deosebit), dar i cu grosime constant i o anume calitate a suprafeei, lemnul destinat producerii de furnire estetice fiind lemn preios, cu o valoare comercial important.

    Furnirele astfel obinute sunt uscate fie n curent de aer, fie n usctoare cu band, fie cu rulouri. Agentul termic i de uscare este aerul cald nclzit la o temperatur relativ ridicat (150200

    o C) iar grosimea furnirului de uscat fiind mic, timpul de uscare este scurt iar productivitatea

    destul de bun. Pentru esenele cu lemn fragil i valoros (ce produc n general furnire estetice, obinute

    prin decupare), a fost dezvoltat o tehnologie de uscare cu benzi grele, jucnd rolul de fier de clcat, sistemul permind uscarea furnirelor cu pstrarea formei plane.

    Dup operaiunea de uscare, furnirele sunt sortate (triate), unele putnd fi reparate sau mbinate sau lipite.

    2.1.4. Principalii fabricani de maini-unelte: deruloare sau pentru tiere plan (decupare)

    Pentru deruloare sau decupatoare se pot cita urmtorii fabricani: - Raute, societate finlandez, cunoscut n ntreaga lume. Ei sunt specialiti n fabrica-

    rea deruloarelor pentru piese de lemn de mici dimensiuni. Realizeaz att maini de derulare ct i usctoare pentru furnire;

    - Coe, societate american, specialist n deruloare, fabricant de asemenea de maini de derulare i de usctoare;

    - Angelo Cremona & Figlio, societate italian, productoare de deruloare, maini de t-iere plan (decupare) i usctoare pentru furnire;

    - Colombo Cremona, societate italian deasemenea, constructoare de maini pentru t-iere plan, de maini de derulare i usctoare;

    - BabcockBSH, societate german, constructoare de maini de tiere plan, de deru-loare i usctoare.

    - Marunaka Tekkosho Inc., societate japonez, constructoare a unui tip special de ma-ini de tiere plan n care furnirul este tiat n sensul lungimii piesei.

    Aceast list nu este exhaustiv; exist i ali fabricani precum Keller n Germania, Fezzer n Brazilia sau ali fabricani locali mai puin cunoscui.

    2.1.5 Investiiile Pentru producia de furnire tehnice (obinute prin derulare) sau estetice rezultate prin t-

    iere plan, se proiecteaz un flux tehnologic ce presupune urmtoarele operaii: - pregtirea i depozitarea lemnului cu operaiile urmtoare: cojire, secionare, tratare

    termic (etuvare) cu utilajele i instalaiile corespunztoare: pentru coaj, cojitor; pen-tru tiere, ferstru circular sau cu lan pentru retezarea-secionarea butenilor i cir-cular sau panglic pentru fasonarea butucilor;

    - fabricarea propriu-zis cu operaiile: alimentarea mainii, i minile unelte de fabri-caie: derulorul cu dispozitivul de centrare sau maina de tiere plan, toate nsoite de

  • 24

    sistemele de colectare, evacuare, transport i depozitare a deeurilor (care pot repre-zenta pana la 50% din volum) reprezentate de sisteme de benzi transportoare n gene-ral;

    - finisarea: operaii de sortare i reparare, magazia de stocare, masicoti, instalaie de ambalare.

    Valoarea total a investiiilor depinde de volumul proiectat al produciei. Pentru o pro-ducie mai mic, aceasta se va situa n jurul sumei de 2,8 milioane USD, la o capacitate de prelu-crare de 3000 m

    3 butean pe an; aproximativ 6,3 milioane USD pentru o ntreprindere de cu un

    consum de 17500 m3 pe an; 4,7 milioane USD, pentru o unitate de derulare ce consum 90000

    m3 pe an.

    2.2. PRODUSE OBINUTE PRIN RECONSTITUIRE 2.2.1 Reconstituirea din elemente de lemn de dimensiuni mari (furnire, ipci)

    Aceste materiale sunt n general obinute printr-un ciclu de 5 operaii: - operaia de debitare, eventual derulare (pentru obinerea lamelelor, furnirelor); - operaia de uscare a elementelor constitutive; - operaia de ncleiere (aplicare a adezivului); - operaia de presare; - operaia de finisare (operaia de finisare este obligatorie, ea se realizeaz n prin-

    cipal printr-o operaie de lefuire calibrarea, i de tiere la dimensiuni formatizarea, putnd s comporte de asemenea i operaii de reparare).

    Materialele compozite obinute prin acest tip de reconstituire sunt n ansamblu produse (semifabricate) avnd proprieti mecanice deosebite. Pentru unele dintre acestea, proprietile de rezisten mecanic medii pot fi superioare celor ale lemnului masiv din care provin.

    Procesul lor de fabricare poate fi continuu sau discontinuu (ciclic). Vom regsi printre acestea urmtoarele tipuri de produse:

    2.2.1.1 Lemn masiv reconstituit (plci sau grinzi LMR) Produsele cunoscute sub denumirea de lemn masiv reconstituit (eng. , fr. bois massif

    reconstitu) reprezint o alternativ la lemnul masiv i sunt alctuite din lamele de lemn de gro-sime superioar celor utilizate pentru fabricarea lemnului lamelat ncleiat (vezi mai jos), obinute prin tiere (spintecare) pornind de la piese de lemn de mici dimensiuni sau de la rmie rezulta-te n urma fabricrii cherestelei de exemplu, i lipite cu adezivi pe lungime (paralel cu fibra) du-p uscarea i prelucrarea prealabil. Lamelele ce le compun au seciuni diferite, n funcie de destinaia final a plcii i au lungimi variabile de asemenea, n funcie de lungimea pieselor de lemn disponibile. Pentru a realiza prelungirea lamelelor n scopul obinerii unor panouri sau grinzi de lungimi mai mari poate fi practicat mbinarea n dini, cu teitur, cap la cap (sau alt tip).

    Au o mare stabilitate dimensional, nu prezint crpturi inestetice i au contragere redu-s dup punerea n oper. Productorul francez Cosylva realizeaz Cosylam, un produs sub for-m de grinzi utilizat n construcii de locuine i arpante pentru: grinzi, stlpi, cpriori, contra-vntuiri . a..

    Tipurile de adezivi utilizate sunt alese n funcie de domeniul (clasa) de ntrebuinare a produsului astfel obinut. Pentru utilizarea la exterior sub aciunea intemperiilor sau n locuri cu risc crescut de expunere la umiditate (perei exteriori, sli cu ap bi, piscine), se vor utiliza adezivi de tipul rezorcin, MUF sau vinilice ranforsate; pentru alte ntrebuinri (mobilier, uzaj intern exceptnd elemente ale structurii, nchideri uscate), se vor utiliza adezivi de tipul uree-formol sau vinilici.

  • 25

    2.2.1.2 Lemn lamelat ncleiat Inventat n 1906 de ctre Otto Hetzer, dulgher din Weimar, acest produs permite execuia

    de elemente de mari dimensiuni din piese de lemn de dimensiuni reduse. Tehnica lamelrii faciliteaz producerea de elemente pentru structuri portante uoare, de lungime teoretic nelimita-t, de rezistene mecanice deosebite i de forme foarte diverse, de la drepte la curbe sau chiar cu curburi multiple. Utilizarea sa la realizarea arpantelor diminueaz complexitatea i numrul chertrilor iar rezistena sa la foc este net superioar n comparaie cu alte materiale utilizate la realizarea structurilor n construcii.

    Sub acest nume, lemn lamelat ncleiat (eng. , fr. bois lamell coll) sunt cunoscute mate-rialele constituite din lamele de lemn ncleiate, de lime i lungime variabile, n funcie de co-menzi. Grosimea lamelelor este de ordinul a 50 mm pentru cazurile cele mai obinuite. Lemnul utilizat este n general constituit din piese de lemn de diametru mic. Lamelele pot fi mbinate n dini.

    Lamelele sunt lipite pe lungime dup uscare. Astfel crete rezistena mecanic a acestui produs, obinndu-se lungimi mult mai importante.

    Este un material mult mai omogen i mai rezistent dect lemnul masiv. Adezivii utilizai sunt n general rezorcine; uneori, pentru ntrebuinri bine determinate,

    este posibil sa se utilizeze ca adezivi aminoplastele (UF sau MUF).

    2.2.1.3 Plci sau grinzi din furnire ncleiate LVL Sub denumirea generic LVL (eng. laminated veneer lumber, fr. lamibois) se grupeaz

    produse constituite din foi de furnire ncleiate cu fibrele orientate paralel. Furnirele sunt obinute prin derulare sau decupare.

    Dac furnirele sunt obinute prin derulare, se va vorbi despre plci (grinzi) din furnire ncleiate (eng. , fr. lamibois de placges), aceste furnire avnd n general o grosime de 3 la 12 mm. Adezivii folosii sunt fie rezorcinici sau fenolici, fie adezivi aminoplasticici. Fabricarea lor este asemntoare de cea a placajelor diferind orientarea foilor de furnire n principal.

    Omogenitatea ridicat permite creterea calitii materialului (n principal a rezistenelor sale mecanice) prin dispersarea defectelor lemnului din care provin furnirele, mprtiere realiza-t tocmai prin decupare sau derulare, adic prin transformare n furnire a cror grosime este mi-c. Tehnologia de execuie permite fabricarea pieselor de lungimi mari i cu proprieti mecanice deosebite date de structura omogen ndeosebi. Asamblarea pe lungime a furnirelor se face fie unindu-le printr-o decupare oblic, fie realiznd o mbinare suprapus. LVL este n general alc-tuit din furnir de rinoase, dar n Qubec s-a construit prima fabric de lemn laminat ce utilizea-z lemn de foioase (conform World Wood, august 1992).

    Exist numeroase produse de acest tip dar se cunosc n principal dou mari produse de acest tip comercializate n lume: microlam fabricat n Statele Unite de ctre Trust Joist i kertopuu fabricat n Finlanda i n Statele Unite de ctre Metsaliitto.

    Dac se utilizeaz furnirele obinute prin decupare, similare furnirelor estetice, se va vor-bi despre plci (grinzi) din furnire ncleiate (eng. , fr. lamibois de lamelles). Laminele alctuite din aceste furnire au n general o grosime de 0,60 mm iar furnirele sunt produse prin derulare excentric cu raz constant. Prin lipire pe cant furnirele subiri sunt asamblate n lamine care sunt apoi uscate i ncleiate n pachete n care ele sunt poziionate paralel cu fibrele.

    2.2.1.4 Panelul Panelul (eng. , fr. panneau latt) este un semifabricat alctuit din ipci obinute prin ur-

    mtoarea succesiune de operaii: spintecare, uscare, calibrare la grosime, i care sunt asamblate apoi pe lime. Aceste ipci sunt adesea decupate din resturile (bilele) de derulare provenite din industria de placaje dar nu numai. Aceste plci, avnd caliti de rezisten mecanic limitate sunt, cel mai adesea, acoperite cu furnire tehnice. Aceste plci sunt precursoarele panourilor din

  • 26

    lemn masiv i au fost concepute pentru utilizare la fabricarea mobilei, dar li s-a reproat faptul c las s transpar desenul ipcilor n lungul i la suprafaa plcii, fenomen denumit eng. telegraphing, fr. tlgraphing. ipcile au n general seciuni cuprinse intre 25x25 mm i 40x40mm.

    2.2.1.5 Placajele Sub denumirea de placaj (eng. , fr. panneau contreplaqu) se regsete cel mai cunoscut i mai utilizat, odinioar, tip de produse compozite pe baz de lemn.

    a. Alctuire

    Sunt constituite din furnire ncleiate cu fibrele aezate ncruciat. Plcile de placaj au fost, printre tipurile de plci cele mai fabricate n lume fiind n prezent surclasate de OSB. Prin ntre-tierea fibrelor lemnului datorit aezrii ncruciate a foilor de furnire tehnice (fibrele foilor succesive de furnir orientate pe direcie perpendicular sau n stea), ele sunt cvaziizotrope pe cele dou direcii lungimea i limea plcii, i sunt remarcabile prin proprietile mecanice i prin stabilitatea dimensional.

    Caracteristicile mecanice menionate coroborate cu greutatea specific redus au fcut ca plcile de placaj sa aib ntrebuinri multiple i variate (se folosesc chiar n construcii aeronau-tice sau militare). n funcie de categoria de folosin, adezivii utilizai sunt, n general, fie ami-noplastele (UF sau MUF), fie fenoplastele. Se poate afirma c actualmente 90% din producia de placaje i 79% consumul acestora sunt localizate n bazinul Asia-Pacific. Se fabric n jur de 49 milioane m

    3 de placaje pe an. (Figura 1: Compunerea placajelor i panelurilor).

    Placaj Panel

    Figura 1: Alctuirea placajelor i panelurilor (dup Les panneaux base de bois)

    b. Producie Investiii

    Producia de placaje are n general urmtoarea schem de flux tehnologic (list de opera-iuni):

    LEMN PREGTIREA LEMNULUI TRANSFORMAREA N FURNIRE USCARE PREGTIREA FURNIRELOR NCLEIERE COMPUNEREA PLCII PRESARE

    FINISARE

    Figura 2 prezint sintetic succesiunea operaiilor la fabricarea placajelor.

  • 27

    Figura 2. Succesiunea operaiilor la fabricarea placajelor (dup )

    Diferena dintre diferitele tipuri de placaje este dat mai ales de numrul i grosimea foi-lor de furnire ce intr n componena plcii, dar i de calitatea adezivului i a lemnului utilizat.

    Se pot utiliza toate esenele de lemn pentru fabricarea placajelor cu condiia ca acestea s fie apte pentru derulaj (anumite esene prea dure nu sunt derulabile n condiii economic rentabi-le).

    Principalele societi care furnizeaz uniti complete de producie pentru placaje sunt: - Raute, societate finlandez. Ei furnizeaz toate unitile de fabricaie: de la tratarea

    termic a butenilor pn la maina de ambalat; - Coe, societate american; - Angelo Cremona & Figlio, societate italian; - Colombo Cremona, societate italian; - Babcock-BSH, societate german; - SERIBO, societate francez. Lista nu este exhaustiv existnd numeroi ali furnizori de echipamente pentru fabricarea

    placajelor.

    c. Principalele caracteristici i utilizri

    Prima caracteristic reinut pentru placaje este tipul de ncleiere. Se disting patru tipuri de ncleiere n funcie de clasa de ntrebuinare a produsului:

    - Colaj de tip 1: plci pentru utilizri de interior, cu colaj nerezistent la umiditate; - Colaj de tip 2: plci cu colaj rezistent la umiditate; - Colaj de tip 3: plci cu colaj rezistent la ap; - Colaj de tip 4: plci cu colaj rezistent la umiditate, ap i intemperii.

  • 28

    Celelalte criterii de difereniere sunt date de caracteristicile fizice i rezistenele mecanice ale placajelor. Ele depind n principal de caracteristicile esenelor utilizate la fabricarea furnirelor i de tipurile de adezivi utilizate.

    Modulul de elasticitate este, pentru produsele aa zise clasice, cu valori situate ntre 4 000 i 8 000 MPa.

    Caracterizat ca fiind un material uor i cu bune proprieti mecanice i fizice, placajul are multiple ntrebuinri. Este mai ales utilizat ca material n structuri din construcii (40 60% din utilizri). Este de deopotriv mult ntrebuinat n domeniul fabricrii mobilierului (20% din utilizri). Alegerea furnirului i a tipului de adeziv se face n funcie de domeniul (clasa) de utili-zare a plcii.

    2.2.1.6 Parallam Este un material pus la punct n Canada, din familia lemnului lamelat ncleiat. Este un

    material constituit din furnire ncleiate paralel cu fibrele. Furnirelor ce-l compun, obinute prin derulare, le sunt ndeprtate defectele i apoi sunt secionate sub form de lamele nguste de 2-3 cm lime i 2,5 m lungime. Aceste lamele ncleiate cu un adeziv de tip fenolic sunt aezate n pachete paralel cu fibrele, i apoi presate astfel. Se obine un material compozit pe baz de lemn avnd rezistene mecanice remarcabile, superioare celor ale lemnului din care provine.

    2.2.1.7 Grinda scrimber Este de asemenea un material relativ nou. Acest tip de grind a fost conceput i dezvoltat

    n Australia prin utilizarea lemnului de eucalipt de mici dimensiuni i a permis valorificarea cu maxim rentabilitate a acestui sortiment ieftin de lemn. Tulpinile tinere i ramurile sunt cojite n prealabil, apoi ncleiate i presate pentru a obine plci de 12 m lungime, 1,2 m lime i 0,124 m grosime. Materialul astfel obinut este apoi retiat n lamine pentru a realiza din el grinzi prin ncleierea i presarea laminelor. Adezivul utilizat este un adeziv spumant (adeziv de expansiune) iar sistemul s-a dezvoltat n direcia realizrii produsului prin presare n prese cu injecie de abur.

    2.2.2 Semifabricate rezultate prin reconstituire pornind de la elementele de lemn de

    mici dimensiuni (achii, fibre) Fabricarea acestor materiale compozite pe baz de lemn comport necesitatea utilizrii

    unui proces continuu de fabricaie, care poate avea nivele diferite de automatizare i conducere asistat, n funcie de nivelul produciei i gradul progresului tehnologic al ntreprinderii.

    Producia se realizeaz n patru faze principale: - pregtirea lemnului (transformare n achii sau fibre, sortare i uscare); - ncleierea i formarea covorului de achii sau fibre; - fabricarea propriu-zis (cu faz de polimerizare sau policondensare sub pres, la

    cald);

    - finisarea (calibrarea i formatizarea) plcilor. Avnd n vedere faptul c prin modul lor de fabricare toate aceste materiale trec printr-o

    faz de presare cu dou etape (reducerea grosimii covorului i presarea propriu zis), se pot inte-gra chiar n grupa produselor din lemn comprimat.

    Clasificarea compozitelor de acest tip se face n funcie de elementul structural de baz, n raport cu liantul utilizat, dup procedeul de fabricare, dup materia prim utilizat (cu referire strict la plcile fabricate din materii prime lignocelulozice). Fiecare clas de produse este mpr-it i n subclase. Exist dou categorii mari de produse de acest tip, n funcie de elementul constituant de baz:

    - plci din achii (eng. particleboard, fr. panneau de particules); - plci din fibre (eng. fiberboard, fr. panneau de fibres). O sintez a acestor produse se prezint tabelar n cele ce urmeaz.

  • 29

    rile cu tehnologii i mijloace financiare importante au dezvoltat numeroase modaliti de fabricare pentru aceste plci i a domeniilor de utilizare a acestora.

    Aceste produse sunt materiale din lemn comprimat, ale cror componente structurale elementare sunt asamblate fr a urmri vreo orientare anume. Ele prezint tocmai de aceea un ansamblu de caracteristici asemntoare:

    - izotropie mai mult sau mai puin pronunat n plan (izotropie aproape total, n cele 3 dimensiuni pentru plcile din fibre de tipul plcilor de fibre de densitate medie MDF (eng. Medium Density Fibreboard, fr. panneau de fibre de moyenne densit);

    - rezistene mecanice de regul inferioare celor ale lemnului din care provin; - reacie puternic de umflare sub aciunea apei sau a umiditii dac ncleierea nu a

    fost rezistent (anumite tipuri de plci, datorit liantului i cantitii acestuia sunt in-sensibile sau foarte puin sensibile la ap).

    2.2.2.1 Plci din achii Sunt compuse din achii sau achii de lemn provenite din tierea lemnului cu maini spe-

    cializate sau provenind de la alte industrii de prelucrare mecanic a lemnului, precum fabricile de cherestea. Aceste achii sunt asamblate cu ajutorul unui adeziv ce polimerizeaz sub pres la cald.

    Este interesant de enumerat un anumit numr de produse de tip plci de achii din lemn, cci ntrebuinrile i proprietile lor sunt foarte diferite, posibilitile lor de fabricare de aseme-nea. Se fabric n proporie la fel de mare ca i placajele n ntreaga lume (aproximativ 49 mili-oane de m

    3/an), dar marile regiuni productoare i consumatoare sunt partea de vest a Europei

    (aproximativ 25 milioane de m3/an) i America de Nord (11 milioane de m3/an).

    a. Tipuri de plci

    1) Plci clasice din achii

    Este vorba despre plci cu dimensiunile suprafeelor achiilor cuprinse ntre aproximativ 8 cm

    2 i civa mm2 i grosimea ntre 0,2 i 0,6 mm. Achiile sunt aglomerate cu liani

    aminoplati (UF sau MUF), fenoplati (PF) sau izocianai. Liantii, cantitatea lor, densitatea pl-cii, finisajul determin domeniul de ntrebuinare a produsului.

    Pornind de la acest tip de plac exist numeroase variante care sunt toate produse printr-o transformare ulterioar adus plcii. Se pot cita: plci din achii finisate, melaminate sau plci replacate, care sunt cele mai importante prin volumul produciei i ntrebuinri. (figura 3 i 4: Exemple de plci din achii).

    2) Plci din achii mari orientate

    Plac cu achii de dimensiuni importante (lungime de 7-25 cm, lime de 2-3 cm i gro-sime de 0,5-1 mm) i orientate n aceeai direcie n timpul fabricaiei (Figura 5: Orientarea a-chiilor). Acesta poate fi compus din trei straturi ntreptrunse, ceea ce o apropie de placaj. Ca-racteristicile sale mecanice sunt superioare celor ale plcii de achii clasice. Ele sunt relativ apropiate de cele ale placajelor datorit sensului de orientare a achiilor. Este fabricat cu liani fenolici sau melamina-uree-formol, ceea ce i confer bune caracteristici de rezisten la umidita-te.

    Aceast plac este destinat utilizrilor pentru elemente de structur n construcii (aste-real suport de acoperi, nchideri de panouri (cu rol de contravantuire) pentru case cu osatur din lemn etc.). Astzi, ntr-o regiune a lumii ca America de Nord, placa OSB cunoate o mare dezvoltare a domeniilor de utilizare, la concuren cu placajul (se crede ca partea sa de pia va crete cu 50%, ca plac pentru elemente de structur. (Sursa Woorld Wood, 1992, Panel Review, august 1992).

  • 30

    Aceast plac, dei este o plac de achii, nu este n nici un caz fabricat pornind de la resturi ale altor procese de fabricaie. Ea utilizeaz ca materie prim lemnul rotund de rinoase de diametru mic.

    Figura 3. Plci din achii (omogene i stratifi-cate)

    Plci din achii melaminate Plci din achii furniruite

    Figura 4. Plci din achii finisate

    3) Plac din achii rectangulare groase

    Aceast plac este denumit waferboard. Este compus n special din achii mari din lemn de plop tremurtor (ele au dimensiuni de ordinul a 80x80 mm). Ade-

    zivul utilizat este adezivul fenolic n proporie de 2-3% parte uscat pe parte uscat (adeziv uscat/lemn uscat). Are ntrebuinare ca ele-ment de umplutura la construciile din lemn. Este n principal dezvoltat i utilizat n Sta-tele Unite i n Canada.

    4)

    Plac din achii de lemn cu liani minerali

    Liantul acestui tip de plac este de regul cimentul. Ea este constituit, n proporie volu-metric din 7080% din lemn i 2030% ciment, dar ca pondere n uniti de mas este compus din aproximativ 70 % ciment, 2528% lemn i restul aditivi chimici pentru mineralizarea lemnu-lui.

    Caracteristicile mecanice ale unui astfel de plci sunt reduse (modulul de ruptur de ordi-nul a 711 N/mm2; modulul de ruptur la compresie: 15 N/mm2; modulul de elasticitate:

    Figura 5. OSB. Principiul sistemului de orien-

    tare a achiilor

  • 31

    3000N/mm2); dimpotriv, rezistena la umiditate i la ap este bun (umflare n 24 ore la imersi-

    une: 1,8%). Aceast plac nu este o plac de structur ci de acoperire sau de umplutur. Are de asemenea bune caracteristici de izolare fonic i un k (coeficient de izolare termi-

    ca) de 0,155 kcal/mhoC.

    n aceast familie a plcilor de achii, se afl de asemenea i plcile din achii al cror li-ant este ipsosul. Aceste plci nu au bune caracteristici mecanice sau fizice, ele nu sunt dect plci de umplutur, avnd o greutate mai sczut dect plcile de ipsos.

    5) Plac de ln de lemn cu ciment

    Aceast plac este cunoscut i sub denumirea de fibragglos. Este o plac de achii de lemn, dar de achii mari de lemn (ln de lemn), obinute prin pieptnarea lemnului rotund de rinoase. Achiile au lungimi de ordinul a 3060 cm. Ele sunt legate printr-un liant mineral, cimentul. Simultan cu adugarea cimentului, aceste achii mari sunt mineralizate. Placa este slab comprimat.

    Acest tip de plac nu este o plac de structur. Dimpotriv, datorita slabei sale densificri, aceasta este o foarte bun izolatoare termic. Este de asemenea un foarte bun izolatoare fonic, folosit ca un fel de capcan pentru sunete (reduce ecoul n camere i zgomotul de impact).

    6) Plac extrudat din achii

    Planul feei mai mari a achiilor este, n aceast plac, perpendicular pe feele plcii. n sensul lungimii, acest tip de plac prezint o foarte sczut rezisten mecanic. Ea este, ns, foarte rezistent la flambare i datorita modului su de fabricare (prezena gurilor datorate sis-temului de nclzire al presei) prezint numeroase avantaje pentru utilizri pentru elemente verti-cale sau nu (perei despritori, ui) ce necesit trecerea de conducte sau cabluri.

    Producia sa este n regres. (Figura 6: Tipuri de plci extrudate, Figura 7: Principii de ex-trudare).

    7) Plac turnat din achii

    Se va vorbi mai curnd despre obiecte turnate. Este vorba despre plci de achii turnate n form direct n momentul realizrii lor la pres, care este n acelai timp o matri. Aceste obiecte turnate sunt fabricate la cerere i cu liani n funcie de ntrebuinarea acestora (UF, MUF, PF sau MDI). Caracteristicile lor sunt n general bune, cci cantitile de liant sunt mai importante dect pentru plcile de achii clasice.

    8) Brichetele aglomerate

    Sunt produse din lemn aglomerate destinate a fi utilizate ca produse de combustie. Princi-

    palele lor destinaii sunt cuptoarele automatizate. Aceste brichete pot fi totui utilizate de ctre particulari. Fabricarea lor este simpl i se face n general prin extrudare, fr utilizarea adezivu-lui.

    a) Producie i investiii

    Pentru ansamblul de plci din achii, producia se face ntotdeauna urmrind aceeai schem:

    LEMN ACHIERE USCARE SORTARE NCLEIEREA ACHIILOR, PRE-SRAREA N STRATURI CONFORMARE OPERAIUNI DE PRESARE OPERA-IUNI DE FINISARE.

  • 32

    PAL cu grosime 16 mm PAL extrudat furniruit

    Figura 8 ne da o idee despre operaiunile de fabricare a plcilor de achii. n afara de ma-teria prim, lemnul, diferena n fabricarea plcilor de achii se situeaz n principal la nivelul liantului utilizat. Costurile de producie pentru liniile de fabricaie a plcilor din achii sunt indi-cate mai jos.

    Pentru o linie de pro-

    ducie de capacitate mic (50 m3/ zi) n cazul plcilor de achii clasice, trebuie contat pe investiii de ordinul a 6,5 milioane USD (25% n plus pentru lucrri de construcii industriale).

    Pentru o linie com-

    pact, ce nu utilizeaz dect rmie de fabricaie de la alte ntreprinderi de prelucra-re a lemnului (achii i ru-megu) i are o producie de 40 m3/zi, trebuie contat pe o

    investiie de 4,2 milioane USD (inclusiv pentru lucrri de construcii industriale).

    Prin comparaie, o li-nie de producie de plci din achii, cu capacitate de pro-ducie medie 200 m3/zi va avea un cost de investiie de ordinul a 10,5 milioane

    USD (fr lucrri de con-strucii industriale). O linie de plci din achii lemn-ciment, pentru o producie de 75 m

    3/zi are un cost de inves-

    Figura 7 Presa pentru panouri extrudate

  • 33

    tiie de ordinul a 8,9 milioane USD. Principalii furnizori ai unitilor complete de plci de achii sunt: Siempelkamp, Bison, Schenck, SERIBO, Sunds Defibrator, American Iron Work.

    b) Principalele caracteristici i proprieti

    Placa din achii est un produs din lemn reconstituit, nchegat cu ajutorul unui liant organic (excepie fcnd placa lemn-ciment). Ea prezint dou caracteristici comune tuturor varietilor de plci din achii astfel constituite:

    - sensibilitate la ap prin hidroliza liantului i a lemnului; - umflare prin absorbia apei de ctre lemn. Pentru o plac din achii clasic, principalele caracteristici fizico-mecanice sunt urmtoarele: - grosime: 8-60 mm, gama cea mai curent fiind de 12-25 mm; - densitatea: se situeaz intre 650-780 kg/m3; - variaia dimensional n grosime: n general mai mica de 16% pentru plcile cu ntrebuin-

    are n mediu uscat i 6% pentru plcile cu adezivi speciali (urmnd Normele franceze NF B 54-112 i B 54-111);

    - traciune perpendicular: aceasta valoare este valoarea caracteristica a plcii, imagine a calitii sale, ea este n funcie de grosime i se situeaz cel mai adesea intre 0,2 Mpa i 0,5 Mpa;

    - rezistena la rupere la ncovoiere i modulul de elasticitate: aceste dou valori depind mult de tipul de plac i de domeniul de ntrebuinare a acesteia;

    - emisia de formaldehid: n Europa, aproape toate plcile din achii au emisii de formalde-hid liber mai mici de 20 mg/100 g de plac (msurate conform metodei perforatorului, metoda european EN 120).

    Figura 8. Flux tehnologic la fabricarea PAL

  • 34

    Pot fi gsite i alte caracteristici, dar ele sunt specifice unui anumit tip preferat de utiliza-re sau unui tip de plac cu ntrebuinare definit (pentru mobilier, se vor lua n calcul valorile rezistenei la smulgere a uruburilor sau de rezisten a falului).

    n cazul plcilor lemn-ciment, caracteristica principal este rezistena la umiditate a aces-tora i posibilitatea de ntrebuinare la lucrri expuse intemperiilor. Mineralizarea lemnului blo-cheaz umflarea sub aciunea umiditii.

    2.2.2.2 Plac din fibre

    Este constituit din partea elementar a lemnului: fibra. Aceasta fibr este obinut prin destructurarea lemnului prin procedee termo-mecanice: defibrare prin trecerea prin maini de defibrare cu discuri la o temperatur ridicat (80oC).

    Oricare ar fi tipul de plac de fibre fabricat, pregtirea fibrelor rmne aceeai. Este o operaie de defibrare identic cu cea practicat n industria hrtiei, cu aceleai restricii i aceleai riscuri de poluare.

    Dup defibrare, operaiunile efectuate sunt n funcie de modul de fabricare: - fabricare pe cale umeda (cea mai veche); - fabricare pe cale uscata.

    n cele dou cazuri plcile sunt presate la cald. Aceste plci prezint o structur mult mai omogen dect plcile din achii sau dect alte

    plci (placaj); de fapt fibrele, pri elementare ale lemnului, sunt rearanjate absolut la ntmplare, fr vreo orientare anume.

    Plcile din fibre pot fi fabricate cu liani (adezivi UF, MUF, PF, MDI sau minerali ca ci-mentul, ipsosul) sau nu. ncorporarea lianilor pentru anumite tipuri de plci nu este dect un mijloc de a spori proprietile fizice i mecanice ale acestor plci.

    Se fabric n jur de 30 milioane de m3/an plci de fibre n lume i pentru acest tip de plci cei mai mari productori i consumatori sunt Europa i America de Nord. n Asia, cu Japonia drept consumator, MDF are o foarte mare dezvoltare.

    Exist trei mari tipuri de plci din fibre: - plac de fibre dur, cu densitatea de ordinul a 1000 kg/m3; - plac de fibre de densitate medie, zis i plac MDF, cu densitatea de ordinul a 740 760

    kg/m3;

    - plac de fibre de izolaie, cu densitatea mai mic sau egal cu 350 kg/m3.

    a) Tipuri de plci

    i. Plac de fibre dur

    Aceast plac este fabricat cel mai adesea pe cale umed. n general, ea nu incorporeaz vreun liant. Lignina fibrelor este reactivat de temperatur i umiditate i servete drept liant. Temperatura presei este de 180200oC.

    Procedeul, pn la intrarea sub pres, poate fi considerat ca fiind un procedeu similar producerii hrtiei. Sistemele de aspirare i o prepres permit diminuarea cantitii de ap la for-marea covorului de fibre.

    Pentru a mbunti rezistena la umiditate a acestui tip de plac, sunt incorporate n past rini fenolice.

    Acest tip de plac are trei mari ntrebuinri: - pentru mobilier, unde servete mai ales drept fund de sertar sau parte din spate; - pentru automobile, fiind atunci returnat pe o alt pres i participnd la fabricarea

    planelor de bord (fa i spate) sau a garniturilor portierelor; - pentru fabricarea uilor izoplane.

  • 35

    Este un tip de plac omogen, avnd o densitatea mai mare de 800 kg/m3 (n general 1000 kg/m

    3). Caracteristicile sale mecanice i fizice sunt bune, doar rezistena la umiditate este sczu-

    t.

    ii) Plac din fibre de densitate medie (MDF)

    Ultimul sosit n categoria placrilor de fibre, a cunoscut o dezvoltare foarte mare n ulti-mii ani n Europa, cu excepia rilor din Est. n patru ani, capacitile de producie n Europa s-au multiplicat cu 2,4. Producia mondial actual a acestui tip de plac se apropie de 12 milioane de m

    3, n vreme ce n 1986 era mai mic de 5 milioane de m3.

    Este un tip de plac fabricat prin procedeul pe cale uscat i avnd deci i adeziv. n gene-ral este vorba despre adezivi de tip aminoplaste (UF sau MUF). Fibrele, dup defibrare, sunt us-cate i ncleiate, apoi conformate cu ajutorul unei maini de conformat.

    Densitatea acestui tip de plac este cuprins ntre 600 i 800 kg/m3. De obicei plcile MDF au densiti de 740-760 kg/m3. Are bune caracteristici mecanice dar, ca toate plcile de lemn comprimat, prezint fenomenul de umflare, care este ameliorat prin folosirea rinilor de tip MUF (Melamina Uree Formol, rina ureo-formaldehid-melaminic). Unul dintre motive-le succesului su este omogeneitatea structural. Practic, acest tip de plac nu are variaii de den-sitate ntre fee i interior. Aceast omogeneitate ii confer o foarte bun capacitate de prelucrare. Se lucreaz ca lemnul masiv i chiar mai bine. n ri cu potenial sczut de lemn, ca Japonia, este foarte apreciat. n Europa, este socotit ideal pentru fabricanii de mobilier, fiind un material omogen i reproductibil.

    Exist o varietate de MDF, excepie fcnd placa MDF subire. Este o plac MDF fabri-cat printr-un procedeu continuu la o pres cu calandru cilindric (procedeul Mende). Placa este presat urmnd raza exterioara a calandrului (Figura 9).

    iii) Plac izolatoare de fibre

    Este un tip de plac a crui densitate este mai mic de 350 kg/m3 i a crui coeficient de conducie termic k este mai mic sau egal cu 0,055 W (m x oK). Aceast caracteristic l reco-mand ca pe unul dintre cei mai buni izolatori termici. Este fabricat pe cale umed.

    Este utilizat mai ales ca produs de izolaie spre exemplu n vehicule feroviare, ca izolator al pardoselilor.

    Aceste plci pot fi impregnate cu bitumuri sau ali aditivi, n scopul mririi rezistentei lor la umiditate. Densitatea a acestora din urm poate atinge 400 kg/m3, dar conductivitatea termic nu trebuie sa depeasc valoarea dat mai sus.

    Poate fi fabricat i pe cale uscat. Se va vorbi atunci despre MDF cu densitate redus sau PAF i n acest caz densitatea a acestui plac se situeaz n jurul a 450-550 kg/m3 procesul de fabricaie presupunnd utilizarea de adezivi.

    iv. Alte tipuri de plci din fibre

    Exist i alte tipuri de plci de fibre, ca de exemplu plcile a cror liant este un liant mi-neral (ipsos, ciment). Densitatea a acestor plci variaz considerabil n funcie de domeniul lor de ntrebuinare.

    Exist de asemenea obiecte turnate din fibre care sunt fie fabricate direct n tipare, fie tur-nate sau mulate dup fabricarea plcii. n acest ultim caz, n plac se pot incorpora plastifiani (de tip polietilen sau polipropilen sau altele).

  • 36

    Figura 9. Linie de fabricaie cu presare continu, tip Mende, pentru fabricarea plcilor MDF sub-iri

    b) Producie i investiii

    Pentru ansamblul plcilor din fibre, fabricarea se face practic urmnd aceeai schem:

    LEMN DEFIBRARE TRATAREA FIBRELOR PREGTIREA SALTELEI DE FI-BRE OPERAIUNI DE PRESARE OPERAIUNI DE FINISARE.

    Figura 10. Fabricarea MDF

  • 37

    Figura 10 prezint principalele operaiuni de la fabricarea unei plci de fibre de tip MDF. n diferitele tehnologii de fabricaie, cea mai mare diferen const n acea parte a procesului dintre defibrare i presare, adic la formarea covorului de fibre.

    La procedeul umed, dup defibrare, fibrele sunt trecute prin ap i, n general, nu se ada-ug adeziv. Formarea covorului de fibre precursor al plcii se face prin intermediul unui sistem numit cu sertare, identic celui utilizat n papetrie pentru cartoanele groase. Diverse mijloace sunt utilizate pentru a ndeprta apa (aspirare, prepresare). Apa odat ndeprtat prin mijloace mecanice, se preseaz plcile n pres la cald.

    La procedeul uscat, dup defibrare, fibrele sunt transportate pe cale mecanic sau pneu-matic. Ele sunt uscate i ncleiate. ncleierea se poate face n dou moduri, fie clasic cu ajutorul unei maini ce disperseaz adezivul pe fibre, fie n blow line, adic prin injectarea adezivului la nivelul defibratorului.

    Fibrele uscate i ncleiate sunt deplasate la staia de formare a covorului de fibre ce se realizeaz cu ajutorul unei maini de format mecanic. Covorul astfel format este redus n grosi-me printr-o trecere prin prepres i apoi trecut prin pres la cald. Figura alturat ne d o idee despre fabricarea unei placi de fibre de densitate medie, MDF, cu ncleiere blow line.

    n cazul plcilor de fibre, investiiile sunt mai importante ca pentru plcile de achii. O li-nie de plci MDF, de o capacitate de 200 m3/zi (60000 m3 producie anual) are un pre de cost de ordinul a 14 milioane USD (preul din 1992), fr lucrri de construcii industriale. O linie de fabricaie pentru plci dure, de o capacitate identic, are un pre de cost pentru investiie similar.

    Marii fabricani de maini i sunt aceiai ca i pentru plcile din achii.

    c) Principalele caracteristici i proprieti

    Cele trei tipuri de plci de