С этой точки зрения материалы, в которые древесина входит лишь в качестве наполнителя (опилки, стружки, древесная мука), как например ксилолит, фибролит, бакелитовые изделия и т. п., не могут быть включены в понятие «древесные пластики». По пластическим свойствам древесина как пористое тело, обладающее способностью получать под действием высокого давления остаточные деформации, занимает среднее положение между упругими и пластическими телами, поэтому слово «пластик» в приложении к древесине следует понимать условно.
По технологии, признакам пластики разделяют на три основные группы:
Пластмассы из цельной древесины.
К этой группе относятся пластмассы, исходным материалом для которых служит натуральная древесина преимущественно лиственных пород. Первое практическое применение уплотненная древесина получила во Франции, где уже в 1903 г. начали употреблять подкладки под рельсы на железнодорожных путях из уплотненной тополевой древесины. Однако наибольшее развитие техника уплотнения древесины получила со когда начал производиться в промышленном масштабе пластик, получивший широкое распространение и известный под названием «лигностон» («дерево-камень»).
Древесину сначала обрабатывают соответствующими реагентами, например слабыми растворами (0,1%) серной кислоты для образования гидроцеллюлозы или других дериватов целлюлозы, и затем подвергают горячему прессованию. Другие виды предварительной химической обработки древесины перед прессованием, как то: фенолформальдегидными смолами, углеводами (сахарами), растворами солей тяжелых металлов и пр. применяются главным образом для придания спрессованной древесине устойчивости к действию влаги.
При определении ее по методу Янка число твердости для обыкновенного лигностона 3 800 кг/см2, а для специальных сортов доходит до 5 000 кг /см2, что приближает лигностон по твердости к свинцу. При действии песочной струи в течение 5 мин. под давлением 2 кг /см2 коэффициент износа равен 0,007 см3/см2 для торцевой поверхности и 0,035 см3/см2 для боковой поверхности.
Изнашивание от сухой шлифовки 164 см3 на 1 ЕР в час; соответствующий показатель для лучшего бакаута составляет 727 см3.
Будучи предварительно пропитан бакелитовыми смолами или трансформаторным маслом, лигностон является хорошим диэлектриком (диэлектричнские потери 0,01%).
Способность лигностона подвергаться обработке режущими инструментами несмотря на его необычайную крепость почти такая же, как у обыкновенного твердого дерева, с той характерной особенностью, что выстроганные поверхности его вследствие исчезновения полостей клеток могут быть доведены при шлифовке до зеркального глянца, как у металла. Благодаря своим высоким техническим свойствам лигностон является полноценным заменителем не только особо твердых экзотических древесных пород, но в ряде случаев и цветных металлов. Сырьем для лигностона служит за границей бук, а у нас — преимущественно береза.
Лигностон находит применение в текстильной промышленности, идя на выработку челноков и погонялок; в машиностроении для изготовления отдельных деталей в трущихся частях машин (вкладыши для подшипников прокатных станов, ползуны для лесопильных рам, втулки и подшипники для сельско-хозяйственных машин и т. д.), в электропромышленности в качестве изоляционных деталей, на транспорте для изготовления ж.-д. прокладок, в инструментальной промышленности для изготовления ручек для инструментов, колодок для рубанков и т. д.
Технология, процесс производства пластика типа «лигностон» сводится в основном к следующему: выпиленные в радиальном направлении с запасом на усушку и последующую обработку бруски просушивают до воздушно-сухого состояния (влажность 15—20%), после чего пропитывают их соответствующими реагентами в зависимости от назначения готовых изделий одним из двух способов: проваркой в открытых резервуарах или обработкой в особых импрегнаторах под вакуумом и давлением.
К недостаткам процесса получения пластиков типа лигностон следует отнести:
Можно достичь значительного сокращения срока сушки древесины до, а для некоторых реагентов и после пропитки, используя для этой цели переменное электромагнитное поле высокой частоты. Пластики значительной толщины можно получать, если вместо брусков брать тонкий дощечки или листы фанерного шпона и соединять их друг с другом в процессе горячего прессования.
Наилучшие результаты получаются при применении в качестве связующего вещества фенолформальдегидных смол, переходящих в процессе пьезотермической обработки в нерастворимую стадию. При склейке дощечки или листы шпона надо располагать так, чтобы волокна в них были направлены в одну сторону. Температура прессования 120—160°, Давление 150—200 кг/см2. Пластики этого вида носят за границей название «лигнофоль». Имеется много сортов лигнофоля, отличающихся количеством и толщиной древесных слоев. Чем тоньше слои, тем выше содержание искусственной смолы в материале и тем больше его влагостойкость и постоянство формы. У высших сортов лигнофоля временное сопротивление растяжению доходит до 2 250 кг /см2, сжатию до 1 700 кг /см2, изгибу до 3 500 кг/см2. Путем соответствующего подбора дощечек и шпона можно уменьшать значение местных дефектов древесины (сучки и пр.) и лучше использовать сырье.
Возможные области применения: авиастроение — пропеллеры и лонжероны; судостроение — шпангоуты, бимсы и т. д.; транспорт— детали автомобилей и вагонов; мебельная промышленность; спортивный инвентарь и т. д.
К этому виду пластиков относятся такие твердые древесно-пластические массы, исходным материалом для которых служат опилки лиственных и хвойных древесных пород.
Применительно к методам получения пластин. соединений их можно разделить на две группы:
Изготовление пластиков первой группы основано на применении к древесине методов получения химпластмасс на основе эфиров целлюлозы и фенолальдегидных смол (в данном случае компоненты древесины играют роль альдегида). К освоенным для внедрения в производство пластикам этого рода относят массу ФД (фенолдревесина). Получение ее заключается в варке измельченной древесины с фенолом в присутствии кислых катализаторов; при этом получается растворимая в спирте плавкая смола новолачного типа, которая при добавке уротропина и дальнейшей термической обработке способна переходить в неплавкое и нерастворимое состояние. Спиртовой раствор смолы смешивают с наполнителями, высушивают, размалывают и прессуют при давлении 250—300 кг/см2 и температуре 160—165°. Выдержка в прессе 0,5— 1 мин. на 1 мм высоты изделия. По своим свойствам пластик ФД стоит ниже бакелита: его временное сопротивление изгибу 450— 500 кг/см2, прочность на удар 4—5 кг-см/см2. Фенол может быть заменен креозотами древесных сухоперегонных смол.
К пластикам второй группы относится так например «плавленая древесина» — плотная мелкозернистая масса черного цвета, получающаяся путем частичного гидролиза и последующего горячего прессования древесных опилок. Образование пластмассы в данном случае основано на использовании временной текучести древесины, получающейся при нагреве и давлении, и цементирующем действии выделяющихся при этом продуктов разложения ее углеводного комплекса.
Качество пластической массы из «плавленой древесины» ниже качества бакелита. Большое преимущество этого вида пластиков в техно-экономическом отношении заключается в том, что сырьевой базой для них служат отбросы лесопильного производства.
Под пластиками этого вида разумеются лигно-целлюлозные массы волокнистого строения, получаемые из древесины путем предварительного ее расщепления на волокна, отлива полученной волокнистой массы на сетке, прессования до определенной плотности и последующей сушки. Исходным материалом при этом могут служить как цельная древесина в окоренном и неокоренном виде, так и древесные отходы в виде реек, горбылей, торцевых обрезков, щепы, коры и т. д. Благодаря перепутанности волокон, что придает им вид войлока, массы эти обладают большой однородностью, что выгодно отличает их от самой древесины, являющейся, как известно, чрезвычайно неоднородным материалом. Обладая высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, они далеко превосходят в этом отношении такие строительные материалы, как фибролит, арборит и др.
Существуют два метода расщепления древесины на волокна.
Технологический процесс производства древесноволокнистых пластиков по первому методу схематически может быть представлен в следующем виде:
Процесс производства пластиков по второму методу (типа мессонита) отличается от приведенной схемы в своей начальной стадии, в дальнейшем же не представляет существенных отличий. В зависимости от исходного сырья и от конструкции применяемых машин схема эта на практике подвергается различным изменениям.
Волокнистые пластики различаются по объемному весу, колеблющемуся в пределах от 0,13 до 1,1, и делятся на:
Древесно-волокнистые плиты с малым объемным весом обладают низкой тепло- и звукопроводностью и имеют обширное применение в качестве теплового и акустического изолятора (коэффициент теплопроводности 0,034—0.041 при объемном весе от 230 до 350 кг/м3, коэффициент звукопроводности 0,08—0,85).
Плиты с большим объемным весом представляют собой хороший строительный и конструктивный материал, обладающий большой однородностью. Механические свойства их также в значительной степени зависят от объемного веса. Так например, при объемном весе около 0,15 временное сопротивление изгибу 10— 20 кг/см2, разрыву 3—5 кг /см2. При объемном весе около 1 соответственные цифры будут 700— 1 500 кг/см2 и 350—1 200 кг/см2.
