Повышенный интерес к древесным композиционным материалам (композитам) обусловлен рядом причин: низкой стоимостью древесного сырья, малыми затратами труда и энергии при производстве древесных композиционных материалов и изделий из них, ценными, а в отдельных случаях и уникальными, свойствами этих композитов, непрерывной возобновляемостью древесных ресурсов и др.

По данным Отдела леса и лесных продуктов продовольственной сельскохозяйственной комиссии Организации Объединенных Наций (ФАО ООН), производство в мире только трех древесных композиционных материалов в объемных единицах превосходит производство сталей, пластмасс и алюминия.

Композиционные материалы состоят из двух или более компонентов (фаз), между которыми имеется граница раздела.

Понятие композиционного материала в широком смысле, безусловно, включает и природные материалы, например древесину. Таким образом, древесными композиционными материалами должны быть названы материалы, состоящие из древесины или ее частиц и одного или нескольких других компонентов (металла, полимера, минерала), между которыми имеется граница раздела.

В древесном композите граница раздела между компонентами может проходить по наружной поверхности и по внутренней поверхности, т.е. по поверхности сосудов, волокон и пор древесины.

Увеличение производства древесных композитов в значительной мере определяется тем, что объем потребления материалов на планете каждые 11 лет удваивается, а запасы сырья для производства традиционных материалов ограничены и не восстанавливаются.

Ученые-материаловеды единодушны в оценке – время дешевого сырья прошло!

В этих условия особенно пристальное внимание обращено на древесные материалы. Ежегодный прирост твердой биомассы лесов мира 50 млрд. т, прирост промышленной древесины составляет 3,5–4 млрд. т в год, а добывается в мире лишь 1,1–1,3 млрд. т в год. Из всего лесного массива используется около 7,5% древесины, причем в так называемых «отходах» оказывается не менее 30% промышленной древесины. Следовательно, сейчас в мире образуется 330–1200 млн. т (ориентировочно 660–2400 млн. плотных кубометров) «отходов» древесины, из которых можно изготавливать композиционные материалы в количествах, равных выпуску стали, алюминия и пластмасс, вместе взятых по массе. Эта сырьевая база не иссякнет и в дальнейшем, так как лес непрерывно возобновляется и жизнь на планете возможна лишь при наличии леса, дающего кислород и защищающего людей экологически. Возобновляемость и высокая экономическая эффективность – основные факторы, гарантирующие древесным композитам положение материалов будущего. Их дополняют невысокая плотность (50–1400 кг/м3), достаточная прочность (до 300 МПа), низкая трудоемкость и энергоемкость изготовления.

Древесные пластики (wood plastics, Holzplaste, plastiques du bois) – материалы на основе древесины, подвергнутой термической обработке под давлением (пластификации). Древесные пластики делятся на: 1) древесину прессованную (пластифицированную); 2) древесно-слоистые пластики; 3) древесную пресскрошку; 4)древесные плиты (древесно- волокнистые и древесно-стружечные).

Древесноволокнистыми плитами называются листовые материалы, сформированные из переплетных древесных волокон. Изготавливают их из древесных отходов или из низкокачественной древесины. В отдельных случаях в зависимости от условий снабжения предприятия сырьем применяют одновременно как древесные отходы, так и дровяную древесину в круглом виде. Наиболее распространенные способы изготовления плит – мокрый и сухой. Промежуточными между ними, причем менее распространенными, будут мокро-сухой и полусухой способы. Мокрый способ основан на формировании ковра из высушенной древесноволокнистой массы в водной среде и горячем прессовании нарезанных из ковра отдельных полотен, находящихся во влажном состоянии (при относительной влажности 60–70%).

Сухой способ основан на формировании ковра из высушенной древесноволокнистой массы в воздушной среде и горячем прессовании полотен, имеющих влажность

5–8%.

Полусухой способ основан на формировании ковра из высушенной древесноволокнистой массы в воздушной среде и горячем прессовании полотен, имеющих влажность 16–18 %.

Мокро-сухой способ основан на формировании ковра из древесноволокнистой массы в водной среде, сушке полотен и горячем прессовании сухих полотен, имеющих влажность, близкую к нулю.

В процессе изготовления плит любым из названных способов древесину сначала измельчают в щепу, а затем щепу превращают в волокна, из которых формируют ковер. Ковер разрезают на полотна. Сухие полотна прессуют в твердые плиты. Влажные полотна или прессуют, получаю твердые или полутвердые плиты, или сушат, получая мягкие (изоляционные) плиты.

Применяют 3 способа получения волокнистой массы: термо-механический – с использованием дефибраторов и рафинеров, механический – с размолом на дефибрерах, и химико-механический, при котором размолу предшествует варка сырья в щелочных растворах. В волокнистую массу для придания водостойкости вводят различные эмульсии (парафиновые, смоляные, масляные) и осадители (сернокислый алюминий). Плиты формируются на отливочных машинах. Влажность плит после отливок достигают 70%. По этому изоляционные плиты поступают на сушку, а твердые и полутвердые прессуют в горячих многоэтажных прессах (t 135 –180 ℃). Твердые и сверх твердые плиты затем проходят закалку при t 150 – 170 ℃ с последующим увлажнением до 5 – 7% (по массе). Сверхтвердые имеют объемную массу не менее 950 кг/м3; твердые – не менее 850 кг/м3; полутвердые – не менее 400 кг/м3; изоляционно-отделочные – 250 –350 кг/м3; изоляционные – до 250 кг/м3. Размеры плит (в мм): длинна от 1200 – 3600, ширина 1000 – 1800, толщина 3 – 8.

Важнейший показатель качества древесноволокнистых плит – предел прочности при изгибе. Временное сопротивление статическому изгибу должно быть не менее (в кгс/см2): для сверхтвердых плит – 500; для твердых плит – 400; для полутвердых – 150; для изоляционно-отделочных – 20; для изоляционных плит – 12.

Существенный показатель качества сверхтвердых, твердых и полутвердых плит – гигроскопичность. Стандарт допускает величину набухания плит после суточного нахождения испытываемых образцов в воде: для твердых и полутвердых – не более 20%, а для сверхтвердых не более 12%. Водопоглощение же установлено: для сверх твердых плит – 15%, для твердых – 30%, для полутвердых – 40%. Плиты, изготовленные сухим способом, обладают значительно меньшей гигроскопичностью 10 – 12% так как при их изготовлении применяют фенолформальдегидные смолы.

Показатели теплопроводности имеют решающие значение для изоляционных и изоляционно-отделочных плит, так как их основным назначением является теплоизоляция. Коэффициент теплопроводности, измеряемой ккал/м*ч*град, для изоляционных плит должен быть не более 0.06 и для изоляционо-отделочных плит 0.08.