Журнал "Мебельщик" №3 /2004/
ВСЁ, ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ
МЕБЕЛЬЩИКУ О СОТАХ
Юрий Перов
Петр Мельников
Физико-механические характеристики сотового заполнителя (СЗ) зависят от большого количества параметров, но определяющими являются размер ячейки заполнителя и материал, из которого он изготовлен.
Впервые сотовый заполнитель был сделан, как это ни удивительно, владельцем цирка Джорджем Мэем в 1943 году. Это был тот небывалый случай, когда авиационные инженеры испытывали серьезное искушение расцеловать владельца цирка «всем коллективом». Материал получился очень удачный и нашел широкое применение в военной технике. Хотя теперь бумажный СЗ не используется в самолетостроении, зато около половины дверей в мире имеют его между слоями облицовок. В последние годы он находит все более широкое применение и в мебельной промышленности, где соты просто «обречены» на быстрое распространение. Это подтверждается активным использованием СЗ фирмой «ИКЕА» и появлением полностью автоматизированных линий для производства мебельных панелей с сотовым заполнителем.
СТРОЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОТОВОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ
СЗ является типом ячеистых структур конструкционного назначения, формируемых из тонколистовых материалов и представляющих собой множество смежных изолированных друг от друга каналов, по форме напоминающих пчелиные соты (отсюда - «сотовый»). Сечение каналов, или ячеек, может быть шестигранным (рис.1), четырехгранным (рис.2), а также более сложным - так называемая флекс-ячейка (рис.3).
СЗ с шестигранной ячейкой обладает максимальной жесткостью и предназначен, как правило, для изготовления плоских панелей. СЗ с четырехгранной ячейкой используется для изготовления панелей цилиндрической формы (он обладает прекрасной гибкостью в одной плоскости, не теряя при этом прочностных характеристик). Гибкая флекс-ячейка позволяет формировать трехмерные криволинейные поверхности.
Наибольшее распространение нашли СЗ с шестигранной формой ячейки.
Основным геометрическим параметром СЗ является размер ячейки, который представляет собой расстояние между ее параллельными гранями (иногда об этом параметре говорят, как о диаметре окружности, вписанной в шестигранную ячейку) (рис.4).
При использовании сотовый заполнитель растягивается вручную (усилия минимальные) или на специальном оборудовании и закладывается в заранее подготовленное пространство. При растяжении СЗ увеличивает свой объем в 10-40 раз, поэтому поставка в сжатом виде является одним из существенных достоинств этого материала: транспортировка и хранение 1 м3 СЗ эквивалентна 10-40 м3 другого традиционного материала, например, ДСП или древесины.
СТРУКТУРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СЗ
СЗ представляет собой сложную конструкцию, состоящую, как минимум, из двух материалов - бумаги и клея. Отсюда следует, что при равных геометрических параметрах физико-механические свойства СЗ существенно зависят от свойств бумаги и клея.
В качестве клея при изготовлении СЗ практически везде - и в нашей стране, и за рубежом - используют эмульсию ПВА, что объясняется в основном экологической чистотой, высокой технологичностью этого адгезива и экономической целесообразностью его применения.
Что важно помнить мебельщикам при переработке СЗ в изделие?
Панели с СЗ нельзя длительно нагревать выше температуры полимеризации клея, использованного при изготовлении СЗ.
С бумагой дела обстоят намного разнообразнее. Для производства СЗ применяют бумагу с удельным весом от 80 до 300 г/м2, при этом часто используется продукт вторичной переработки. Конкретно применение той или иной бумаги обуславливается конечными целями.
Массо-прочностные характеристики панелей с сотовым заполнителем зависят от конкретного сочетания используемых обшивок и СЗ. Равную прочность можно обеспечивать, варьируя толщину используемой бумаги и размер ячейки. Так, одинаковая прочность при сжатии в 1,1 кг/м2 обеспечивается ячейкой 12 мм при толщине бумаги 120 мкм и ячейкой 20 мм при толщине бумаги 420 мкм. Панель, изготовленная из крупноразмерного СЗ с обшивками из ДВП, имеет интегральную плотность 140 кг/м3 и выдерживает при сжатии нагрузку около 2 тонн. Для демонстрации изменений физических свойств СЗ в зависимости от размеров ячейки приведем результаты испытаний на сжатие сотового заполнителя, произведенного из одного типа бумаги.
КАК РАБОТАЕТ СЗ В ПАНЕЛЯХ
Не будем останавливаться на панелях, которые подвержены действию сжимающих нагрузок, - там все предельно просто и наглядно.
Рассмотрим панели, испытывающие состояние сложного напряжения. Ярким примером могут служить панели, использующиеся для изготовления столешниц (рис.5). Не вдаваясь в подробности анализа сложно-деформированного состояния панели, приведенной на рисунке, сделаем выводы, очень важные для мебельщиков: прочность и жесткость мебельных панелей, испытывающих сложные нагрузки, тем выше, чем выше прочность и жесткость обшивок и чем больше расстояние между обшивками. Такой вывод совсем не означает, что прочность сотов на сжатие в данном случае не играет никакой роли: она необходима по крайней мере для того, чтобы обеспечить технологический процесс склейки панели.
ДРУГИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЗ
Теплопроводность сотового заполнителя из бумаги толщиной 120 мкм и ячейкой 8 мм составляет 0,09 Вт/м °К и определяется конвективным переносом тепла. С ростом размера ячейки конвекция тепла должна увеличиваться. Поэтому за рубежом для снижения теплопроводности до величин 0,04-0,06 Вт/м °К ячейки СЗ заполняют вспенивающимся составом или стекловолокном (стекловатой), особенно при использовании крупно-ячеистого заполнителя.
Звукоизолирующие свойства панелей с СЗ очень сильно зависят от их конкретной конструкции. Для демонстрации возможностей приведем результаты, представленные в табл.2.
ГДЕ И КАК ИСПОЛЬЗОВАТЬ СОТЫ
Однако есть несколько направлений, где конкурировать с СЗ практически невозможно.
Во-первых, это изготовление мебельных элементов повышенной толщины. В этом случае великолепно сочетаются физико-механические свойства и экономические показатели. Как было сказано ранее, при увеличении толщины СЗ прочность панелей возрастает, при этом вес такой конструкции увеличивается незначительно. Так, вес «мебельной» соты размером 2000x800x50 мм составляет всего около двух килограммов. Теперь сравните этот показатель с весом такого же размера панели, изготовленной из ДСП, - 58 кг.
Стоимость же СЗ при увеличенных толщинах существенно ниже стоимости традиционных материалов. Кроме того, сюда, как минимум, следует добавить и экономию при транспортировке.
Немаловажным фактором является и то, что при изготовлении мебельных панелей с СЗ вы не ограничены в своих фантазиях стандартными толщинами материала - например ДСП, которые предлагает сегодня рынок.
Во-вторых, это возможность изготовления мебельных конструкций, име-
ющих криволинейные поверхности второго порядка. Это могут быть конструкции как с постоянным радиусом кривизны, так и с переменным. При изготовлении таких изделий у вас не будет ни дополнительных отходов, ни дополнительной механической обработки. Вам даже во многих случаях не придется изготавливать сложные дополнительные приспособления. Для изготовления криволинейных конструкций используют СЗ с прямоугольной формой ячейки. Такой СЗ можно легко получить из серийно выпускаемого СЗ с шестигранной ячейкой путем дополнительной растяжки сотов - при этом шестигранные ячейки принимают форму четырехугольников. Склейку же криволинейных элементов мебели можно производить вакуумным формованием.
В заключение хочется подчеркнуть, что сотовый заполнитель является одним из наиболее экономичных современных конструкционных материалов. Высокая прочность при малом весе, низкая стоимость, экологическая чистота, отличная тепло- и звукоизоляция, способность хорошо воспринимать ударные нагрузки, высокая технологичность переработки - все эти факторы определяют широкий диапазон использования сотового заполнителя.
Продолжение. "Пчелиная" технология на службе мебельщиков
ВСЁ, ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ
МЕБЕЛЬЩИКУ О СОТАХ
Юрий Перов
Петр Мельников
Журнал "Мебельщик" №3 /2004/
