Прочность на растяжение фанеры
Фанера неспроста считается популярным строительным материалом. Она обладает эстетическими характеристиками, а после обработки становится прочной, упругой и устойчивой к влаге. Это дает возможность существенно расширить сферу её применения. Когда речь идет о способности этого материала сопротивляться деформациям, то в этом случае качество товара определяет два основных критерия – прочность фанеры на разрыв, а также фанера прочность на изгиб.
Безусловно, определение прочностных характеристик фанерных листов – целый процесс, в котором стоит рассматривать множество нюансов. Здесь учитывается порода дерева, состояние сырья, содержание влаги, технология обработки и другие критерии:
- ударная вязкость – способность поглощать работу при ударе без каких-либо разрушений;
- износоустойчивость – степень разрушения материала при регулярном воздействии на его поверхность. Опыт показал, что влажная древесина изнашивается намного быстрее, чем сухая;
- способность удерживать металлические крепления – важное свойство. Дело в том, что установка крепежного элемента способна запустить процессы деформации. Так, если материал недостаточно прочный, то при забивании гвоздя или вкручивании самореза возникает риск, что фанерный лист даст трещину;
- деформативность – появление деформаций неизбежно при воздействии нагрузок.
В целом фанера – это уникальный стройматериал. Его секрет заключается в технологии укладывания шпона. Последнее представляет собой тонкий слой древесины, срезанного со ствола дерева. Это не самое прочное сырье. Для устранения этого недостатка, его укладывают так, чтобы волокна находились во взаимно перпендикулярных направлениях. Обычно минимальное число таких слоев – 3, а вот максимальное количество в теории может быть неограниченным, хотя на практике редко встречается больше 30.
Прочность фанеры различных марок и толщин
Однако правильность укладывания волокон – не самый главный секрет прочности этого материала. Ведь фанера только частично состоит из дерева, а все остальное представлено клеевым составом, который используют для скрепления каждого слоя. Для этого используются разные вещества:
- мочевиноформальдегид – смесь карбамидных смол с небольшим количеством формальдегида. Обычно этот состав применяют во время производства товаров марки ФК – экологически чистый и безопасный продукт. Он обладает незаурядными характеристиками в плане прочности, но хорошо справляется с внутренними отделочными работами;
- фенолформальдегид – здесь главную опасность несет вещество под названием фенол, который является токсичным для человека. Зато он хорошо отталкивает влагу, поэтому используется для производства ФСФ – достаточно прочного и надежного стройматериала;
- меламиноформальдегид – безопасное вещество, используемое доя изготовления марки ФКМ. Единственный недостаток продукта – высокая стоимость;
- бакелитовые смолы – дают возможность создавать высокопрочные изделия, с которыми не может сравниться ни одна древесина. Но если уровень гибкости имеет для вас значение, то посредством такой обработки она фактически полностью теряется.
Если вас интересует прочность материала, то при изучении технических характеристик, обратите внимание на показатель плотности. В среднем это значение колеблется в пределах 550-750 кг/м³. Для сравнения плотность бакелитовой фанеры составляет 1200 кг/м³.
Толщина стройматериала тоже имеет значение. Разумеется, что прочность фанеры 10 мм будет ниже, чем у листов с толщиной 12 мм. Эти особенности тоже нужно учитывать.
Как самому рассчитать прочность фанеры?
Учитывать прочность фанеры необходимо при обустройстве кровли, строительстве несущей конструкции, во время изготовления мебели (стеллажа, шкафа и т. д.) или укладки напольного покрытия. Это поможет определить какую нагрузку она сможет выдержать и подобрать подходящие материалы.
Произвести необходимые вычисления вам помогут специальные онлайн-калькуляторы, еще можете обратиться за помощью к специалисту или произвести расчет прочности фанеры самостоятельно, чтобы убедиться в правильности своего выбора.
Для этого используют формулу определения прогиба фанерного листа, которая выглядит следующим образом:
f = k1ql4/(Eh3), где:
- k1 – расчетный коэффициент;
- Е – модуль упругости древесины;
- h – толщина фанерного листа;
- l – длина;
- q – значение плоской нагрузки.
На первый взгляд формула кажется простой, но мы советуем быть внимательными в расчетах и несколько раз перепроверить полученный результат. Данные для расчетов вы сможете найти в интернете.
Источник
Создание мебели, строительство перегородок внутри здания, выравнивание полов, утепление крыш или монтаж фасадных конструкций – для каждого из этих действий можно подобрать наиболее подходящее решение.
Какие плитные материалы предлагают производители?
Фанера
Для изготовления используют листы шпона дерева толщиной от 0,3 до 4 мм. Листы плотно склеивают друг с другом посредством клея различной степени влагостойкости. Различают фанеру ФК (со средней степенью устойчивости к влаге) и ФСФ (с повышенными показателями). Может ламинироваться в различные цвета с имитацией древесного рисунка.
OSB
Древесная стружка снимается специальным оборудованием вдоль волокон – для сохранения прочностных характеристик. Ее связывают составом из смол, борной кислоты, воска, а затем прессуют в плиты. Отдельные типы (OSB-3, OSB-4) применимы при высокой влажности, для возведения внешних конструкций.
ДСП
Изготавливаются методом горячего прессования мелких частиц дерева с различными смолами. Могут иметь обычную или мелкоструктурную поверхность, повышенную влагостойкость. Применяются внутри помещений. Для декоративных целей изготавливается ламинированная и шпонированная ДСП.
ДВП
Производство представляет собой прессование и последующую сушку древесных отходов с добавлением смол или без них. Отличаются по твердости, плотности, облагороженности лицевой поверхности. За счет низкой теплопроводности ДВП часто применяют для утепления крыш, полов. Для внутренних работ и производства мебели проводится ламинирование поверхности.
МДФ
Частицы древесины прессуются при высоком давлении для достижения высокой плотности, сравнимой с доской. Связующим материалом является натуральное вещество лигнин, содержащееся в самой древесине. Применяется чаще всего для производства мебели, которая может использоваться даже во влажных помещениях.
Какие характеристики учитывать при выборе?
Прочность
Если сравнивать прочностные характеристики перечисленных материалов, то лидером окажется МДФ. Сломать его можно под давлением свыше 20-22 МПа, которое выдержит не всякое дерево. Высокая прочность на излом у ДСП и ДВП – за счет однородной структуры. Фанера и OSB в целом обладают одинаковой прочностью, однако у OSB выше предел прочности на срез.
Сфера применения
Наиболее универсальным является OSB. Из плит 1 и 2 типа производят мебель, строят внутренние перегородки, подиумы и т.д. Плиты 3 и 4 типа за счет повышенных характеристик применяют для строительства наружных конструкций, облицовки фасадов.
Остальные виды плитных материалов применяются для внутренних целей (кроме фанеры ФСФ – она может служить, к примеру, опалубкой). ДСП и ДВП используют для изготовления мебели, перегородок, декоративных элементов, полов, внутренней обшивки крыш. МДФ чаще всего можно встретить в качестве материала для мебельных фасадов, стеновых панелей, межкомнатных дверей для любых помещений.
Вес
Для того чтобы наглядно продемонстрировать, какой из материалов легче, предлагаем сравнить средний вес наиболее востребованных плит:
- OSB-3 2500х1250х8мм (0,25 м куб.) весит 15,56 кг, а кубометр материала – 62,24 кг;
- Фанера ФК 1525х1525х 10 мм (0,23 м куб.) весит 14,74 кг, а кубометр – 64,08 кг;
- ДСП 2500х1850х16 мм (0,74 м куб.) весит 48,84 кг, а кубометр – 66 кг;
- Фанера водостойкая ФСФ 2440х1220х 12 мм (0,357 м куб.) весит 25,8 кг, а кубометр – 72,27 кг;
- МДФ 2800х2070х16 мм (0,927 м куб.) весит 72,36 кг, а кубометр – 78 кг.
- ДВП 2745х1700х3,2 мм (0,149 м куб.) весит 12 кг, а кубометр – 80,53 кг.
Легкость обработки
Поверхность фанеры легко шлифуется, поэтому изделия достаточно загрунтовать и покрыть лаком – получится гладкая поверхность с естественным рисунком дерева. Качественной шлифовке подвергается и ДСП. Все виды плитных материалов могут проходить ламинирование.
МДФ поддается наиболее тонкой обработке, склеивается и красится, покрывается ПВХ-пленками любых оттенков. ДСП и ДВП легко фрезеруются и сверлятся. Для распила наиболее подходят фанера и OSB. Ламинированные материалы следует рапиливать только на профессиональном оборудовании.
Все указанные плитные материалы крепятся с помощью клея, окрашиваются любыми красками по дереву, обрабатываются лаками. МДФ, ДВП и ДСП – не лучший вариант для вкручивания шурупов, а гвоздям они поддаются плохо. Для прибивания лучше использовать фанеру.
Влагоустойчивость
Лучшие показатели влагостойкости – у OSB 3 и 4 типов. Она может находиться сутки в воде, при этом коэффициент набухания не превысит 10%. Влагостойкая ДСП за это же время разбухнет на 15%, а вот обычная – на 33%. Среди материалов для внутренних работ с этой точки зрения выделяется МДФ.
Влагоустойчивая фанера ФСФ предполагает возможность использования в условиях с влажностью атмосферы до 85%. А вот у ДСП и ДВП устойчивость к влаге увеличивается исключительно за счет ламинирования.
Экологичность
ДСП без ламинирования, окрашивания или другой обработки не рекомендуют применять в жилых помещениях, так как формальдегидные клеи выделяют вещества, которые негативно могут сказаться на здоровье человека. Ламинированная же ДСП не несет никакого вреда.
Лучшие показатели экологичности – у МДФ, за счет технологии прессования. Также высокими экологическими показателями отличается фанера, так как изготавливается непосредственно из дерева. Плиты OSB привлекают тем, что на них не образуется грибок, они не подвержены гниению.v
Стоимость
Цена материалов играет не последнюю роль, однако нужно отталкиваться от конкретных целей покупки. К примеру, для выравнивания полов дешевле всего использовать ДСП и ДВП. Достаточно недорогим материалом является OSB, тем более что он универсален, а альтернативы для использования при наружных работах у него практически нет. Дороже всего обойдется покупка МДФ, однако цена этих плит соответствует возможностям их обработки, а они чрезвычайно широки.
Сравнение основных характеристик
| Материал | Фанера | OSB | ДСП | ДВП | МДФ |
| Прочность на изгиб, МПа | 34-69 (ФК), 44-68 (ФСФ) | 18-22 | 16-25 | 33-47 (марки Т, ТП, ТС, Т-СП, СТ, СТ-С) | 18-23 |
| Средний вес (1 м3), кг | 64,08 (ФК), 72,27 (ФСФ) | 62,24 | 66 | 80,53 | 78 |
| Плотность, кг/м3 | 660-675 (ФК), 690-720 (ФСФ) | 650 (OSB-3) | 350-800 | 800-1100 | 600-850 |
| Влагостойкость | ФСФ – повышенная | Повышенная | Средняя | Средняя | Высокая |
| Влажность, % | 5-10 | 5-12 | 6-10 | 3-10 | 4-9 |
Все статьи
Источник
| Фанера — древесный материал, состоящий из склеенных между собой листов лущеного шпона. Фанера формируется из нескольких листов шпона при взаимно перпендикулярном расположении волокон древесины в смежных листах. Также выпускается однонаправленная фанера, при производстве которой слои шпона располагаются в одном направлении. Количество слоёв фанеры может колебаться от 3 до 23. При конструировании фанеры соблюдают следующие правила:
Толщина шпона, применяемого для наружных слоев фанеры, не превышает 3,5 мм, а внутренних слоев — 4 мм. По водостойкости различают три вида фанеры:
По степени механической обработки поверхности фанеру подразделяют на:
Фанера так же подразделяется по видам древесины, из которой она изготовлена: фанера березовая, хвойная и комбинированная. Фанера считается сделанной из той породы, из которой сделаны её наружные слои. Для всех видов фанеры обязательно указание класса эмиссии свободного формальдегида Е1 и Е2 (соответственно до 10 или от 10 до 30 мг/100г сухого продукта). Качество фанеры оценивается также по пределам прочности при скалывании, статическом изгибе, растяжении образцов, содержанию влаги, наличию, структуре, цвету сучков, наличию дефектов. По толщине фанерные листы (плиты) выпускаются от 4 до 40 мм. Сортность фанеры определяется количеством сучков на 1 кв.м поверхности наружного листа и обозначается римскими цифрами от I до IV или латинскими буквами «А», «В», «С» и их сочетаниями. Физико-механические показатели
Стандартный размер фанеры: 1525х1525 мм Марка: ФК, ФСФ Марка: ФСФ См. все статьи. |
| 150002, Ярославль, Б.Федоровская, 103 Тел. (4852) 45-00-01 (8.00-21.00) Факс (4852) 45-00-02 (8.00-21.00) Отд. сбыта (4852) 48-63-48 (8.00-17.00) Написать письмо Схема проезда |
Лущеный шпон — шпон, вырабатываемый из древесины березы, бука, дуба, ели, ольхи, осины, сосны и других пород.
Источник
Аннотация: В данной работе исследованы закономерности прочностной и деформационной
долговечности фанеры в широком диапазоне нагрузок и температур. Получены
значения физических и эмпирических констант, определяющих ее долговечность.
Изучено влияние различных эксплуатационных факторов на величины констант,
что позволяет прогнозировать долговечность фанеры.
Фанера нашла широкое применение в строительных изделиях, ограждающих
и несущих конструкциях. Одним из преимуществ данного материала является
существенная экономия деловой древесины. Поэтому продажа фанеры увеличивает свои темпы с каждым годом. В процессе эксплуатации изделия из
фанеры могут находиться под действием кратковременных или длительных нагрузок, температур и других внешних факторов
(агрессивные жидкие и газообразные среды, УФ-облучение и т.д.), которые приводят их к предельному состоянию (критическому деформированию или разрушению).
Для фанеры резко проявляется температурно-временная зависимость прочности (предела текучести), поэтому для разработки методики прогнозирования ее
долговечности необходимо использовать термофлуктуационную концепцию разрушения и деформирования твердых тел.
При нагружении древесины различными постоянными нагрузками экспериментально полученная кривая длительного сопротивления имеет асимптотический характер. Для фанеры характер зависимости сохраняется,
однако величина предела длительного сопротивления существенно больше чем у древесины.
Повышение предела длительного сопротивления у фанеры, по-видимому, связано
с многослойной структурой материала и ступенчатым механизмом его разрушения.
Фанеру различной слоистости (на фенолоформальдегидной и карбомидоформальдегидной смолах) испытывали на долговечность (время до разрушения
или достижения заданной деформации) при поперечном изгибе и пенетрации в
режиме заданных постоянных напряжений и температур. Экспериментально полученные зависимости логарифма долговечности от напряжения (твердости)
(рис. 1) описываются уравнением
где τm ,U0, γ и Тm – физические константы материала: τm – минимальная долговечность (период колебания кинетических единиц – атомов, групп атомов,
сегментов), с; U0 – максимальная энергия активации разрушения, кДж/моль; γ –
структурно-механическая константа, кДж/(моль МПа); Тm – предельная температура существования твердого тела (температура разложения), К;
R – универсальная газовая постоянная, кДж/(моль К); τ – время до разрушения (долговечность),
с; σ – напряжение (твердость), МПа; T – температура, К.
Слоистое строение композита приводит к сложному механизму разрушения
и деформирования. Так, в интервале напряжений (130…160 МПа) наблюдается
послойное разрушение, а в интервале напряжений (90…130 МПа) фанера работает
как монолитный материал. При пенетрации одновременно протекают два про-
цесса: критическое деформирование (интервал твердости 17,5…20 МПа) и разрушение (интервал твердости 22…25 МПа), что подтверждается микрофотографиями испытанных образцов.
Влияние количества слоев на долговечность и механизм разрушения исследовано для фанеры ФК (рис. 2).
Напомним, что для исследования использовалась
трехслойная фанера 3 мм и
трехслойная фанера 4 мм, пятислойная фанера 5 мм и 6мм, семислойная фанера 9 мм и 8мм,
девятислойная фанера 10 мм и 12 мм. Из рисунка видно, что зависимость долговечности от напряжения при разном количестве
слоев имеет характер параллельных прямых, что указывает на постоянство константы γ, определяющей физическую структуру фанеры. Нелинейное падение долговечности композита с увеличением количества
слоев, по-видимому, связано с кинетикой деструкции клеевой
прослойки и увеличением количества дефектов в шпонах.
Графоаналитическим способом для всех исследованных материалов определены физические константы, значения которых представлены в табл. 1.
Из таблицы видно, что при больших напряжениях разрушение фанеры определяется физическими свойствами смолы (клея), а не древесного шпона.
Это отражается на величинах всех констант (см. табл. 1). В интервале напряжений более
130 МПа U0 близка к величине максимальной энергии активации смолы, а в интервале менее 130 МПа – к энергии активации разрушения целлюлозы. Значения
остальных констант подтверждают изменение механизма разрушения фанеры при
определенных граничных напряжениях: происходит увеличение τm , γ и уменьшение Тm . Для фанеры ФСФ характерны большие величины энергии активации, что вызвано явлением кратности – одновременно происходит
разрушение не одной, а нескольких химических связей.
С увеличением количества слоев, величины энергии активации U0 и структурно-механической константы γ увеличиваются, а температуры полюса
Тm падают (табл. 2). Увеличение U0, по-видимому, связано с количеством клея определяющего кинетику его термодеструкции.
Увеличение γ связано с ростом вероятности образования дефектов в массе шпона, что и приводит к снижению однородности структуры.
При пенетрации фанеры (см. табл. 1) в
области малых нагрузок ( 20 МПа) близки значениям
констант, определяющим процесс разрушения. Это подтверждает ведущую роль процесса разрушения при пенетрации в области
напряжений выше 20 МПа.
Таблица 1.
Физические константы фанеры при разных видах нагрузки.
В процессе эксплуатации фанера часто подвергается дополнительным внешним воздействиям (жидких агрессивных сред, атмосферной влаги, термо- и фото-
старению). Исследование влияния жидких агрессивных сред на прочность и долговечность фанеры показало следующее. Фанера стойка к действию органического растворителя и машинного
масла и резко снижает прочность в кислотах и щелочи. При взаимодействии со щелочью вначале происходит изменение цвета и
размягчение материала, а затем и его коробление. При воздействии кислот происходит расслоение образцов, то есть разрушение клеевых прослоек.
Таблица 2.
Значения физических констант при поперечном изгибе
Следует отметить, что характер зависимостей долговечности от напряжения
и температуры до и после воздействия среды сохраняется, однако наблюдается изменение величин всех физических констант, что и приводит к падению
долговечности фанеры. Значения физических констант после воздействия кислоты представлены в табл. 1. Из нее видно, что воздействие ортофосфорной
кислоты приводит к падению энергии активации, а также структурно-механической
константы в интервале температур более 40 °С. Уменьшение величин констант
(отсутствие явления кратности) для фанеры, по-видимому, связано с частичным
разрушением связей от воздействия кислоты. При проведении длительных испытаний в натурных условиях действие атмосферной воды и колебания температуры
на долговечность фанеры можно учесть с помощью поправки и тогда уравнение
для долговечности примет вид
где Δ – поправка, учитывающая действие дополнительных внешних факторов.
Величина поправки в интервале напряжений >135 МПа (составила 0,6), а в интервале напряжений Исследование влияния циклов замораживания–оттаивания на долговечность
и механизм разрушения фанеры показало, что после 60 циклов зависимость логарифма долговечности от напряжения, также описывается уравнением (1).
Характер данной зависимости упростился: нет изломов, то есть во всем диапазоне напряжений материал работает как монолитный. Это, по-видимому,
связано с нарушением связей между полимером и древесным шпоном, что также подтверждается увеличением коэффициента теплового расширения (в 1,5 раза). Отрицательное
действие замораживания–оттаивания на коэффициент теплового расширения проявляется уже на 30 цикл (табл. 3)
Таблица 3.
Влияние замораживания–оттаивания на коэффициент линейного термического расширения фанеры, 1/ °С
После многократного замораживания–оттаивания величины трех констант
(τm, U0 и γ) падают. Снижение предэкспоненты τm связано с колебанием частиц
меньшего размера, то есть произошло разрушение связей и размер кинетических
единиц уменьшился. Падение энергии активации U0 и структурно-механической
константы γ объясняется снижением энергетического барьера за счет увеличения
расстояния между частицами под действием воды, а также возникновением концентраторов напряжений при ее замерзании. Такое поведение констант приводит
к падению прочности и долговечности фанеры.
Существенное влияние на долговечность фанеры оказывают термо- и фото-
старение. Тепловое старение (при +80 °С) и УФ-облучение образцов проводилось
в течение 10…200 ч. После заданного времени воздействия образцы испытывались на прочность (твердость) и долговечность. Результаты испытаний представлены в табл. 4 и 5
Таблица 4.
Влияние старения на механические характеристики фанеры марки ФК
Таблица 5
Поправки, учитывающие влияние термо- и фотостарения на долговечность фанеры марки ФК
Из табл. 4 видно, что термо- и фотостарение приводит к росту прочности и
твердости фанеры. Причем наиболее существенное влияние оказывает теплостарение. Повышение прочности композита под воздействием повышенных температур, по-видимому, связано с доотверждением связующего, а при действии УФ-
облучения наличием древесного шпона, выполняющего защитную функцию.
В табл. 5 приведены поправки, учитывающие влияние старения на долговечность фанеры.
Полученные результаты позволяют прогнозировать прочность, долговечность и деформативность фанеры в широком диапазоне нагрузок и температур
при дополнительных неблагоприятных воздействиях (агрессивной среды, климатических факторов, старения).
В.П. Ярцев, О.А. Киселева, А.В. Сузюмов
Кафедра «Конструкции зданий и сооружений», ГОУ ВПО «ТГТУ»
Источник