Статьи о сотовом заполнителе

Сотовый заполнитель: от А до Я (Опубликовано в журнале "Дерево.RU" 2007 г.)

Еще лет пять назад при поиске в сети Интернет на словосочетание «сотовый заполнитель» вы могли найти не больше десяти ссылок. Сегодня картина сильно изменилась: вам необходимо будет просмотреть несколько сот ссылок. Конечно, это в большей степени заслуги развития компьютерных технологий в нашей стране. Но, тем не менее, вы все равно сможете получить хоть какое-то представление о сотовом заполнителе (СЗ). Правда, часть информации написана таким эзоповым языком, что отнюдь не добавляет знаний, а только увеличивает количество вопросов.

В нашей статье мы постараемся изложить основные понятия, касающиеся сотовых заполнителей, и обеспечить хотя бы минимумом знаний тех, кто уже сегодня использует этот удивительный материал в своих изделиях или собирается это сделать в будущем

НЕМНОГО ИСТОРИИ

Впервые СЗ был изготовлен, как это ни удивительно, владельцем цирка Джорджем Мэем в 1943 году. 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 использование и в мебельной промышленности.

Здесь следует сделать несколько примечаний.

1.Мы будем вести речь только о бумажных СЗ. Это весьма существенно, потому что соты сегодня изготавливают из огромного числа самых разнообразных материалов, таких как алюминиевая фольга и титановые сплавы, углеродные и стеклянные ткани, уникальные синтетические бумаги и пленки.

2.Первая ремарка полностью относится и к технологическим аспектам производства и переработки СЗ, а именно: для изготовления металлических и синтетических сотов часто используют сварную технологию, для стеклосот – тканную и т. д. Нами будут рассмотрены только технологические аспекты, применимые к бумажным СЗ.

3.Из огромного списка изделий, в которых сегодня используется СЗ, мы оставим всего две позиции, это дверные полотна и мебельные щиты. Делается это по двум соображениям: ограниченность объёма статьи и тематическая направленность журнала.

Сегодня СЗ производится во многих странах мира, однако лидером являются США. Из европейских стран следует отметить Нидерланды, Великобританию, Францию, Италию и Германию.

С начала 90-х годов прошлого века бурно развивается производство сотов в Китае.

В нашей стране производство бумажного СЗ связано со строительством «хрущевок». Небывалые объемы гражданского домостроения, начатого в то время, требовали новых технологий во всем. Тогда то и были куплены за рубежом несколько установок для производства СЗ, который использовался для изготовления дверных полотен. Так что не удивляйтесь, если при сносе «хрущевки» вы увидите двери с СЗ.

Однако в дальнейшем производство сотов в нашей стране не развивалось. Мы не будем анализировать причины, просто отметим сам факт.

Длительное время Российский рынок был инертен к СЗ: мебель делали из ДСП, двери – с реечным заполнением. Однако время берет свое и эпоха «двух сортов колбасы» прошла. Покупатель стал выбирать, а производитель считать. В этот момент и сошлись интересы покупателя и производителя на изделиях с сотовым заполнителем. Потребитель получил новое качество, а производитель – низкую себестоимость при высокой технологичности производства.

ГДЕ И КАК ИСПОЛЬЗОВАТЬ СОТЫ

Следует отметить, что СЗ не панацея. Он не является безальтернативным материалом, который в ближайшее время вытеснит все традиционные материалы, используемые сегодня в мебельной промышленности и при изготовлении межкомнатных дверей.

Однако есть несколько направлений, где конкурировать с СЗ практически бессмысленно.

Во-первых, это практически все межкомнатные двери: отличное качество при высокой технологичности изготовления, минимальных затратах и уникальных потребительских свойствах.

Во-вторых, это изготовление мебельных элементов повышенной толщины.

В этом случае великолепно сочетаются физико-механические свойства и экономические показатели. Например: при увеличении толщины СЗ прочность панелей возрастает, при этом вес такой конструкции увеличивается незначительно. Так вес «мебельной» соты размером 2000х800х50 мм составляет всего около двух килограммов, теперь сравните этот показатель с весом такой 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 тот факт, что при изготовлении мебельных панелей с СЗ вы не ограничены в своих фантазиях стандартными толщинами, например ДСП, которые предлагает сегодня рынок.

В-третьих, это возможность изготовления мебельных конструкций, имеющих криволинейные поверхности второго порядка.

В-четвертых, это изготовление плоских мебельных панелей и дверных полотен с фасонной лицевой поверхностью. При склейке таких сотопанелей не требуется дополнительная механическая обработка СЗ – в нужных местах соты «продавливаются» филенчатой обшивкой во время процесса склейки.

СТРОЕНИЕ

СЗ представляет собой ячеистую структуру, созданную из тонколистовых материалов по форме напоминающую пчелиные соты (отсюда – «сотовый»). Наибольшее распространение нашли СЗ с шестигранной формой ячейки (см. рис.1).

Рис. 1. Сотовый заполнитель с шестигранной ячейкой.

L – длина СЗ; в этом направлении СЗ растягивается при его изготовлении или переработке. B - ширина СЗ. H - высота СЗ (в основном соответствует высоте закладных деталей и обрамляющего контура - рамки).

Основным геометрическим параметром СЗ является размер ячейки, который представляет собой расстояние между параллельными гранями ячейки (иногда об этом параметре говорят, как о диаметре окружности, вписанной в шестигранную ячейку), рис.2.

Рис. 2. Геометрические параметры сотовой ячейки, где

a - размер ячейки;c - длина грани сотовой ячейки.

СТРУКТУРНЫЕ КОМПНЕНТЫ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

СЗ, строго говоря, 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.

Клей. При изготовлении СЗ как в нашей стране, так и за рубежом, чаще всего используют эмульсию ПВА. Объясняется это в основном экологической чистотой этого адгезива, высокой технологичностью и экономической целесообразностью.

В последнее время появились СЗ, изготовленные с использованием клеев-расплавов. Эти соты характеризуются более высокой прочностью и устойчивостью к температуре.

Бумага. Обычно используется бумага вторичной переработки с плотностью от 120 до 180 г/ кв. м.

Прочность. Решающим механическим параметром для СЗ является прочность при сжатии. Эта характеристика является самой существенной как при переработке сотов в изделия, так и при дальнейшей эксплуатации изделий с СЗ. (Еще иногда говорят о сдвиговой прочности, но этот параметр, как правило, для рассматриваемых нами изделий обеспечивается технологией изготовления сотов).

Прочность при сжатии возрастает при уменьшении размеров ячейки и с увеличением плотности используемой бумаги. В некоторой степени на прочность можно влиять искусственным путем: «недорастягивая» соты увеличивать прочность и, наоборот, «перерастягивая» соты – уменьшать. В первом случае происходит перерасход материала, во втором - его экономия.

Другие физические свойства. СЗ, состоящий до 95% из воздуха, обладает хорошей звуко- и теплоизоляцией, великолепно абсорбирует энергию.

Теплопроводность СЗ незначительно превышает теплопроводность воздуха и существенно зависит от конвективного переноса тепла. Звукоизолирующие свойства панелей с СЗ очень сильно зависят от конкретной конструкции этих панелей[1].

КАК ДЕЛАЮТ СОТЫ

Существует достаточно большое количество технологий изготовления СЗ. Мы рассмотрим наиболее распространенные. Используемая технология существенно влияет на качество выпускаемой продукции и ее стоимость.

1. Вдоль рулонного полотна бумаги наносятся клеевые полосы. Ширина полос и расстояние между ними выбираются в зависимости от размера ячейки. Рулон бумаги с нанесенными клеевыми полосами разрезается на листы определенной длины, которые впоследствии собираются в пакет (сотопакет). При сборке пакета ориентация клеевых полос осуществляется в шахматном порядке. Количество листов в пакете в дальнейшем определяет длину сотов в растянутом виде. Готовый пакет склеивается. Обычно эта процедура осуществляется в нагреваемом прессе. Далее сотопакет разрезается на бумагорезательной машине на сотодольки необходимой высоты, которые поставляются потребителю.

Рис. 3. Технологическая схема изготовления сотового заполнителя:

1 – роль бумаги; 2- отрезанный лист бумаги с нанесенными клеевыми полосами; 3 – сотопакет; 4 – сотодолька; 5 – сотодолька в растянутом виде (перед использованием в изделии).

Рис. 4. Сотодольки:

1 – в растянутом виде; 2 – в сжатом.

Перед использованием сотодолька растягивается до состояния, когда ячейки принимают форму шестигранников и закладываются в заранее подготовленное пространство.

Данная технология характеризуется низкой производительностью и неудовлетворительной точностью сборки сотопакетов, что приводит к низкому качеству сотов.

2. В дальнейшем эта технология изготовления СЗ была развита и автоматизирована. Были созданы сотоформирующие машины, на которых осуществляются следующие процессы: нанесение клеевых полос (при этом используется минимум два рулона бумаги) и сборка сотопакета. В самом простом варианте для сборки пакетов используют плоское мотовило (позволяет формировать одновременно два сотопакета). На более совершенных машинах используют восьмигранные «колеса» (одновременно происходит сборка восьми пакетов).

Однако далее процесс изготовления сотов ничем не отличается от описанного в первом варианте.

Эта технология намного производительнее первой и позволяет получать соты высокого качества. Наиболее узким местом этой технологии является изготовление сотодолек.

Современное производство дверных полотен и мебельных щитов зачастую требует использования сотового заполнителя в виде бесконечной ленты. Для получения бесконечной ленты в двух вышеописанных технологиях сотодольки склеивают между собой на специальном станке.

3. Третий способ изготовления сотов заключается в том, что склеенные между собой в шахматном порядке 2, 4, 6 или 8 листов бумаги нарезаются на узкие полоски (ширина полоски соответствует высоте производимой соты), которые склеиваются между собой в бесконечную ленту, рис.5.

Это, по нашему мнению, наиболее прогрессивная технология производства СЗ. Ее отличают высокая производительность и качество, возможность получения СЗ в виде бесконечной ленты или в виде отдельных сотодолек любой заданной длины,

Рис. 5. Технологическая линия изготовления сотового заполнителя.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДВЕРНЫХ ПОЛОТЕН И МЕБЕЛЬНЫХ ПАНЕЛЕЙ

На рис. 6 приведена принципиальная схема изготовления дверных полотен и мебельных панелей с СЗ. Для ее реализации в достаточно независимом варианте необходимо иметь форматно-раскроечное оборудование и станки по изготовлению закладных деталей и деталей рамки.

Стандартная панель включает в себя следующие элементы:

• две облицовки (обычно толщиной от3 до 3,5 мм);
• два вертикальных и два горизонтальных бруса рамки;
• закладные элементы (размещают в местах расположения замков, ручек или других элементов, которые будут крепиться на этом полотне; размеры закладных элементов определяются в каждом случае индивидуально, исходя из функционального назначения; элементы рамки и закладные элементы скрепляются между собой с помощью скоб [2], рис. 7, 8.
• сотовый заполнитель, высота которого должна быть на 0,5-1,0 мм больше толщины рамки.

Рис. 6. Принципиальная схема изготовления панелей с СЗ.

Рис. 7. Комплектующие для изготовления дверного полотна:

1 – два вертикальных бруса; 2 – два горизонтальных бруса; 3 – закладные элементы; 4 – сотодолька; 5 – две облицовки.

Рис. 8. Крепление элементов рамки и СЗ скобами.

СЗ вручную растягивается, укладывается в полость рамки мебельной панели и закрепляется с помощью скоб по ее внутреннему периметру. В местах закладных элементов СЗ подгибается, рис. 9.

Рис. 9. Закладная деталь в дверном полотне.

На рамку мебельной панели поочередно укладываются облицовки с нанесенным клеем и закрепляются скобами. Далее осуществляется процесс прессования. Перед дальнейшей обработкой панели складируются в горизонтальном положении не менее чем на сутки.

В заключение хочется подчеркнуть, что сотовый заполнитель является одним из наиболее экономичных современных конструкционных материалов. Высокая прочность при малом весе, низкая стоимость, экологическая чистота, высокая тепло- и звукоизоляция, способность хорошо воспринимать ударные нагрузки, высокая технологичность переработки – все эти факторы определяют широкий диапазон использования сотового заполнителя, который ограничен только Вашей фантазией.