Инновации в области композитных материалов из древесины приводят к революционным изменениям в технологиях

12.08.2020
June De La Paz

Специалист по маркетингу компании Raute в Северной Америке Джун де ля Паз написала статью «Инновации в области композитных материалов из древесины приводят к революционным изменениям в технологиях», которая была опубликована в весенне-летнем выпуске журнала Engineered Wood Journal в 2020 году. Узнайте о том, как фанерная промышленность трансформировалась в связи с потребностями общества. В оборудование продолжают внедрять новые технологии для повышения эффективности, устойчивости, энергосбережения, сокращения отходов и т. д. Прочитайте об эволюции линии лущения Raute Patching Line P2 с учетом изменений в отрасли, потребностей заказчиков и доступностью качественной древесины.

С 1905 по 1920 год фанера из древесины хвойных пород главным образом применялась при изготовлении дверных панелей.

Инновации в области композитных материалов из древесины приводят к революционным изменениям в технологиях.

Композитные материалы из древесины по определению относятся к технологическим инновациям, хотя разные поколения по-разному рассматривают понятие «технология». Отраслевые партнеры продолжают развивать и совершенствовать стандарты для этой продукции, сотрудничая и опираясь на предыдущие инновации.

Технологическую революцию можно определить как эпоху ускоренного прогресса, характеризующуюся появлением новых технологий, быстрое применение и распространение которых приводит к резким изменениям в обществе. Говоря кратко, технологическая революция — это радикальное изменение, вызванное внедрением новых технологий.

Начало революции

Первая промышленная революция, начавшаяся примерно в 1760 году и продолжавшаяся более 70 лет, кардинально изменила почти все аспекты человеческого существования. Традиционная для доиндустриальной эпохи экономика на основе сельского хозяйства и ремесел была вытеснена крупномасштабной промышленностью, которая оказалась более эффективной. Промышленная революция подарила миру некоторые из величайших изобретений, такие как паровой двигатель, швейная машина, лампочка накаливания, двигатель внутреннего сгорания и современная сборочная линия.

Население мира растет в геометрической прогрессии, и наряду с ростом уровня жизни это приводит к повышению спроса на товары и услуги. К 1800-м годам численность населения Земли превысит 1 миллиард человек, и влияние стран с развитой промышленностью ускорит производственный потенциал во всех аспектах человеческих потребностей, включая продукты питания, лекарства, одежду и жилье.

Инновации в области композитных материалов из древесины приводят к революционным изменениям в технологиях

Первый патент на фанеру был выдан в 1865 году Джону К. Майо из Нью-Йорка. Патент № 51735 описывал изобретение, которое «заключается в формировании различных конструкций, используемых в гражданском строительстве, из множества тонких листов шпона, цементированных или иным образом прочно соединенных вместе так, чтобы волокна различной структуры или толщины пересекались или были распределены таким образом, чтобы обеспечивать взаимную прочность, поддержку и защиту от образования трещин, расщепления, усадки, набухания, расширения и сжатия». Примечание. Возможно, у Майо и было свое видение, но сведений о том, что он извлекал коммерческую пользу из своих патентов, не сохранилось.

Переход на следующий уровень

В конце XIX века началась Вторая промышленная революция. Технологический прогресс, связанный с новыми источниками энергии — электричеством, бензином и нефтью — сделает возможным изобретение автомобиля и самолета, а также разработку новых изделий. Открытия и достижения в химическом синтезе, изобретение телеграфа, телефона, лампы накаливания и роторного станка для лущения шпона значительно преобразят производство и коммерческую деятельность.

Появление и распространение фанеры

Фанерная промышленность появилась в 1905 году, когда Portland Manufacturing Company, небольшая фабрика по производству деревянных ящиков, изготовила ламинированные деревянные панели из древесины различных хвойных пород, произрастающих на побережье Тихого океана в северо-западной части США. К 1907 году темпы производства резко возросли, и для удовлетворения спроса были установлены автоматический распределитель клея и секционный ручной пресс. В то время новое изделие из древесины использовалось преимущественно в производстве дверей, но именно автомобильная промышленность дала мощный толчок отрасли, когда фанеру стали применять для подножек.

В 1925 году Стегер Марвин Эрл признал, что «…дерево имеет красивый цвет и вид, но часто омрачается дефектами поверхности, такими как засмолки и сучки». Ему был выдан первый патент на машину по удалению дефектов и формированию вставок. К сожалению, его изобретение не будет пользоваться коммерческим успехом.

В 1928 году в США были представлены фанерные листы размером 4 × 8 футов для строительных целей.

В следующем году в северо-западной части США уже работало 17 фабрик, на которых было произведено рекордное количество фанеры общей площадью более 33 млн. кв. м.

Затем в США началась Великая депрессия. 24 октября 1929 года произошел крупнейший обвал фондового рынка в истории, вызвавший самую продолжительную и масштабную экономическую депрессию XX века. В связи с беспрецедентным уровнем безработицы в 24,9 %, существенным снижением доходов домашних хозяйств и нехваткой дешевого жилья резко возрос спрос на недорогие и быстросооружаемые дома с использованием фанеры.

Для решения проблемы снижения качества древесины Гиффорд Пинчот возглавил движение по сохранению лесов. В 1933 году президент Франклин Д. Рузвельт предложил Конгрессу укрепить лесные ресурсы США и инициировал неотложные природоохранные меры, включавшие посадку деревьев, восстановление водосборных бассейнов и борьбу с эрозией.


Шпонопочиночный станок Skoog, впервые изготовленный компанией Skoog Manufacturing Company в 1941 году.

Во время Второй мировой войны (1939—1945 гг.) фанера была объявлена важным материалом для военных целей и широко использовалась для изготовления казарм, судов, самолетов, хижин, временного жилья и убежищ. В течение десяти лет после окончания войны спрос на фанеру вырос более чем на 280 % и почти удвоился в следующие пять лет на волне экономического роста.

Машина по удалению дефектов и формированию вставок, изобретенная Стегером Марвином Эрлом в 1925 году, принесет пользу в 1941 году, когда Пер Ф. Скуг подаст заявку на свой первый патент на шпонопочиночный станок, а затем откроет предприятие Skoog Manufacturing Company в Олимпии, штат Вашингтон.

Внедрение стандартов по сортности и качеству

Первые стандарты по сортности и качеству были введены государственным органом США по стандартизации и Ассоциацией производителей фанеры из Дугласовой пихты (Douglas Fir Plywood Association, в настоящее время известная как Ассоциация производителей композитных материалов из древесины APA) в том же году.

К 1950-м годам два производителя предложили пневматическое и механическое починочное оборудование с функциями автоматической очистки штампа и подачи вставок. В этих починочных машинах использовались одинарные вставки в форме лодочки (овальные с двумя острыми углами) размером около 4,5 × 2 дюйма, вырезанные из высококачественного шпона. Оператор должен был проверять листы на наличие дефектов, устанавливая лист вручную, а удаление дефектов штампом и последующая вставка заплатки из шпона выполнялись нажатием педали. Качественные и долговечные, эти мощные машины доминировали на рынке почти 50 лет, практически без изменений и без аналогов.

Начало цифровой революции

Цифровая революция, также известная как Третья промышленная революция, знаменует начало информационной эпохи с появлением компьютера. Массовое производство и широкое использование компьютеров, микропроцессоров, цифровых сотовых телефонов и Интернета, начавшиеся в период с конца 1950-х годов по конец 1970-х годов, снова привели к изменениям в традиционном производстве и коммерческой деятельности.


Линия починки шпона Raute Veneer Patching Line R7 (ранее — Patching Line P2)

Технологии производства фанеры получили развитие во время цифровой революции с созданием первой автоматизированной линии починки в США в 1998 году. Устройство Patchman компании Raute не полагалось на операторов в оценке необходимости починки. Вместо этого использовалась технология сортировки на основе камер, впервые установленная в 1997 году. Эта технология видеоизмерения точно обнаруживала дефекты размером до 2 × 2 мм, сканируя листы со скоростью до 200 м в минуту. Компьютеризированная система показывала изображения листов в режиме реального времени, а также имела функции остановки и сохранения изображений, увеличения дефектных областей и настройки параметров сортировки. Просканированные листы перемещались на лентах транспортера с помощью вакуумных присосок, что обеспечивало точный контроль, а программируемые логические контроллеры и контроллеры движения позволяли устранять дефекты с поразительной точностью. В то время одно устройство Patchman заменяло собой трех рабочих, а каждая головка устанавливала около 1 900 вставок в час (что приблизительно соответствует одной вставке каждые две секунды). Механизмы автоматической подачи полос уменьшили необходимость в подготовке шпона, а благодаря большому магазину загрузку можно было выполнять реже. Устройство Patchman могло работать с тремя уровнями, что позволяло заменить девять работников при минимальном увеличении занимаемой площади.

Линия починки следующего поколения была представлена в 2011 году, что демонстрирует возможность молниеносного развития технологий. В ней использовалась сложная система камер и передовые разработки в области автоматизации, что позволило повысить производительность и выполнять починку быстро и с неизменно высокой точностью. Линии починки последнего поколения производят минимальное количество отходов и позволяют увеличить прибыль за счет повышения выхода качественного поверхностного шпона без необходимости его ручной обработки. Один уровень может починить около 3 200 листов в час (установка вставки производится менее чем за секунду) — вчетверо быстрее, чем при работе вручную.

Появлению этих новых линий предшествовали тщательные исследования по поиску оптимального способа починки, включая влияние формы и размера вставки на прочность и долговечность. После скрупулезного и исчерпывающего тестирования в реальных сценариях производства шпона и фанеры компания Raute передала вставки в форме бабочек в организацию APA для лабораторной оценки. Результаты показали, что эти вставки могут нести вдвое большую нагрузку по сравнению со стандартными вставками, которые применялись в отрасли. По состоянию на декабрь 2019 года вставки в форме бабочек были включены в обновленный стандарт на шпон класса A (Добровольный стандарт на продукцию PS 1-19 «Строительная фанера») под названием «составная лодочка с несколькими закругленными концами». До этого Министерство торговли США (USDOC) и Национальный институт стандартов и технологий (NIST) не меняли стандарты на вставки с 2010 года (последние обновления стандарта на продукцию приводятся на стр. 17—19).

«Стандарты составляют и обновляют в процессе достижения общего согласия, привлекая многочисленных игроков и партнеров отрасли и полагаясь на данные», — рассказывает Стив Зилковски, директор APA по качеству услуг. — «Таким образом мы участвовали в развитии деревообрабатывающей промышленности на протяжении многих лет».


Вставки в форме бабочки теперь включены в обновленный Добровольный стандарт на продукцию PS 1-19.

В ожидании следующей революции

Первая промышленная революция произошла около 260 лет назад. Вторая революция произошла 110 лет спустя, а третья — около 70 лет назад.

Предполагается, что в настоящее время идет четвертая технологическая революция, которая размоет границы между физической, цифровой и биологической сферами. Такие технологии, как искусственный интеллект, автономные транспортные средства и Интернет наряду с голосовой поддержкой, распознаванием лиц и цифровыми датчиками здоровья изменяют образ существования людей, компаний, организаций и даже правительств, преобразуя общество, как и предыдущие промышленные революции.

С наступлением Четвертой промышленной революции радикальные перемены в обществе должны наступить уже скоро. Что будет означать Четвертая промышленная революция для отрасли производства фанеры и деревообрабатывающей промышленности? Как будут выглядеть заводы будущего, оснащенные искусственным интеллектом и автономным оборудованием? Работая сообща, участники отрасли будут продолжать ее трансформацию.

Автор: Джун де ля Паз. «Инновации в области композитных материалов из древесины приводят к революционным изменениям в технологиях». Выпуск журнала Engineered Wood Journal за весну—лето 2020 г.: стр. 10—15.

Share: