Изобретенные сравнительно недавно ориентированно-стружечные плиты OSB относятся к классу плитных древесных композиционных материалов и, являясь прекрасным конструкционным материалом, нашли широкое применение за рубежом в строительной индустрии как альтернатива клееной фанере ФСФ повышенной водостойкости. Не уступая по физико-механическим свойствам фанере, они превосходят фанеру по себестоимости изготовления за счет использования сырья более низкого качества и, соответственно, более дешевого, а также за счет высокого коэффициента его использования.
Плита OSB успешно применяется в промышленном панельном и каркасном домостроении. В строительстве наибольшее применение нашли плиты толщиной от 6 до 18 мм. В России 85% продаваемой плиты это OSB 9 мм и OSB 12 мм. Совершенствование технологии прессования за счет внедрения прессов непрерывного действия и установок предварительного прогрева ковра позволили существенно расширить спектр выпускаемой продукции. В настоящее время производятся плиты толщиной до 38 мм, а в ближайшее время предполагается выпуск специальных изделий толщиной до 63 мм, что даст возможность использовать эти материалы для изготовления несущих элементов силовых конструкций и тем самым значительно расширить область применения OSB.
В условиях промышленного производства ориентированно-стружечные плиты проходят весь цикл механической обработки (пиление, фрезерование, сверление, шлифование), а также отделочные операции пластей плиты. На процесс их резания, как и других плитных древесных композиционных материалов, оказывают влияние строение и свойства древесного композита. Для изучения обрабатываемости плит резанием рассмотрена структура плит OSB 12 мм на основе древесины сосны, которые производятся фирмой Glunz (Германия).
OSB плита представляет собой плотнопрессованную трехслойную плиту из плоской ориентированной щепы сосны или лиственных пород древесины, проклеенную синтетическими экологически чистыми клеями под воздействием высокого давления и температуры. Как уже отмечалось ранее, в США и Канаде OSB плита стала достойной и недорогой заменой для такого материала как хвойная фанера повышенной водостойкости.
Крупноразмерные древесные частицы, называемые в западной литературе стрендами, имеют малую толщину (0,5–0,75 мм) и укладываются в трех слоях, причем в наружных слоях располагаются вдоль главной оси плиты, а во внутреннем – перпендикулярно. Каждый слой формируется отдельными ориентирующими головками, которые укладывают стружку на движущийся поддон конвейера.
В наружном слое плиты укладывается длинная стружка, которая ориентирована преимущественно в направлении вдоль плиты (по главной оси). Основную долю (по площади) составляют стренды шириной 10–30 мм и длиной 70–120 мм (70–80 %), имеющие, как правило, правильную прямоугольную форму. Крупная стружка (6–10 %) шириной 35–45 мм (в отдельных случаях до 60мм) отличается широким диапазоном размеров по длине (от 50 до 160 мм) и разнообразием форм частиц. Она имеет наибольшее число дефектов на поверхности в виде трещин, расслоений и разрывов. Основную массу мелких частиц составляет стружка шириной 5–10 мм и длиной от 40 до 80 мм. Особо мелкие частицы (менее 3 мм) имеют иглообразную форму.
Угол, образованный направлением укладки отдельных стрендов и главной осью плиты OSB, зависит от длины стружки и составляет от 10 до 45° для длинных частиц размером более 100–120 мм. Мелкие стренды располагаются в наружном слое достаточно хаотично, и угол укладки их может достигать 80°.
Толщина наружного слоя, стренды в котором ориентированы в продольном направлении плиты OSB, неодинакова и колеблется по сечению плиты в пределах 2–3,5 мм. Соответственно, внутренний слой с поперечной ориентацией стрендов по отношению к главной оси плиты имеет толщину от 3 до 6 мм.
Внутренний слой плиты сформирован мелкой стружкой, оставшейся при сортировке щепы для наружного слоя. Частицы самой разнообразной формы, ориентированные в поперечном направлении, располагаются в этом слое достаточно хаотично.
При производстве OSB в качестве связующего для наружных слоев используются меламиновомочевинные смолы, а для внутреннего слоя – фенолоформальдегидные или эфиры изоционатов. Стружечный ковер в процессе горячего прессования уплотняется и нагревается до температуры отверждения связующего (170–200 °С). Смола, растекаясь по поверхности частиц при нагреве и прессовании, затвердевает и образует клеевое соединение. Избыточное количество смолы частично выдавливается в поровое пространство, которое создается в результате неплотной укладки стрендов при формировании ковра. Смола затвердевает с образованием плотной пленки.
За счет гибкости стрендов обеспечивается высокая плотность их укладки, поэтому вероятность структурных дефектов в наружных слоях у OSB ниже по сравнению с ДСП. Тем не менее, в наружном слое формируются открытые поры размером от 2 до 5 мм и глубиной 0,5–2,5 мм, имеющие чаще всего треугольную, трапецеидальную или щелевидную форму.
Распределение пор на поверхности плиты неравномерное и зависит от размеров стружки. При уменьшении размеров стружки увеличивается их глубина и количество на единице площади.
Внутренний слой имеет поры закрытого типа, форма которых может быть самой разнообразной. Размеры пор в 1,5–2 раза меньше по сравнению с наружным слоем, однако количество их в единице объема больше. Таким образом, внутренний слой имеет более высокую пористость.
Шероховатость поверхности OSB плиты обеспечивается гладкостью частиц. Крупные стренды могу иметь трещины в продольном направлении, которые образуются на стадии формирования ковра и прессования плиты, но они практически не влияют на шероховатость и прочностные показатели плиты. Частицы во внутреннем слое подвержены большей степени деформации при прессовании и могут иметь разрушения как в продольном, так и поперечном направлениях.
Физико-механические свойства ориентированно-стружечных плит зависят от распределения стружечной массы по толщине плиты. С увеличением доли высококачественных стрендов по толщине прочность OSB возрастает. Из стандарта EN 300 видно, что физико-механические свойства ориентированно-стружечных плит низкой влагостойкости (OSB-2), используемых для внутренних помещений, и высокой влагостойкости (OSB-3) для наружных условий эксплуатации не отличаются в части прочности и упругости, а имеют разные показатели по разбуханию после погружения в воду.
Анализ строения и физико-механических свойств ориентированно-стружечных плит с точки зрения влияния их на обрабатываемость резанием позволяет сделать следующие выводы:
1. Плиты OSB представляют собой анизотропный древесный композиционный материал, механические свойства которого зависят от направления главной оси плиты, распределения высококачественных стрендов и толщины плиты. При увеличении толщины плиты прочностные показатели уменьшаются.
2. Ориентированно-стружечные плиты являются пористыми материалами, что влияет на характер стружкообразования при резании и качество обработанной поверхности.
3. Анизотропию свойства плиты в продольном и поперечном направлении необходимо учитывать при выборе режимов резания с целью получения требуемого качества обработки.
4. OSB плиты являются трехслойным материалом, и особенности строения каждого слоя оказывают различное влияние на режущие свойства инструмента.