Cклеивать до последнего: проблемы производства шпона при дефиците сырья

Лесопромышленный комплекс продолжает жить в условиях затянувшегося после коронакризиса «сырьевого ралли». Дефицит древесного сырья и пиломатериалов сохраняется, цены продолжают расти, отраслевые организации пролонгируют включение целого ряда продукции в ЛесЕГАИС для ограничения их поставок за рубеж. Тут хочешь не хочешь, а даже крупные предприятия начинают задумываться о максимальном снижении издержек и экономии ресурсов. В том числе это касается и шпона. Ведь не секрет, что после лущения и сушки неформатный, кусковой шпон составляет около 30% продукции.

Если учесть, что из одного чурака в среднем выходит около 5 метров шпона, то «отходы» — почти 1,5 метра. А сколько кубометров готового сырья выходит за смену даже на небольшом предприятии? Пожалуй, если соединить вместе неформатные «обрезки» материала, полученные за день, этим полотном можно запросто застелить городскую трассу.

А может, проблему «раздули»?

Возможно, те, кто пока не испытывает трудностей со снабжением, пополнением складских запасов и обеспечением объёмов производства, могут подумать, что ситуацию гипертрофировали и раздули до такого масштаба отраслевые СМИ и профессиональные ассоциации. Да, некоторые сложности существуют, но не изменять же из-за такого шума отлаженный за годы техпроцесс и не модернизировать же спешно линии сращивания.

Однако привычный рыночный уклад уже сошёл с рельсов под влиянием целого ряда факторов. Нарушение цепочек поставок сначала привело к остановке мощностей на многих предприятиях, а после — к их перегрузке при нехватке складских запасов.

Спрос высокий, сырья не хватает — приходится повышать стоимость, что приводит к подорожанию комплектующих.

Повлиял и выход с рынка целого ряда крупных игроков — из-за этого повышенную нагрузку пришлось распределять среди оставшихся в строю. И это в мировом масштабе. Среди лидеров в производстве фанеры (а значит, и шпона) выделяются США и Китай, и в период первой волны эти страны попросту выпали из игры. По данным Ассоциации «Лестех», доля Китая в производстве фанеры в общем объёме в 2020 году сократилась с 66,7 до 44,8%. Естественно, многие, кто закупал продукцию на азиатском рынке, обратили внимание также и на рынок российский. В результате в 2020 году отечественные предприятия экспортировали за рубеж почти 2,9 млн м3 фанеры — на 5,6% больше, чем в 2019-м.

И нельзя упускать из виду пожары, сокращение лесного фонда и неграмотную утилизацию древесных отходов. Нашей деревообрабатывающей отрасли пора обратиться в сторону циклической экономики, вторичной переработки и экономии ресурсов. Иначе России, даже при большой лесистости, рано или поздно придётся закупать сырьё за рубежом.

«Люди, к сожалению, не понимают, что если сейчас не заняться проблемой, то вскоре проблема займётся ими. Я имею в виду, что скоро государство перестанет игнорировать вопросы сбережения ресурсов и экологии. Ведь этот неприятный аспект сочетает в себе множество других, начиная с нехватки ресурсов, расходов средств, собственно, самого предприятия и заканчивая ущербом природе», — дал оценку ситуации генеральный директор Ассоциации мебельной и деревообрабатывающей промышленности России (АМДПР) Тимур Иртуганов.

Современные проблемы требуют сращивания

Если просмотреть новостную сводку, то именно в 2020-2021 году начали поступать сообщения от крупных производителей о модернизации своих мощностей, в том числе линий склеивания шпона. Например, в начале этого лета «Свеза» на своих официальных ресурсах оповестила о запуске новой линии ребросклеивания, которая позволит сшивать до 10 000 кубометров шпона в год. Инвестиции в проект составили порядка 50 млн рублей. Годом ранее комбинат ввёл в эксплуатацию японские линии ребросклеивания сырого шпона на своём предприятии в Костроме.

Общественные и научные деятели из отрасли деревообработки и производители-практики сходятся в одном: этап сращивания малоформатных кусков шпона обойти никак не получится, особенно в нынешних реалиях. В ином случае себестоимость продукта будет неоправданной.

«Скажу больше, без применения технологий склеивания шпона фанера выйдет буквально золотой. Ведь самые качественные форматные листы предназначены для наружных слоёв, фасадов. Внутрь обычно как раз идёт шпон, склеенный из неформатных отрезков. Составлять весь пакет полностью из идеального форматного шпона — это очень расточительно.

В себестоимость фанеры, несмотря на дороговизну клея (на эту составляющую приходится около 25% от общей цены), по большей части входят затраты на производство шпона, его сушку и т. д. Исходя из этого, склеивание кусков для нормализации размеров шпона может дать в среднем до 30% экономии. Даже с учётом отходов, образующихся при обрезке кромок.

Окончательная цифра, безусловно, зависит от множества факторов, таких как масштаб предприятия, его технические ресурсы, финансовые возможности и прочее. Однако издержки однозначно значительно снижаются», — подчеркнула доцент кафедры управления в технических системах и инновационных технологий УГЛТУ Елена Стенина.

«Наличие таких и схожих систем позволяет предприятию снизить требования к материальной базе, ведь маломерное берёзовое фансырьё более доступно на рынке и зачастую имеет меньшую стоимость. Также это помогает снизить количество отходов и избежать необходимости внедрения дополнительных операций по их использованию или переработке», — пояснил региональный директор Plytec Микко Пилси.

Линии склеивания применяют и в мебельной промышленности, где, на первый взгляд, объёмы используемого шпона даже близко не такие масштабные, как при изготовлении фанеры. Причём именно мебельщики отчётливо осознают, что разумное потребление шпона поможет сберечь и лесные ресурсы страны.

«Использование шпона в мебельной отрасли позволяет не только удовлетворять потребности целого ряда покупателей, которые не могут позволить себе натуральный массив, но и банально экономить деловую древесину. Грубо говоря, из одного бревна получится около четырёх обеденных столов. Но если мы изготовим из него натуральный шпон, его будет достаточно, чтобы путём облицовки изготовить уже 40 столов из качественных древесностружечных плит.

Это если в глобальном плане. В рамках самого мебельного производства сращивание шпона позволяет более выгодно изготавливать «рубашки» для больших объектов, таких как крупная корпусная мебель и дверные полотна», — заметил главный технолог ООО «Тимохины деревяшки» Роман Тарасов.

Что есть в распоряжении отрасли?

Как отмечают эксперты, пока в отечественной деревообработке наиболее активно применяют две технологии сращивания шпона: ребросклеивание и сращивание на ус. Почему так мало, при современном-то развитии технологий? Неужели никто не предлагает перспективных разработок?

Поиск тематической информации в интернете выдаёт данные по патентам, но довольно старым и часто от зарубежных промышленников. Например, заявка с датой публикации 10 октября 1995 года за авторством Катсудзи Хасегава «Способ склеивания листов шпона, включающий создание каналов на одной из поверхностей листа, нанесение клеевого слоя, соединение листов, спрессовывание с подачей горячего воздуха в каналы». Можно встретить патенты и от отечественных промышленников, но датированные ещё советским периодом.

«Фанерное производство и изготовление шпона — это, пожалуй, одни из самых благополучных ниш в деревообработке. Однако в этом направлении сегодня используют только две технологии сращивания, и радикального прогресса пока не наблюдается. Потому что в целом отрасль находится в некотором упадке, и для разработки новых методик ей требуются значительные дивиденды.

Конечно, после недавнего указа президента процесс активизировался, но всё равно остаётся очень вялым. Ведь в любом случае всё упирается в инвесторов, а они заинтересованы в быстрых доходах, которые с деревообработки получить практически невозможно. Мы не нефтедобывающая отрасль», — с сожалением констатировала Елена Стенина.

Схожая ситуация и в плане специализированного оборудования.

«Станкостроение у нас пока находится в таком же упадке, как и деревообработка. Многое было потеряно со времён СССР, в том числе по причине разрыва связей между ранее «братскими» странами. В Украине были хорошие производители специализированных линий, однако сегодня мы с ними почти не работаем. В целом, думаю, можно найти пододящие решения и у нас, среди отечественных компаний, но крупные предприятия ожидаемо закупают иностранные линии, потому что их качество уже проверено временем.

Лидерами в производстве оборудования для сращивания шпона являются Япония, Финляндия, Швейцария. Китай занимает довольно активную позицию, но пока исключительно в сегменте небольших полуавтоматических и автоматических станков. Хотя я не удивлюсь, если через пару лет они выведут на рынок интересные предложения в сегменте крупных промышленных машин», — высказала предположение Елена Ивановна.

Ребросклеивание

Итак, активных технологий сращивания всего две. Они отличаются по методикам и схемам отработки, и у каждой из них образовались свои сильные группы приверженцев.

«В рамках пилотного проекта по переработке древесных отходов мы ввели в эксплуатацию линию ребросклеивания сырого шпона. При раскатке шпона образуются такие отходы, как «карандаш» и шпонрванина, которые составляют 30% общего объёма сырья. Все эти остатки теперь можно использовать для изготовления готовой продукции, а это 2500 м3 неформатного шпона в год», — такими данными делилась пресс-служба комбината «Свеза» после запуска линии в Костроме.

По новостным сводкам можно заметить, что многие крупные фанерные комбинаты (Инзенский деревообрабатывающий завод, Илим-Тимбер, Мурашинский и Сыктывкарский фанерные заводы и другие) в разные годы в рамках модернизации часто устанавливали именно автоматизированные линии ребросклеивания.

«Неформатные и листы шпона с дефектами подаются на линию вырубки дефектов и ребросклеивания. Там происходит формирование полноформатных листов шпона из неформатных листов или из кускового шпона с предварительной вырубкой дефектов. Системой определения дефектов измеряются длина и толщина листов шпона, а также размеры дефектов в середине и по краям листов. Если размер дефекта больше максимально допустимой величины, то ножницы автоматически вырубают дефект», — описывает технологию главный технолог завода «Талион Терра» Татьяна Токарева в своём материале «Технология производства LVL».

После устранения дефектов необходимо выровнять кромки шпона для лучшей склейки — для этого также используют гильотинные ножницы. Полученные на этом этапе полосы-отходы перерабатывают в щепу.
В дорогих линиях часто применяют два ножа, а также лазерные отметки. Это не только обеспечивает идеально гладкий рез, но и повышает производительность. На некоторых предприятиях существует ещё один этап фугования кромок. Хотя обычно на линиях из более высокого ценового сегмента ножницы работают так, что дополнительная операция не требуется.

Для справки
При производстве шпона важным моментом, который также позволит добиться максимального полезного выхода, является правильное выполнение центрирования при установке чурака в лущильном станке. Эту операцию очень осложняет разнообразие форм поперечного сечения чураков и наличие неправильностей по их длине. Грамотно выполнить базирование позволяют центровочно-загрузочные устройства (ЦЗУ).

Расплавом, нитью или встык — как выбрать?

Далее на выровненные заготовки наносят клей и соединяют «ребро в ребро», образуя единое непрерывное полотно, которое впоследствии делят на сегменты необходимого размера.

Схемы ребросклеивания отличаются по применяемым клеевым материалам (лента, клеевая нить и клей-расплав), типу склеивания и направлениям подачи листов шпона (продольное или поперечное).

«Насколько разнообразен и индивидуален предлагаемый на рынке шпон, настолько разнообразны и мнения о том, какой способ ребросклеивания для какого продукта является самым лучшим. Невозможно установить твёрдые правила по вопросу, когда склеиванию шпона с помощью нити следует предпочесть ребросклеивание встык.

Критерии для выбора самого экономичного решения зависят от многих факторов, таких как, например, размеры предприятия, качество шпона, вид готовой продукции и т. д. Швы, склеенные встык, конечно же, относятся к самым высококачественным», — пишут в своих материалах специалисты бренда KUPER.

Самый распространённый вариант — склеивание листов поперёк волокон по ширине при помощи клеевой нити и термо-пластичного клея. По словам Татьяны Токаревой, клеевые нити придают шпону хорошую прочность на растяжение по ширине, а клеевые точки препятствуют их нахлёстке. При формировании пакета перед прессованием форматные листы укладывают таким образом, чтобы расположение волокон чередовалось, — это увеличивает прочность фанеры.

Многие специалисты считают, что ребросклейка — это более промышленная технология, дающая максимальное качество. Основным преимуществом метода называют отсутствие стыка, что положительно влияет как на эстетические, так и на физико-механические свойства готовой продукции. Более 60% листов, изготовленных по этой технологии, позволяют поднять сорт фанеры с категории С до категорий В и ВВ. На 1% ребросклеенного шпона возможное повышение коэффициента сортности фанеры составит 0,4-0,7%.

Склеивание на ус

Для производства строительной большеформатной фанеры требуется склеивание шпона по длине, и в этом случае чаще всего используют технологию сращивания на ус. Торцовые кромки кусков шпона срезают на клин, образуя так называемый ус на усовочных станках. На форумах и в виртуальных профсообществах часто указывают, что при таком виде сращивания на стыке часто остаются следы клея даже после шлифовки. А ещё отмечают, что нарезание усов — процесс трудоёмкий, связанный с большим расходом древесины.
Однако такие неудобства в основном встречаются при выполнении операций вручную или на недорогих ручных либо полуавтоматических станках. Профессиональные промышленные автоматизированные линии усования в большинстве случаев лишены таких недостатков.

«Наше оборудование работает по финской технологии сращивания листов шпона на ус. Особенность её в том, что фрезование кромок происходит при прохождении листов шпона на высокой скорости — до 2 м/с, что обеспечивает хорошее качество при высокой производительности.

Машины, работающие по такой технологии, предназначены для сращивания шпона по длине волокон. При производстве большеформатной фанеры наиболее востребовано именно сращивание по длине, так как такой шпон крайне затруднительно, а зачастую просто невозможно получить сразу в результате лущения, поскольку лущильное оборудование имеет ограничение по длине чурака до 2 м.

Путём такого сращивания можно получать листы большого формата при лущении шпона из маломерного фансырья до 5 футов без необходимости приобретения дорогостоящего 8-футового лущильного станка. А при выпуске фанеры размером 5х10 м и более такая технология является практически единственной для получения новой добавочной стоимости к выпускаемой продукции и выхода на новые рынки сбыта», — уточняет Микко Пилси.

Работа в тандеме

Как отмечают спикеры, на многих производствах линии усования работают в комплексе с линиями ребросклеивания, что позволяет получать максимально вариативную продукцию высокого качества.

«Ребросклеенные листы продольного шпона подаются на линию усования. Если лист шпона соответствует предъявляемым требованиям, то он поступает на конвейер выравнивания положения листа. Этот конвейер работает непрерывно и перемещает листы шпона к узлу калибрования и усования. Калибровочные головки усовочного станка выравнивают концы листа шпона, обрезая его до требуемой длины.

Затем усовочные головки скашивают оба конца листа шпона на ус с противоположных сторон листа. Длина скоса или угол нарезания уса регулируется. Длина уса составляет 20-25 мм. На линии усования также производится подготовка листов шпона для соединения внахлёст», — рассказывает в своём материале о производстве LVL Татьяна Токарева.

«На производстве используют, как правило, обе технологии, так как при сборке пакета фанерного листа попеременно применяют листы шпона как с дольным, так и с поперечным расположением волокон. Но без технологии сращивания шпона по длине волокон будет невозможно получить дольный шпон длиной более 2,5 м, что ограничивает линейку выпускаемых форматов фанеры», — подчёркивает Микко Пилси.

Чтобы сращивание прошло идеально

Преимущество комплексных промышленных линий в том, что они позволяют работать с сырьём любой породы. Настройки такие тонкие, что исключают зависимость оборудования от видов шпона — достаточно отладить требуемый режим.

«Мы используем оборудование из Швейцарии. Плюс линий такого сегмента в том, что они справляются со склеиванием шпона из любых пород дерева. В мебельной отрасли очень большая вариативность применяемых пород, поэтому такая функция очень важна. Главное — правильно настроить, но это уже завит от технологов производства», — уточняет Роман Тарасов.

«Особенности древесины учитываются при выборе установок параметров длины уса, температуры, давления и времени прессования. Механически процесс идентичен для любых видов древесины», — поясняет Микко Пилси.

Однако на одном лишь дорогом оборудовании далеко не уедешь. На качество шва влияет как предварительная подготовка шпона, так и обязательная проверка надёжности соединения. Поэтому на крупных фанерных предприятиях на всех этапах проверяют качество сырья и итоговой операции. В этом очень помогают датчики, установленные на самих линиях, однако часто для повышения эффективности и производительности их бывает недостаточно.

Например, в этом году на петербургском комбинате «Свезы» для контроля качества шпона задействовали нейронные сети, чтобы исключить ситуации, когда на линии изготовления большеформатной фанеры годные листы шпона сращиваются с дефектными, что приводит к порче обеих заготовок.

Для решения проблемы на комбинате внедрили систему машинного зрения на основе нейронных сетей. На линии сращивания установили высокоточные «умные» камеры, которые сканируют заготовки на предмет наличия брака. Если на линию попал дефектный шпон, камера передаёт сигнал на станок, и тот сортирует проблемный лист в отдельный карман. Также система проверяет качество намазки клеем.

Чтобы работа системы контроля стала возможной, специалисты комбината «обучили» нейросеть. Специально для этого сделали более 5000 фотографий шпона и отметили на них все возможные виды дефектов. По предварительным подсчётам, использование системы машинного зрения позволит предприятию ежегодно экономить более 160 кубометров берёзового сырья. Ожидаемый экономический эффект от внедрения инновации составляет не менее 1,5 млн рублей в год.

«Внедрив машинное зрение на участке склеивания шпона, мы можем тиражировать инновацию на все комбинаты «Свезы» и использовать аналогичные технологии на других участках производства», — объяснил руководитель Центра технического развития комбината «Свеза» в Санкт-Петербурге Дмитрий Орлик.

Дополнительно на линиях листы можно тестировать на влажность, толщину и плотность. Например, колебание толщины листов шпона может вести к перерасходу сырья. Измерители этой характеристики, установленные даже на одной линии, могут снизить среднегодовое потребление берёзового сырья более чем на 300 м3. На плотность шпон часто проверяют при помощи ультразвуковых волн: чем плотнее шпон, тем быстрее звук проходит через шпон. А для проверки качества выполняют просветку листов, которая позволяет выявить как их дефекты, так и недостатки склейки.

«Игнорировать этап контроля недопустимо даже при наличии максимально мощных и дорогих линий. Ведь в дальнейшем любые дефекты могут повлиять на склеивание самой фанеры», — предупреждает Елена Стенина.

---

Текст: Мария Бобова