СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ И ВЛАГОСТОЙКОСТИ ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ И ДРЕВЕСНО-ВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ

УДК: 674.815-41:691.115

Аннотация

В статье представлен сравнительный анализ физико-механических свойств древесных плит, изготовленных на основе древесной стружки и древесного волокна, а именно ДСП, ЛДСП, МДФ, ХДФ и ЛМДФ, которые широко используются в мебельной промышленности и строительстве и представлены на рынке Республики Узбекистан. Исследование проведено с целью оценки качества и эксплуатационных характеристик плит различных производителей, представляющих Россию, страны Европы и Иран. Экспериментальные испытания выполнены в аккредитованной испытательной лаборатории в соответствии с требованиями нормативных документов ГОСТ 10632-2014, ГОСТ 32289-2013 и O‘zDSt 3478-2020 с применением стандартных методик испытаний по ГОСТ 10634-88, ГОСТ 10635-88 и ГОСТ 27680-88. В ходе работы были определены и проанализированы основные показатели качества плитных материалов, включая предел прочности при статическом изгибе, плотность, влажность, разбухание по толщине после воздействия влаги и отклонение фактической толщины от номинального значения. Проведённое сравнение позволило выявить различия в свойствах исследуемых материалов в зависимости от их типа и страны происхождения. Полученные результаты показали, что продукция европейских производителей характеризуется наиболее высокими показателями прочности, стабильности размеров и устойчивости к изменению влажностных условий. Среди исследованных материалов наилучшие результаты по совокупности изученных показателей продемонстрировала плита ЛМДФ (ламинированная древесноволокнистая плита средней плотности), что подтверждает её высокие эксплуатационные свойства и перспективность применения в производстве мебели и элементов внутренней отделки помещений.

Abstract

The article presents a comparative analysis of the physical and mechanical properties of wood-based panels manufactured from wood particles and wood fibers, namely particleboard (PB), laminated particleboard (LPB), medium-density fiberboard (MDF), high-density fiberboard (HDF), and laminated medium-density fiberboard (LMDF), which are widely used in the furniture and construction industries and are commonly available on the market of the Republic of Uzbekistan. The study was carried out to evaluate the quality and performance characteristics of panels produced in Russia, European countries, and Iran. Experimental tests were conducted in an accredited testing laboratory in accordance with the requirements of GOST 10632-2014, GOST 32289-2013, and O‘zDSt 3478-2020, using standard testing methods specified in GOST 10634-88, GOST 10635-88, and GOST 27680-88. The main quality indicators were determined and analyzed, including bending strength, density, moisture content, thickness swelling after water exposure, and deviation of actual thickness from nominal thickness. The comparative assessment made it possible to identify differences in the properties of the investigated materials depending on both the panel type and the country of origin. The obtained results demonstrated that products manufactured in European countries exhibited the highest strength characteristics, dimensional stability, and resistance to moisture-related changes. Among all tested materials, laminated medium-density fiberboard (LMDF) showed the best overall performance based on the evaluated parameters, confirming its high operational properties and its potential for use in furniture manufacturing and interior finishing applications.

Ключевые слова: древесностружечная плита (ДСП), ламинированная, предел прочности при изгибе, плотность, разбухание по толщине

Keywords: particleboard, laminated particleboard, bending strength, density, thickness swelling

Введение

В настоящее время в мебельной промышленности, строительно-отделочных и интерьерных работах композитные плитные материалы на основе древесной стружки и волокна — ДСП (древесно-стружечная плита), ЛДСП (ламинированная ДСП), МДФ (древесноволокнистая плита средней плотности), ХДФ (древесноволокнистая плита высокой плотности) и ЛМДФ (ламинированная МДФ) — входят в число наиболее популярных материалов [1, 2]. Такие плиты, вследствие дефицита и удорожания натуральной древесины, приобретают большое экономическое значение для промышленности, обеспечивая эффективную переработку вторичного сырья деревообработки и мелкоразмерных древесных отходов [3].

На рынок Республики Узбекистан плиты данного типа в основном импортируются из Российской Федерации, стран Европейского Союза (Австрия, Германия, Польша) и Исламской Республики Иран. Несмотря на ежегодный рост объёмов местного производства, высокая доля импорта сохраняется. В связи с этим оценка соответствия показателей качества плит, произведённых в разных странах, требованиям стандартов и их сравнительный анализ являются актуальной научно-практической задачей.

Потребительские свойства плит характеризуются их физико-механическими показателями — пределом прочности при изгибе (σ, МПа), плотностью (ρ, кг/м³), влажностью (W, %), разбуханием по толщине (в течение 24 часов, %) и отклонением толщины (мм) . Данные показатели определяют конструкционную прочность плиты, влагостойкость, стабильность размеров и срок службы [1, 2].

Цель исследования — изучение физико-механических свойств плит ДСП, ЛДСП, МДФ, ХДФ и ЛМДФ различных производителей, представленных на рынке Узбекистана, на основе экспериментальных испытаний и проведение сравнительного анализа [4].

Объект и методы исследования

В качестве объекта исследования были выбраны десять образцов плит, относящихся к следующим трём группам:

— ДСП (древесно-стружечная плита) — три образца: продукция России, Европы и Ирана (толщина 16 мм, стандарт испытаний — ГОСТ 10632-2014 );

— ЛДСП (ламинированная ДСП) — три образца: продукция России, Европы и Ирана (толщина 16 мм, стандарт испытаний — ГОСТ 32289-2013 [7]);

— плиты МДФ, ХДФ и ЛМДФ — четыре образца: МДФ (Европа), ХДФ (Европа и Россия) и ЛМДФ (Европа); стандарт испытаний — O‘zDSt 3478-2020.

Испытания проводились в аккредитованной испытательной лаборатории в соответствии с требованиями действующих нормативно-технических документов. Условия испытаний: температура воздуха t = 20,1–20,6 °C, относительная влажность φ = 65–68 %[5].

Методики испытаний были выбраны следующим образом:
— определение влажности — методом высушивания и взвешивания по ГОСТ 10634-88 (пункт 3.1) ;

— определение плотности — методом геометрических измерений и взвешивания по ГОСТ 10634-88 (пункт 3.2) ;

— определение разбухания по толщине — методом выдерживания образца в воде в течение 24 часов по ГОСТ 10634-88 (пункт 3.3) (размер образца 100×100 мм) ;

— определение предела прочности при изгибе — испытанием на статический изгиб по ГОСТ 10635-88 (пункт 3.5) ;

— определение толщины и её отклонения — измерением с помощью микрометра по ГОСТ 27680-88 .

Результаты испытаний относятся только к испытанным образцам.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты испытаний плит ДСП (ГОСТ 10632-2014)

Испытания плит ДСП были проведены на продукции трёх производителей из разных стран. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты испытаний ДСП (древесно-стружечной плиты), ГОСТ 10632-2014

Продукция европейского производителя показала более высокие результаты по прочности при изгибе (15,3 МПа) по сравнению с образцами России (11,2 МПа) и Ирана (10,2 МПа) — соответственно на 36,6 % и 50 % выше. Прочность иранского образца (10,2 МПа) находится очень близко к минимальному пределу стандарта, что свидетельствует о сравнительно более низком качестве продукции. Европейский образец также показал наилучший результат по показателю разбухания по толщине (20,5 %).

Результаты испытаний плит ЛДСП (ГОСТ 32289-2013. Результаты испытаний ламинированных древесно-стружечных плит приведены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты испытаний ЛДСП (л. аминированной древесно-стружечной плиты), ГОСТ 32289-2013

Образец ЛДСП европейского производителя достиг значения прочности при изгибе 15,8 МПа, что значительно превосходит показатели продукции России (11,6 МПа) и Ирана (11,4 МПа). По плотности европейская продукция (780 кг/м³) также занимает лидирующее положение, превосходя образцы Ирана (705 кг/м³) и России (618 кг/м³). Разбухание по толщине российского образца (25,6 %), хотя и находится в пределах требований стандарта (≤ 30 %), близко к верхней границе нормы и является показателем более низкого качества по сравнению с другими образцами. Это объясняется различиями в типе связующего вещества и технологии производства [1].

Результаты испытаний плит МДФ, ХДФ и ЛМДФ (O‘zDSt 3478-2020)

Результаты испытаний древесноволокнистых плит обобщены в таблице 3.

Таблица 3. Результаты испытаний плит МДФ, ХДФ и ЛМДФ, O‘zDSt 3478-2020

Результаты таблицы 3 показывают, что физико-механические свойства древесноволокнистых плит значительно выше по сравнению с древесно-стружечными плитами [2]. Образец ЛМДФ (Европа) достиг показателя прочности при изгибе 30,8 МПа — что почти в два раза превышает требования стандарта O‘zDSt 3478-2020 [8] (16 МПа). Такой высокий результат связан с механически упрочняющим эффектом ламинированного покрытия и высокой плотностью плиты (830 кг/м³). Разбухание по толщине образца ЛМДФ составило всего 9,8 %, что является наименьшим показателем и подтверждает высокую влагостойкость плиты.

Образец ХДФ (Россия) по показателю разбухания по толщине (24,0 %) продемонстрировал результат, близкий к верхнему пределу стандарта (≤ 25 %), что свидетельствует о значительно более низком качестве по сравнению с европейским образцом ХДФ того же класса (16,0 %). Такое различие, вероятно, объясняется отличиями в содержании смолы, типе связующего вещества и параметрах давления при прессовании [1, 10].

Общий сравнительный анализ по видам продукции и странам-производителям.

Общий сравнительный анализ результатов проведённых испытаний (таблицы 1, 2 и 3) позволяет сделать следующие выводы:

— по прочности при изгибе возрастающий ряд образцов сформировался следующим образом: ДСП Иран (10,2 МПа) < ДСП Россия (11,2 МПа) < ЛДСП Иран (11,4 МПа) < ЛДСП Россия (11,6 МПа) < ДСП Европа (15,3 МПа) < ЛДСП Европа (15,8 МПа) < ХДФ Россия (16,9 МПа) < МДФ Европа (18,1 МПа) < ХДФ Европа (18,2 МПа) < ЛМДФ Европа (30,8 МПа);

— во всех категориях лидируют изделия европейских производителей: они характеризуются низким разбуханием по толщине, высокой прочностью и минимальными отклонениями толщины от номинального значения;
— все образцы, включённые в испытания, соответствуют требованиям действующих нормативно-технических документов, однако показатели некоторых образцов России и Ирана близки к предельным значениям стандартов;
— древесноволокнистые плиты (МДФ, ХДФ, ЛМДФ) превосходят древесно-стружечные плиты (ДСП, ЛДСП) по всем основным механическим показателям, что делает их более предпочтительным материалом для ответственных мебельных и отделочных конструкций;

— по показателю влажности все образцы находятся в нормативных пределах (4,4–6,7 %), что свидетельствует о правильной организации условий хранения плит до испытаний и стабильности технологии производства[6].

Заключение

В данном исследовании на основе испытаний, проведённых в условиях аккредитованной испытательной лаборатории «UzMetConstruction», были определены и сравнительно проанализированы физико-механические свойства десяти образцов древесных композитных плит (ДСП, ЛДСП, МДФ, ХДФ, ЛМДФ), представленных на рынке Узбекистана. Сформулированы следующие выводы:

- В разрезе стран-производителей европейская продукция показала наивысшие показатели качества по прочности, влагостойкости и стабильности размеров. Образцы из Ирана и России, хотя и находятся в пределах требований стандартов, по отдельным параметрам близки к предельным значениям нормы.

- В разрезе видов продукции ламинированная МДФ (ЛМДФ) продемонстрировала наивысшие механические характеристики: прочность при изгибе — 30,8 МПа, плотность — 830 кг/м³, разбухание по толщине — 9,8 %.

- Полученные данные могут быть использованы для организации мониторинга качества древесных композитных плит в Республике Узбекистан, установления эталонов качества для местного производства, а также для научно обоснованного выбора материалов в мебельной и строительно-отделочной промышленности [3].

- Исследование открывает перспективы для более глубокого изучения влияния различных связующих веществ (на основе формальдегида, изоцианатов, меламина) и режимов прессования на свойства плит [10].

Список литературы:

1. Candan Z., Akbulut T. Physical and mechanical properties of medium density fiberboard (MDF) panels bonded with different resin types // BioResources. — 2020. — Vol. 15, No. 4. — P. 8700–8712.
2. Сафин Р.Г., Хайруллин И.Р. Исследование свойств древесноволокнистых плит средней и высокой плотности // Лесотехнический журнал. — 2022. — Т. 12, № 3. — С. 112–120.
3. Bekhta P., Krystofiak T. The influence of density profile on the mechanical properties of MDF panels // European Journal of Wood and Wood Products. — 2020. — Vol. 78, No. 6. — P. 1181–1190.
4. Беляев В.В., Морозов С.В. Влияние ламинирования на физико-механические характеристики древесных плит // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. — 2022. — Вып. 240. — С. 169–181.
5. Nazerian M., Ebrahimi G. Effect of board density on physical and mechanical properties of particleboard // Journal of Wood Science. — 2020. — Vol. 66. — Art. 54.
6. Ayrilmis N. Surface quality and mechanical properties of laminated wood-based panels // Materials. — 2021. — Vol. 14, No. 9. — Art. 2338.
7. Taghiyari H.R., Karimi A. Comparative study of water absorption and thickness swelling in wood-based panels // Construction and Building Materials. — 2021. — Vol. 287. — Art. 122972.
8. Волынский В.Н. Технология стружечных и волокнистых древесных плит: учеб. пособие. — Таллинн: Desiderata, 2010. — 192 с.
9. Thoemen H., Irle M., Sernek M. (eds.) Wood-Based Panels: An Introduction for Specialists. — London: Brunel University Press, 2010. — 283 p.
10. Махмадиев О.М., Хасанов А.А. Технология древесных и композиционных материалов: учебное пособие. — Ташкент: Узбекистан, 2019. — 248 с.
11. Roffael E., Schneider T., Dix B. Effect of moisture content on the formaldehyde release from МДФ // European Journal of Wood and Wood Products. — 2015. — Vol. 73, No. 3. — P. 405–407.
12. Курьянова Т.К., Ефимов А.А. Сравнительный анализ физико-механических свойств МДФ и ДСП, используемых в мебельном производстве // Деревообрабатывающая промышленность. — 2021. — № 2. — С. 26–31.
13. Коваль В.В., Кислицын А.Н. Сравнительная оценка прочностных характеристик ЛДСП и ЛМДФ // Лесной вестник. Forestry Bulletin. — 2023. — Т. 27, № 2. — С. 88–96.
14. Сафин Р.Г., Мухаметзянов И.Ш. Водопоглощение и разбухание древесных плит различного типа // Деревообрабатывающая промышленность. — 2023. — № 4. — С. 15–22.

References:

1. Candan Z., Akbulut T. Physical and mechanical properties of medium density fiberboard (MDF) panels bonded with different resin types // BioResources. — 2020. — Vol. 15, No. 4. — P. 8700–8712.
2. Safin R.G., Khairullin I.R. [Investigation of the properties of medium- and high-density fiberboards]. Lesotekhnicheskiy zhurnal, 2022, vol. 12, no. 3, pp. 112–120. (In Russ.)
3. Bekhta P., Krystofiak T. The influence of density profile on the mechanical properties of MDF panels // European Journal of Wood and Wood Products. — 2020. — Vol. 78, No. 6. — P. 1181–1190.
4. Belyaev V.V., Morozov S.V. [The effect of lamination on the physical and mechanical characteristics of wood-based panels]. Izvestiya Sankt-Peterburgskoy lesotekhnicheskoy akademii, 2022, iss. 240, pp. 169–181. (In Russ.)
5. Nazerian M., Ebrahimi G. Effect of board density on physical and mechanical properties of particleboard // Journal of Wood Science. — 2020. — Vol. 66. — Art. 54.
6. Ayrilmis N. Surface quality and mechanical properties of laminated wood-based panels // Materials. — 2021. — Vol. 14, No. 9. — Art. 2338.
7. Taghiyari H.R., Karimi A. Comparative study of water absorption and thickness swelling in wood-based panels // Construction and Building Materials. — 2021. — Vol. 287. — Art. 122972.
8. Volynskiy V.N. Tekhnologiya struzhechnykh i voloknistykh drevesnykh plit: ucheb. posobie [Technology of chip and fiber wood boards: textbook]. Tallinn, Desiderata Publ., 2010. 192 p. (In Russ.)
9. Thoemen H., Irle M., Sernek M. (eds.) Wood-Based Panels: An Introduction for Specialists. — London: Brunel University Press, 2010. — 283 p.
10. Makhmadiev O.M., Khasanov A.A. Tekhnologiya drevesnykh i kompozitsionnykh materialov: uchebnoe posobie [Technology of wood and composite materials: textbook]. Tashkent, Uzbekistan Publ., 2019. 248 p. (In Russ.)
11. Roffael E., Schneider T., Dix B. Effect of moisture content on the formaldehyde release from МДФ // European Journal of Wood and Wood Products. — 2015. — Vol. 73, No. 3. — P. 405–407.
12. Kur'yanova T.K., Efimov A.A. [Comparative analysis of the physical and mechanical properties of MDF and particleboard used in furniture production]. Derevoobrabatyvayushchaya promyshlennost', 2021, no. 2, pp. 26–31. (In Russ.)
13. Koval' V.V., Kislitsyn A.N. [Comparative evaluation of the strength characteristics of laminated particleboard and laminated MDF]. Lesnoy vestnik. Forestry Bulletin, 2023, vol. 27, no. 2, pp. 88–96. (In Russ.)
14. Safin R.G., Mukhametzyanov I.Sh. [Water absorption and swelling of various types of wood-based panels]. Derevoobrabatyvayushchaya promyshlennost', 2023, no. 4, pp. 15–22. (In Russ.)