Сотовый заполнитель – тип ячеистых структур конструкционного назначения, формируемых из тонколистовых материалов и представляющий собой множество смежных изолированных друг от друга ячеек, по форме напоминающих пчелиные соты. Сечение ячеек может быть шестигранным, четырехгранным (один из вариантов – перетянутая шестиугольная ячейка, в которой угол раскрытия ячейки равен 90 градусов), а также более сложным (так называемая флекс-ячейка). Из всех конструкционных материалов сотовые панели обеспечивают одно из самых высоких соотношений «прочность/масса» и «жесткость/масса».
Применение бумажного сотового заполнителя
Появление сотового заполнителя обязано интенсивным поискам авиационных инженеров нового материала, необходимого для заполнения среднего слоя в конструкциях типа «сэндвич». Конструкция «сэндвич» состоит из двух оболочек (обшивок) разнесенных друг от друга на какое-то расстояние, заполненное более легким наполнителем. «Сэндвичи» обладают высокой жесткостью и прочностью при малом весе. Впервые сотовый заполнитель был изготовлен, как это неудивительно, владельцем цирка Джорджем Мэем в 1943 году. На начальном этапе он активно применялся в автомобильной и военной промышленности. Строители и мебельщики заметили достоинства этого материала значительно позднее. В мире основное применение сотовые панели нашли в производстве дверей, мебельных фасадов, столешниц, нестандартных рельефных, криволинейных, утолщенных строительных и декоративных конструкций. Также довольно широкое применение соты нашли в производстве упаковки и тары (поддонов), выставочных стендов и спортинвентаря. Перспективно использование бумажного сотового заполнителя в конструкциях интерьера пассажирских транспортных средств. В России сложилась своя специфическая практика применения бумажного сотового заполнителя, отличная от принятой в других странах. Первоначально производство бумажного сотового заполнителя было связано со строительством «хрущевок». Большие объемы возведения жилья требовали новых технологий, удешевляющих и ускоряющих строительство. Несколько установок для изготовления сотового заполнителя, приобретенные за рубежом, обеспечивали производство облегченных дверных полотен. Однако в дальнейшем производство бумажного сотового заполнителя не получило широкого распространения в нашей стране. Довольно долго российский рынок был равнодушен к сотовому заполнителю: мебель делали из ДСП, двери – с реечным заполнением.
В странах Западной Европы 60% всего производимого сотового заполнителя используется для производства мебельных и дверных полотен. В России совсем небольшая часть бумажного сотового заполнителя применяется в изготовлении тамбурата. Тамбурат – это трехслойные мебельные панели, наружные слои которых из ДСП или плиты MDF разной толщины, а между ними проложен слой ячеистого картона. Наиболее выгодно использование панелей толщиной 40-50 мм. Большая часть объемов потребления сотового заполнителя приходится на дверное производство. По оценкам специалистов, сейчас подавляющая часть отечественных межкомнатных дверей изготавливается с использованием бумажного сотового заполнителя. Существует большое разнообразие способов дешевого заполнения дверных полотен. До широкого распространения бумажного сотового заполнителя в дверном производстве практиковали в основном мелкопустотное заполнение щитовых дверных полотен деревянными брусками (рейками) или полосами ДСП, уложенными в продольном направлении; деревянными брусками (рейками), уложенными в поперечном направлении; элементами из клееной фанеры, мягкой и твердой ДВП, а также минеральной ваты. Иногда дверные полотна заполняли спиральными стружками, иногда фрагментами из многослойного гофрокартона, прирезанными в необходимый размер. В середине 2000-х годов доля деревянных дверей с сотовым наполнителем в общем объеме мирового дверного производства была около 70%, а затем стала расти. Особенно широко ячеистый заполнитель стал практиковаться в период мирового финансового кризиса, когда компании-производители всерьез задумались о снижении издержек. А вот в российской мебельной промышленности тамбурат применяется пока не слишком широко, потому что сложилась многолетняя практика использования в производстве мебели древесно-стружечных плит. В последние десять лет мебельный рынок постепенно осваивает новые, более легкие материалы, такие как плиты MDF и HDF. Российские производители сотового заполнителя не скрывают разочарования: мебельный рынок не оправдал их ожиданий. Возможно, время мебельных плит с сотовым заполнением наступит лет через пять – семь, когда мебельщики оценят прочность этого материала и его экономичность.
Характеристики и особенности сотового заполнителя
Основным параметром бумажного сотового заполнителя является размер ячейки, который представляет собой расстояние между параллельными гранями ячейки (иногда об этом параметре говорят, как о диаметре окружности, вписанной в шестигранную ячейку). Чем больше этот размер, тем меньше используется картона и, соответственно, дешевле сам материал.
Геометрические параметры сотовой ячейки, где a – размер ячейки; c – длина грани сотовой ячейки.
Сотовый заполнитель с шестигранной ячейкой. L – длина сотового заполнителя, в этом направлении сотовый заполнитель растягивается при его изготовлении или переработке. B – ширина сотового заполнителя. H – высота сотового заполнителя (в основном соответствует высоте закладных деталей и обрамляющего контура – рамки).
Сотовый заполнитель с прямоугольной ячейкой.
Сотовый заполнитель с флекс-ячейкой.
Сотовый заполнитель с шестигранной ячейкой обладает максимальной жесткостью и предназначен, как правило, для изготовления плоских панелей, с четырехгранной – для изготовления панелей цилиндрической формы (он обладает прекрасной гибкостью в одной плоскости, не теряя при этом прочностные характеристики). Гибкая флекс-ячейка позволяет формировать трехмерные криволинейные поверхности. Наибольшее распространение нашли сотовые заполнители с шестигранной формой ячейки.
Размер ячеек варьируется от 16 до 45 мм, высота (толщина) соты – от 10 до 100 мм. Длина сотового полотна может быть разной, но ширина обычно начинается с 850 мм. Еще один важный показатель – влажность картона. Чем она выше, тем ниже прочность ячейки на сжатие. Нормальной считается влажность 8—10%.
При использовании сотовый заполнитель растягивается вручную (усилия минимальные) или на специальном оборудовании и закладывается в заранее подготовленное пространство. При растяжении сотовый заполнитель увеличивает свой объем в 10-40 раз, поэтому поставка сотового заполнителя в сжатом виде является одним из существенных достоинств этого материала: транспортировка и хранение одного куб. м сотового заполнителя эквивалентна 10-40 куб. м другого традиционного материала, например, ДСП или древесины.
Сотовый заполнитель, по сути, представляет собой конструкцию, состоящую, как минимум, из двух материалов – бумаги и клея. Отсюда следует, что при равных геометрических параметрах физико-механические свойства сотового заполнителя существенно зависят от свойств бумаги и клея. В качестве клея при изготовлении сотового заполнителя как в нашей стране, так и за рубежом, практически везде используют эмульсию ПВА. Объясняется это в основном экологической чистотой этого адгезива, высокой технологичностью и экономической целесообразностью. Что важно помнить мебельщикам при переработке сотового заполнителя в изделие? – Панели с сотовым заполнителем нельзя длительно нагревать выше температуры полимеризации клея, использованного при изготовлении сотового заполнителя.
С бумагой дела обстоят разнообразнее. Сотовый заполнитель изготавливается из бумаги для упаковки марки «Б» по ГОСТ 7247-73 (ГОСТ 23233-78 Заполнитель сотовый бумажный), из картона для плоских слоев гофрокартона марки К3 (ГОСТ 7420-89), производимого из сульфатной небеленой целлюлозы и полуцеллюлозы с добавлением макулатуры по ГОСТ 7377-85) или из шпульной бумаги марки «Б» по ГОСТ 891-75 (ГОСТ 23233-78 Заполнитель сотовый бумажный). Как правило, все эти виды бумаги и картона производятся из макулатурного сырья. Самый качественный сотовый заполнитель изготавливают из крафт-картона (целлюлозного волокна). Крафт-картон (он же крафт-лайнер) – это отдельный вид картона, который был разработан для создания плоского слоя гофрокартона. Как правило, крафт-картон изготавливается из двух слоев. Верхний его слой обладает особенно высокой прочностью. Этот сорт картона обеспечивает особенную прочность изделию. У сотового заполнителя, произведенного из крафт-картона, жесткостные характеристики выше.
Следует отметить, что сотовый заполнитель 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 сотовым заполнителем практически бессмысленно.
Во-первых, это практически все межкомнатные двери: приемлемое качество при высокой технологичности изготовления и минимальных затратах.
Во-вторых, это изготовление мебельных элементов повышенной толщины. В этом случае великолепно сочетаются физико-механические свойства и экономические показатели. Например: при увеличении толщины сотового заполнителя 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 сотового заполнителя 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 сотовым заполнителем 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 сотового заполнителя – в нужных местах соты «продавливаются» филенчатой обшивкой во время процесса склейки.