НОВЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ ЛЕСНЫЕ ПРОДУКТЫ

Последние десятилетия увеличивается интенсивность разработки и внедрения новых продуктов. Это затрагивает все отрасли промышленности, в том числе и лесопромышленный комплекс. Если в середине прошлого века, цикл разработки и внедрения новых продуктов в ЛПК составлял 30−50 лет, то в настоящее время этот период сократился вдвое.

Кроме того, выросло количество инноваций в лесопромышленном комплексе, как в области новых продуктов, так и в области технологий их производства. Однако, не все лесные продукты доходят до стадии «зрелости» в своем жизненном цикле, для многих инноваций жизненный цикл заканчивается на стадии «роста».

На российском рынке за последние двадцать лет было успешно внедрено несколько древесных продуктов. Сюда можно отнести клееные конструкционные балки, древесноволокнистые плиты средней и высокой плотности (MDF и HDF), ориентировано-стружечные плиты (OSB), шпоновые балки LVL и некоторые другие продукты.

Например, масштабное применение шпоновых балок LVL до сих пор не достигло широкого потребления на внутреннем рынке и, в основном, ориентировано на экспорт. В то же время, российский рынок очень быстро принял древесноволокнистые плиты средней и высокой плотности (MDF/HDF) и ориентированно-стружечные плиты (OSB).

В настоящее время, российский лесопромышленный комплекс и отечественная лесная наука не являются генератором новых продуктов из древесины. Причин этого несколько, начиная от колоссального разрыва между реальной промышленностью и существующей научной средой, и заканчивая низким уровнем финансирования исследований с размытыми целями.

На настоящий момент, более половины российского лесопромышленного комплекса представлена иностранным бизнесом, поэтому наиболее вероятным будет выглядеть внедрение продукции, разработанной за рубежом.

Среди современных материалов на североамериканском рынке выделяют группу Structural Composite Lumber (SCL), что можно перевести как, конструкционные композитные балки. То есть, это группа продукции, которая предназначена для строительных и конструкционных работ при производстве которых использованы химические компоненты (клеи и связующие), которые позволяют достичь новых технических характеристик.

В зависимости от размеров древесного сырья, его породы, ориентации в готовом продукте и применяемых связующих компонентов, конечный продукт приобретает определенные, заранее запрограммированные свойства.

В настоящей статье мы сфокусируемся на этой группе композитных материалов, которые в настоящее время активно внедряются на североамериканском и, частично, европейском рынке. Кроме того, мы произведем предварительную оценку потенциала российского рынка для внедрения этих материалов в наших условиях, совместно со специалистами ООО «Национальное Лесное Агентство Развития и Инвестиций».

Тренд на производство композитных конструкционных древесных материалов прослеживается очень давно, что обусловлено большой долей низкокачественного древесного сырья, не имеющего широкого применения в промышленности в виде балансов, технологического сырья и дров, а также в виде отходов лесоперерабатывающих производств.

Основной объем круглого древесного сырья в мире представлен низкокачественной древесиной, особенно это актуально для стран восточной и юго-восточной Азии и южной Америки, где существенную долю древостоев представляют быстрорастущие и низкокачественные породы, которые не имеют широкого промышленного применения.

Переработка низкокачественного древесного сырья в качественные строительные и конструкционные материалы, позволяет решить эту проблему и предложить рынку продукцию, лишенную недостатков массивной древесины. Композитные материалы отличаются гомогенностью, отсутствием древесных пороков, большей устойчивостью к покоробленности, свилеватости и другим порокам, присущим изделиям из массивной древесины.

Так, например, широко применяемая в строительстве фанера начала вытесняться ориентированно-стружечной плитой (OSB) в конце прошлого века из каркасно-панельного строительства и ряда других областей применения, где технические характеристики фанеры избыточны.

В настоящий момент ОСП вытеснила фанеру из областей применения связанных с обшивкой поверхностей не требующих избыточно высоких прочностных показателей. Ключевым фактором успеха ОСП на мировом рынке является более низкая цена по сравнению с фанерой, которая базируется на использовании низкокачественного сырья и поточной технологии производства.

Таким образом, два конструкционных древесно-листовых материала разделили области применения согласно техническим характеристикам и экономической целесообразности.

Точно также, по пути дифференциации рынка и заполнения специфичных рыночных ниш происходит развитие новых конструкционных материалов.

Новые древесные композиты отличаются по техническим характеристикам, что определяет их потенциальное применение в конкретных областях по принципам технической достаточности и экономической целесообразности. Безусловно, такая эволюция древесных композитов сокращает на рынке долю «универсальных» материалов и требует от потребителей серьезных навыков использования новой продукции и понимания основных отличий между старой и новой продукцией.

Основные области применения продуктов этой группы предполагают использование в качестве стропил, несущих балок перекрытий, несущих колонн, оснований и стоек каркасных и фахверковых стен и в других областях.

На настоящий момент хорошо известным и стандартизованным продуктом на мировом рынке является балка LVL. Прочие композитные балки, такие как, PSL, OSL, LSL, развиваются только на североамериканском рынке и не являются стандартизируемой продукцией, так как в силу малого распространения, и не отработанной технологии производства не имеют окончательного технического облика.

Поэтому указанные композитные продукты продаются по техническим параметрам указанным производителем и используются в строительстве на основе его рекомендаций, что отражает экспериментальность продукции с точки зрения производства и применения.

В США и Канаде есть несколько производителей композитного бруса (Tolko Industries, Louisiana Pacific, Pacific Woodtech Corp. И пр.), но наиболее полную линейку производит и продает канадская компания Weyerhaeuser, по это причине мы сфокусируемся на рассмотрении продукции предлагаемой этой компанией.

Брус LVL разработан в 40-х и уже давно известен в России, но текущий опыт их внедрения на отечественном рынке, к сожалению, негативный. Порядка 90% производимой в России продукции экспортируется. Уровень отечественной культуру деревянного домостроения крайне низок, для успешной адаптации продукта на локальном рынке несмотря на его высокие технические характеристики.

Брус LVL производится путем перекрестного склеиванияшпона в непрерывный мат или балки, и требуют для производства высококачественное фанерное/пиловочное сырье. Это определяет довольно высокую стоимость продукции и высокие потребительские свойства.

На текущий момент, брус LVL можно назвать вершиной композитных материалов по техническим характеристикам, которые могут быть улучшены при использовании изоционатных связующих.

Брус LVL имеет широкое распространение в мире и их потребление постоянно растет, в том числе и на российском рынке.

Этот продукт разрабатывался в Канаде с конца 70-х. Название этого продукта можно интерпретировать как Параллельно-Ориентированный Стружечный Брус, по аналогии с укоренившимся в России переводом Oriented Strand Board как Ориентированно-Стружечная Плита (ОСП).

Продукт изготавливается из кусков шпона, обрезанных по длине, ориентированных в направлении длины изделия и склеенных между собой в требуемой форме. Коэффициент отношения длины кусков шпона к их толщине составляет 300.

Как не трудно догадаться данный продукт является эффективной утилизацией такого типа древесных отходов фанерного производства (или производства балок LVL), как шпон-рванина и обрезки шпона. Данный тип отходов может быть использован как для генерации тепловой энергии путем сжигания, так и для переработки в другие типы древесных плит или агломерированное древесное топливо — топливные брикеты/гранулы.

Однако, использование этого типа древесных отходов для производства конструкционных балок позволяет получить продукт с высокими потребительскими свойствами для использования в тяжелых условиях под нагрузкой и достаточно высокой ценой продажи на рынке. Такой подход позволяет утилизировать подобные древесные отходы от фанерного производства с максимальной эффективностью.

Стоит отметить, что существуют технологии производства PSL из круглого леса, а не из отходов фанерного производства, однако экономическая целесообразность такого подхода должна быть тщательно изучена. В условиях Северной Америки, где есть большие запасы тополя, осины и других быстрорастущих пород, такой подход может быть обоснован.

Балки PSL производятся в виде условно непрерывного мата с заданной толщиной и нарезаются на готовые изделия по стандартным ширинам. В качестве основного связующего используются фенолоформальдегидные и меламиноформальдегидные смолы. Канадская компания Weyerhaeuser выпускает балки PSL под брендом Parallam® для применения в качестве несущих балок перекрытий и стропил и в качестве конструкционных колонн.

Наличие колонн в номенклатуре продукции позволяет строить сооружения и каркасы фахверкового типа. Наиболее подходящим соединением PSL являются металлические элементы, что связано с большой толщиной балок PSL и, как результат, низкой эффективностью гвоздевого крепления. Применение подобного типа креплений требует высокого уровня строительной культуры и инженерной подготовки строителей.

Прочностные показатели этого конструкционного материала довольно высоки и даже превосходят характеристики LVL по некоторым параметрам. Такой результат достигается благодаря применению изоционатных связующих (MDI, pMDI).

Перевести название этого продукта можно как Слоисто-Стружечный Брус. LSL — это результата совсем другого подхода к переработке низкокачественной древесины. LSL изготавливается из низкокачественного круглого сырья, путем склеивания древесных стружек, ориентированных в направлении длины балки.

Этот продукт близок к ориентировано-стружечным плитам (OSB), так как технологический процесс и используемое сырье практически идентичны. Основным сырьем для производства этой продукции выступает балансовая древесина или технологическое сырье, применяемое для производства древесноволокнистых и древесностружечных плит, в том числе ОСП.

Отличия от ОСП также очевидны, плита имеет ориентацию стружек в трех направления, а стружки в брусе LSL они ориентированы только в направлении длины. Несмотря на то, то отношение длины стружки к ее толщине в плите ОСП и балке LSL сопоставимы, и составляют 150, для производства бруса LSL используются более длинные стружки (длинной 300 мм), и соответственно, с большей толщиной.

Для североамериканского рынка выпускается брус от компании Weyerhaeuser под брендом TimberStrand® со стандартными размерами, приведенными ниже.

Для производства балок LSL используются влагостойкие изоционатные связующие типа MDI или pMDI, что определяет высокие прочностные качества и влагостойкость готового изделия.

Этот продукт похож на брус LSL, но древесная стружка ориентирована перпендикулярно соседним слоям (как в ОСП) и существенно короче.

Соотношение длины стружки к ее толщине составляет 75. Название этого продукта можно перевести как Ориентированно-Стружечный Брус, что также выдает полное сходство с ориентированно-стружечной плитой (OSB).

Таким образом, этот продукт можно рассматривать как ориентированно-стружечную плиту (OSB) адаптированную под функционал несущей балки, исходя из этого, технические характеристики OSL похожи на характеристики ориентированно-стружечной плиты (OSB).

Канадское подразделение Nordboard Inc., компания Ainsworth Lumber Co. Ltd, пыталась построить завод, выпускающий одновременно ОСП (OSB) и балки OSL, с возможностью быстрой переналадки технологического процесса, однако этот проект был закрыт из-за падения рынка частного домостроения в Северной Америке. Также не увенчались успехом попытки Louisiana Pacific конвертировать одно из своих производств OSB в производство OSL.

На текущий момент широкомасштабное производство бруса OSL в мире отсутствует из-за полного соответствия техническим характеристикам ориентировано-стружечных плит.

Целевым сегментом рынка для бруса OSL является использование их в каркасном домостроении в качестве стоек и балок перекрытия. Однако, конкуренция со стороны традиционных пиломатериалов оказалась очень высока, а применение OSL неоправданно экономически.

В этой конкурентной борьбе существенно лучшие позиции у бруса LSL, за счет лучших технических характеристик, что позволяет получить реальный экономический выигрыш в строительстве благодаря снижению объемов используемого материала.

Технические характеристики рассматриваемых древесных композитных балок соответствуют лучшим показателям массивной древесины хвойных пород, а по некоторым показателям существенно их превосходят.

Очевидно, что лучшими характеристиками обладает брус PSL за счет применения стружек большой длины и изоционатных связующих.

Брус LVL немного проигрывает из-за использования фенолоформальдегидных и меламин карбамидоформальдегидных смол.

Значения для бруса OSL не приводятся, так как они соответствуют характеристикам плит OSB (Exterior 2 для США, OSB/4 для ЕС).

По мнению специалистов ООО «Национальное Лесное Агентство Развития и Инвестиций», шанс успешного внедрения рассматриваемых композитных материалов в России довольно мал. Это определяется рядом факторов.

Во-первых, в России производится достаточное количество качественной хвойной пилопродукции, которая используется как универсальный материал и знакома российским строителям. Кроме того, ценовое предложение хвойной пилопродукции на отечественном рынке всегда будет более конкурентным, чем предложение композитных материалов, особенно в части сегментов применения, прямо или косвенно конкурирующих с массивной древесиной (стойки каркасов, частично несущие перекрытия, стропила и пр.).

Во-вторых, российская строительная отрасль ориентирована на использование традиционных каменных материалов — бетона, кирпича, пеноблоков, газосиликата и пр., что ограничивает рынок для успешного массового внедрения композиционных балок.

В-третьих, российское деревянное домостроение характеризуется низким уровнем профессиональной подготовки строителей и низким уровнем сертификации работ и материалов. Все это приводит к неправильному использованию материала и, как результат, негативным отзывам, как со стороны строителей, так и со стороны потребителей.

Композитные конструкционные балки придут на российский рынок в весьма отдаленной перспективе, и стоит прогнозировать довольно медленное развитие этих продуктов на местном рынке относительно других мировых макрорынков.

Тем не менее, строительный композиционный брус является перспективным продуктом для некоторых крупных региональных рынков. Например, для рынков Восточной и Юго-Восточной Азии и Южной Америки, где преобладают быстрорастущие низкокачественные породы и наблюдается нехватка массивной древесины конструкционного назначения.

Переработка низкокачественных древесных ресурсов в композитные материалы с высокими потребительскими свойствами является решением многих региональных проблем.

Стоит ожидать, что драйвером этого развития будет Китай, который обладает достаточными запасами быстрорастущей древесной биомассы с низкими качественными характеристиками и является на текущий момент крупнейшим региональным производителем фанеры из быстрорастущих пород, древесноволокнистых плит средней и высокой плотности (MDF/HDF) и древесностружечных плит.

Развитие производства композитного бруса всех типов является логичным этапом роста китайского лесопромышленного комплекса с опорой на собственные сырьевые ресурсы.

Развитие рынка композитного конструкционного бруса в Европе зависит от североамериканского успеха. Однако, уже сейчас можно признать относительно успешным развитие рынка бруса LVL, и отметить неплохой потенциал PSL и LSL, хотя по ряду объективных факторов, объемы производства и потребления этой продукции в Европе будет в несколько раз меньше, чем в Северной Америке.