MDF – Medium Density Fiberboard, что в переводе с английского означает «среднеплотное волокнистое покрытие». МДФ — плитный материал, изготавливаемый методом сухого прессования мелкодисперсной древесной стружки при высоком давлении и температуре.
Прототип древесноволокнистой плиты впервые был получен Уильямом Генри Мейсоном, изобретательным инженером из США. В 1924 году он упорно занимался созданием технологии производства картона или, хотя бы, фанеры из отходов лесопильных предприятий – опилок, стружки и щепы. Первая задача – разделение бросовых фрагментов древесины на волокна – более-менее успешно ему удалась. Мейсон создал «паровую пушку», позже названную его именем – труба из стального сплава, с одного торца полностью заварена, с другого имеющая сдвижную крышку, снять которую можно было удаленно. Работала пушка Уильяма Мейсона так – после закладки мелкой щепы и стружек внутрь, залива нескольких литров воды, свободное отверстие плотно затворялось крышкой. Ближе к «заваренному» концу трубы изобретатель размещал газовую горелку – пламя нагревало воду, превращая ее в пар. Выждав, пока давление не достигнет определенного значения, Мейсон тянул за ручку и сдвигал крышку – стремясь уровнять давление, пар вместе с частицами древесины мощным потоком выбрасывало из ствола «пушки» на предварительно выставленный напротив приемный бункер. В результате значительная часть стружек и пр. разделялась на волокна.
Воодушевленный успехом, Мейсон принялся работать над производством бумаги. Однако ни бумаги, ни даже картона из древесных волокон создать не удалось – даже в расслоенном состоянии древесные частицы были чрезмерно крупны. Не привыкший сдаваться просто так, Уильям Мейсон переориентировался на получение древесной плиты, которую можно было приспособить под стройматериал. Арендовав паровой пресс старой модели, американский изобретатель поместил древесные волокна на его нижнюю плиту, аккуратно распределив их в форме ковра. Поскольку эксперимент проводился из волокон, полученных при помощи «пушки» с утра, их укладку Мейсон планировал к обеду. Он рассчитывал запустить пресс на полтора-два часа, не более, но голод вынудил его оставить эксперимент и отправиться домой на обед. И если бы не две ошибки, допущенные в тот день Уильямом Мейсоном, то древесноволокнистые плиты были бы созданы значительно позже – инженер не проверил все узлы старого пресса на исправность (паровой клапан на верхней прижимной плите протекал) и позабыл отключить пресс перед тем, как направиться к обеденному столу. А путь от лесопилки, где проводились исследования, до дома инженера был не близок…
Древесноволокнистый ковер находился в прессе под воздействием давления и пара длительный срок. После плотного обеда Мейсон вернулся на лесопилку и заметил, что паровой пресс по-прежнему работает, что из щели между плитами выходит пар, но то, что он увидел после отключения прибора и подъема ползуна (верхней, подвижной плиты), привело изобретателя в восторг. Под воздействием раскаленного пара и давления древесный лигнин склеил волокна в достаточно плотную плиту, не разрушающуюся при подъеме за один из краев. Вскоре Уильям Мейсон запатентовал «масонит», как он назвал изготовленную древесноволокнистую плиту. Кстати, масонит производится по сей день – в России такие плиты, с одной стороны гладкие, а с другой шероховатые, называются оргалит (ДВП).
До середины XX века потребности в плитах из древесных волокон не существовало, хотя их технологические компоненты – тот же масонит Мейсона и первая фенолформальдегидная смола «бакелит» химика Лео Бакеланда – были уже известны промышленникам. Серийный выпуск плит MDF стартовал в США ближе к концу 60-х, причем одновременно на нескольких предприятиях, принадлежавших различным компаниям. Все производители использовали в те годы схожую технологию выпуска древесноволокнистых плит, с уверенностью назвать среди них первую компанию-изготовителя не представляется возможным.
В Советском Союзе "толстые" плиты из древесных волокон не производились – считалось, что древесно-стружечных плит (ДСП) более чем достаточно. С ориентацией на российскую мебельную промышленность первое производство отечественных древесноволокнистых плит стартовало в поселке Шексна (Волгоградская обл.) в 1997 году. С начала XXI века Китай – мировой лидер в производстве плит MDF, а также мебели и прочих изделий из этого материала.
Технология производства МДФ плит
Первый и повсеместный метод изготовления плит из древесных волокон был «мокрым» и мало чем отличался от техники выпуска картонных листов. Впоследствии была разработана технология, позволяющая обходиться без воды – именно ее используют производители MDF сегодня. Рассмотрим этапы «сухого» выпуска древесноволокнистых плит средней прочности. Заготовка щепы. Породы древесных стволов, поступающих на производство МДФ плит, могут быть различными – в составе одной и той же плиты, как правило, волокна нескольких деревьев. Лес-кругляк помещают в станки барабанного типа, в процессе вращения которых встроенные ножи полностью срезают и удаляют кору. Далее, в дезинтеграционных машинах, оснащенных массивными рубящими ножами, окоренный кругляк становится щепой. Помимо разделки древесины на щепу, рубка снижает связи между волокнами, которые обеспечивает древесный полимер лигнин. Нарубленная щепа поступает на конвейерную ленту и следует под несколькими электромагнитами, извлекающими из нее частицы металлов. Следом щепу сортируют в виброситах – излишне крупная вновь идет на рубку, чрезмерно мелкая щепа поступает в бункер-накопитель отходов и затем будет сожжена в печах котельной. Древесные частицы необходимого диапазона размеров направляется на мойку в циклоны вертикальной установки – в них из щепы устраняется мусор и примеси минералов. Подготовленная к следующей операции – обработке паром – щепа следует в бункер, где прогревается до температуры в 100°С с доведением степени ее влажности до 80% по всему объему. Получение древесного волокна. Горячая и влажная щепа загружается в специальную установку – дефибратор (второе название – рефинатор) - размалывающий аппарат дискового типа. Шнек питателя прогоняет частицы древесины через каскад лопаток дисковой и конической формы, разделяя их на волокна. Операция деления повторяется два-три раза, для этого необходимое число установок-дефибраторов выставляются друг за другом в единый каскад. Для более эффективной разбивки щепы на волокна в емкость дефибраторов закладываются фенолформальдегидные смолы, парафин, связующие материалы и отвердители. Полученные в дефибраторах древесные волокна направляются в сушилку, в процессе следования они постоянно обрабатываются паром. Внутри сушилки на волокна воздействует уже не пар, а сухой воздух, имеющий температуру в диапазоне от 170 до 240°С – срок сушки короток, не превышает 5 секунд. Осушенные волокна древесины (влажность не более 9%) загружаются в циклон, задача которого – вывести из массы волокон избыточный объем воздуха. Волокна, готовые к производству древесноволокнистых плит, накапливаются в бункере. Образование ковра и прессование плит МДФ. При движении по конвейеру древесным волокнам придается форма непрерывного ковра, для чего поток волокон прикатывается роликами (см. фото). Первичное прессование волокнистого ковра проводится при помощи обычного пресса и преследует одну цель – полностью устранить из будущей MDF плиты воздух. По окончании этой операции выполняется основное прессование (горячее), проходящее в три этапа:- придание плите поверхностной жесткости. Под давлением около 350 МПа, развиваемым плитой-ползуном и при температуре в 200-230°С древесноволокнистый ковер приобретает первичные свойства плиты МДФ;
- упрочнение внутреннего слоя плиты. Давление в прессе снижается до 50-120 МПа, температура нагрева – до 190-210°С, в результате связующие компоненты в составе уплотненного ковра из древесных волокон формируют прочные связи внутри изделия;
- калибровка древесноволокнистой плиты. Сформированную плиту необходимо довести до требуемой толщины, для чего ее опрессовывают под давлением в 60-150 МПа без нагрева.