книги из ГПНТБ / Полубояринов, О. И. Влияние лесохозяйственных мероприятий на качество древесины учебное пособие для лесотехнических вузов

промышленностью (включающей лесное хозяйство) и отрас­ лями производства, занятыми переработкой древесного сырья.

Конечно, лесная индустрия социалистических стран разви­ вается в совершенно иных экономических условиях. В СССР, Румынии и других социалистических странах значительное развитие получают, например, такие организационные формы лесной индустрии, как лесокомбинаты, которые осуществляют

ивыращивание, и переработку древесины. Вместе с тем идея

окооперации различных отраслей лесной индустрии может и в наших условиях получить свое плодотворное развитие.

Для осуществления такого рода кооперации необходима разработка комплекса экономических, организационных и технических вопросов. К числу последних относится и про­ блема качества древесного сырья. Унификация представле­ ний специалистов различных отраслей лесной индустрии по этому вопросу является важным моментом их совместной ра­ боты.

В понятие к а ч е с т в о д р е в е с н о г о с ы р ь я как техни­ ческой категории входит вся сумма показателей, характери­ зующих пригодность древесины для определенных назначе­ ний. Зафиксированные в стандартах на конкретные виды сор­ тиментов показатели качества являются законом как для не­ посредственных производителей, так и для потребителей дре­ весного сырья.

В связи с техническим прогрессом лесоперерабатывающей промышленности стандарты на древесное сырье меняются в сроки во много раз меньшие, чем период выращивания спелых древостоев. Это обстоятельство усложняет и без того трудную задачу учета требований лесоперерабатывающей промышлен­ ности к качеству древесного сырья при лесохозяйственном производстве.

В известной степени данная проблема находит свое реше­ ние в специализированных (целевых) хозяйствах, направлен­ ных на выращивание вполне определенных сортиментов, особенно если такие хозяйства работают при непродолжитель­ ных оборотах рубки. Например, разработана система показа­ телей качества древесины на плантациях сосны, создаваемых на юге США для получения целлюлозно-бумажного сырья. Примером специализированных хозяйств в условиях СССР

могут быть тополевые насаждения на Украине. Здесь также необходим тщательный учет требований к качеству древеси­ ны в процессе ее выращивания.

Однако подавляющее большинство древостоев выращива­ ется у нас вне специализированных хозяйств, а в таежной зоне — вообще с ограниченным участием человека. В таких древостоях, даже если они и подвергаются лесохозяйственно­ му воздействию, выращивание древесины происходит, ввиду

10

уже отмеченной специфики нашего лесохозяйственного про­ изводства (оторванности его от лесозаготовительного процес­ са и переработки), без учета ее конкретного назначения.

Из сказанного следует, что за исключением особых слу­ чаев при выращивании древесного сырья лесоводы должны ориентироваться на обобщенные (универсальные) критерии качества древесины, которые учитывают различные возмож­ ные способы использования древесного сырья в перспективе. Четкая ориентация в вопросе, древесину какого качества не­ обходимо выращивать, будет несомненно способствовать ук­ реплению связи между процессами лесовыращивания, лесо­ заготовки и переработки древесного сырья, что в конечном итоге может дать серьезный экономический эффект.

В настоящей работе излагается система обобщенных пока­ зателей качества древесины при лесовыращивании. Данная си­ стема разработана на основе анализа требований современной лесоперерабатывающей промышленности к качеству древес­ ного сырья, а также анализа прогнозов потребления древе­ сины.

2.2. АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ СОВРЕМЕННОЙ

ЛЕСОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ К КАЧЕСТВУ ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ

Требования к качеству древесного сырья отдельных сор­ тиментов выражаются в стандартах. Последующее изложение не ставит своей целью пересказ содержания отдельных ГОСТов в части нормирования качества древесного сырья. Представляется, что для разработки рекомендаций по выра­ щиванию древостоев (включая целевые насаждения) важны не столько отдельные детали действующих на сортименты из древесины ГОСТов, сколько тенденции развития требований отдельных отраслей лесоперерабатывающей промышленности к качеству древесного сырья.

2.2.1. Лесопильная промышленность

Лесопильная промышленность является одним из глав­ ных потребителей деловых лесоматериалов.. На изготовление пиломатериалов в СССР расходуется более 50% деловой дре­ весины. Выпуск пиломатериалов в последние годы стабилен и составляет 116—120 млн. мг в год. По всей вероятности, эти цифры в последующие годы не будут превзойдены, отно­ сительные же объемы расхода древесины на пиловочник бу­ дут снижаться за счет развития отраслей ^Золее глубокой пе­ реработки древесины.

11

Технология лесопиления до последнего времени не претер­ певала существенных изменений. Такие изменения могут произойти с внедрением агрегатов (например, в СССР агре­ гата ЛАПБ), в которых за один проход бревна получаются доски (примерно 50% объема бревна) и технологическая ще­ па (примерно 33%). Следует отметить (безотносительно с ис­ пользованием указанных агрегатов), что прогрессивной тен­ денцией лесопиления является ее технологическая увязка с производством технологической щепы, что значительно улуч­ шает экономические показатели работы лесопильных цехов и рационализирует использование древесного сырья.

Анализ использования древесины в различных отраслях народного хозяйства показывает, что цельная древесина (включая пиломатериалы) уступает свои позиции более про­ грессивным материалам из древесины: древесным плитам, фанере, древесным пластикам. Исключительно многообещаю­ щей продукцией, получаемой на основе пиломатериалов, явля­ ются так называемые клееные деревянные конструкции. Для этих материалов с каждым годом требуется все больше и больше пилопродукции.

Ниже приведен краткий анализ требований современной лесопильной промышленности к качеству древесного сырья.

Породы. Продукция лесопильной промышленности весь­ ма разнообразна. Для производства одних ее видов требуют­ ся строго определенные породы, для других — более широкий их ассортимент, а для выработки пиломатериалов общего на­ значения выбор пород не ограничивается.

Р а з м е р ы . Диаметр пиловочника в значительной степени влияет как на процесс выхода полезной продукции, так и на ее качество (стоимость). Как правило, с увеличением диамет­ ра пиловочника увеличивается процент использования сырья на 1 м3 и одновременно падает его себестоимость.

Исследования разных авторов показали, что при толщине бревен в верхнем отрубе 14—16 см выход пиломатериалов со­ ставляет 53—57%, а при 20—24 ем — 63—66%.

При установлении минимального диаметра пиловочника наряду с экономическими показателями существенное значе­ ние имеет состояние лесосырьевой базы. Установленный у нас минимальный диаметр пиловочника (14 см), по существу, яв­ ляется известным компромиссом между экономическими и ле­ сосырьевыми. возможностями лесной промышленности и эко­ номическими условиями лесопильного производства.

Диаметр пиловочника оказывает существенное влияние на качество вырабатываемой из него продукции. При прочих равных условиях больший диаметр комлевых бревен обеспе­ чивает больший выход высококачественных пиломатериалов. Это объясняется главным образом тем, что с большим диа­

12

метром связывается, как правило, больший размер бессучковой, т. е. наиболее качественной зоны древесного ствола.

По р о к и . К основным сортообразующим порокам древе­ сины пиловочника 'относятся сучки, гниль, кривизна и тре­ щины.

Качество пиловочных бревен определяется в основном на­ личием в них сучков. У сосны они являются сортоопределяю­ щим фактором в 70 случаях из 100, у ели и пихты — в 2/3 слу­ чаев. В связи со значительным влиянием сучков на качество продукции в стандартах определены довольно жесткие требо­ вания в отношении допускаемых сучков, особенно в пиловоч­ нике высших сортов.

Гниль можно считать вторым по важности сортоопределя­ ющим пороком пиловочного сырья, влияющим как на коли­ чественный, так и на качественный выход пиломатериалов. Следует подчеркнуть, что размер допускаемой ядровой гнили в действующих стандартах поставлен в зависимость не толь­ ко от сорта пиловочника, но и от его диаметра. При этом увеличен размер допускаемой гнили в толстомерном пиловоч­ нике.

Пороки формы ствола также влияют на качественный и количественный выход пиломатериалов, а иногда и на ход технологического процесса распиловки. Кривизна и эллиптич­ ность поперечного сечения бревен оказывают влияние на рас­ сеивание размеров ширины пиломатериалов [54]. . Хотя дей­ ствующими в СССР стандартами не установлены требования в отношении сбежистости пиловочника, из-за резкого сниже­ ния полезного выхода пиломатериалов у сильно сбежистых бревен было бы целесообразно ограничить предельное мини­ мальное соотношение диаметров тонкого и толстого концов бревен высших сортов, как это сделано во многих зарубеж­ ных стандартах. Вместе, с тем следует указать, что в связи со все большим использованием отходов от лесопиления на технологическую щепу значение сбежистости пиловочника в 'перспективе будет снижаться.

О с о б ы е т р е б о в а н и я предъявляются к пиловочнику специального назначения. Они могут касаться строения годич­ ных слоев, определения размеров зон с необходимым качест­ вом древесины и особых норм допускаемых пороков.

Высококачественное пиловочное сырье — это крупные лесоматериалы правильной формы с ми­ нимальной сучковатостью и отсутствием гнили. Древесина высококачественного пиловочника ха­ рактеризуется равномерностью строения и, исклю­ чая некоторые специальные случаи применения, по­ вышенной плотностью, придающей ей хорошие прочностные свойства.

13

2.2.2.Целлюлозно-бумажная промышленность

Скаждым годом целлюлозно-бумажная промышленность становится все более значительным потребителем древесного сырья. Если в 1960 г. на технологические нужды ЦБП было использовано 14,5 млн. м3 балансовой древесины, а в 1965 г.—

18,0 млн. м3, то потребности в этом сырье в 1970 г. составили уже 30,4 млн. м3. Не менее значительный рост потребления древесины в ЦБП намечается на ближайшую перспективу: одной лишь технологической щепы в 1975 г. должно быть про­ изведено 6 млн. м3.

Из всех отраслей лесоперерабатывающей промышленности целлюлозно-бумажное производство является наиболее про­ грессирующей в технологическом отношении. Это обстоятель­ ство оказывает сильное влияние на процесс пересмотра су­ ществующих и разработку новых стандартных норм и вызы­ вает необходимость установления принципиально новых по­ казателей качества древесного сырья.

Используемое в ЦБП древесное сырье разделяется на ба­ лансы, технические показатели которых определяются ГОСТ 9462—71 и ГОСТ 9463—72 «Лесоматериалы круглые хвойных пород», и технологическую щепу. Технологические показатели этого сырья определяются ГОСТ 15815—70 «Щепа техноло­ гическая».

По р о д ы . Хвойные балансы в общем потреблении древе­ сины в СССР в настоящее время занимают преобладающее место. Основными породами, используемыми в производстве сульфитной целлюлозы, являются ель и пихта. По договор­ ным условиям поставки лесозаготовительные предприятия имеют право направлять целлюлозно-бумажным комбинатам до 10% лиственных балансов.

В настоящее время хвойная древесина с примесью листвен­ ных пород перерабатывается в сульфитном производстве сов­ местно, несмотря на малую эффективность такого использо­ вания. Установлено, что в этих условиях лиственная древеси­ на переваривается и ее волокна в процессе сортирования и промывки в большом количестве уходят со сточными водами

[23].

При сульфатном способе производства целлюлозы, которое позволяет перерабатывать самые разнообразные виды расти­ тельного сырья, используются смолистые хвойные породы (сосна, лиственница), а также все лиственные.

В производстве древесной массы к древесине предъявля­ ются более высокие требования, чем в производстве целлюло­ зы, так как качество древесной массы в основном определя­ ется состоянием исходной древесины. Наибольшее примене­ ние для получения древесной массы имеют еловые и пихтовые

14

балансы, а для химической древесной массы — еловые и со­ сновые. Однако и здесь в последние годы с развитием про­ грессивной технологии начали применять для выработки бе­ лой древесной массы осиновые балансы, а для химической — осиновые и березовые.

В перспективе в СССР намечается рост использования лиственной древесины с 9,1% в 1971 г. до 30,6% в 1990 г. [77].

Р а з м е р ы балансов определяются конструктивными осо­ бенностями дефибреров, производящих древесную массу, и приемных устройств рубительных машин, а также станков, на которых распиливают и окоряют древесину. При бпределении размеров балансов учитывают условия транспортировки и требования к рациональной раскряжевке хлыстов.

Действующими ГОСТами минимальные размеры балансов по длине установлены в 0,75 м. Последующая достаточно дробная градация позволяет леспромхозам направлять вЦБП бревна любых требуемых размеров.

Минимальный диаметр обычной балансовой древесины для хвойных сортиментов установлен в 6 см и для лиственных — 8 см. Верхние пределы диаметров — соответственно 18 и 24 см.

Следует сказать, что окорка древесины тоньше 8 см на действующем оборудовании приводит к полной поломке тон­ комера и вымывке его в отвал вместе с корой. В настоящее время лом тонкомера при окорке балансовой древесины в ба­ рабанах составляет 1,2—2,0% [23]. Значительно увеличива­ ются также отходы в виде опилок и лучины при рубке тонко­ мера в производстве технологической щепы.

Отрицательным свойством тонких балансов являются так­ же часто связанные с небольшим диаметром меньшая плот­ ность древесины и меньшая длина волокна (особенно у лист­ венных пород), отрицательно влияющие на качество целлюло­

Отличаясь пониженным содержанием целлюлозы и высо­ ким содержанием смол, здоровые сучки при производстве цел­ люлозы образуют непровар, засоряющий целлюлозу мелкой, трудно отделимой кострой. Большое количество сучков вызы­ вает дополнительные затруднения при окорке балансов, на­ рушает нормальный режим производства древесной массы, ухудшает качество вырабатываемой целлюлозы (особенно сульфитной), повышая ее омолистость. Установлено, что нали­ чие в щепе сучковой и околосучковой древесины вследствие пониженного содержания целлюлозы уменьшает общий ее вы­

15

ход по варке на 0,5—1,0%, а целлюлозы 1 и 2 сортов — при­ мерно на 3—5%.

Ядровая гниль допускается по существующим стандартам в довольно больших пределах в балансах, перерабатываемых сульфатным способом. Следует однако учитывать, что нали­ чие гнили вызывает повышенный расход химикатов при вар­ ке целлюлозы, что неблагоприятно сказывается на себестои­ мости продукции.

Из других пороков, отрицательно влияющих на качество балансов, следует указать на кривизну, которая затрудняет

сырью для производства целлюлозы специального назначе­ ния.

Следует подчеркнуть, что на качество целлюлозно-бумаж­ ной продукции и экономические показатели ее производства очень сильное влияние оказывают особенности строения пере­ рабатываемой древесины и ее плотность. Длина волокна, тол­ щина его стенок, угол наклона микрофибрилл и химическая композиция клеточных оболочек являются важными показате­ лями качества древесных балансов [102].

Тонкостенные волокна (трахеиды) обладают лучшими бу­ магообразующими свойствами. Они легче размалываются, вследствие чего развивается большая поверхность для связей. Толстостенные волокна более жестки, труднее размалывают­ ся. Однако они увеличивают сопротивление бумаги раздира­ нию.

Использование более плотной древесины обеспечивает по­ вышенный выход целлюлозы на варку вследствие лучшего за­ полнения варочных котлов более тяжелой щепой, что снижает себестоимость производства целлюлозы. Древесное сырье по­ вышенной плотности способствует получению бумаги с повы­ шенным сопротивлением раздиранию. Однако для некоторых видов бумаги более желательна целлюлоза, полученная из древесины с невысокой плотностью.

Другие требования к балансовой древесине связывают с ее влажностью, соотношением объема ядра и заболони. Два по­ следних показателя рассматриваются в основном с точки зре­ ния их изменчивости в балансовой древесине. Лучшее качест­ во продуктов целлюлозно-бумажного производства может быть достигнуто из сырья, обладающего равномерной исход­ ной влажностью и незначительным участием ядровой (или на­ против — заболонной) древесины.

16

Высококачественное сырье для целлюлозно-бу­ мажного производства — это достаточно крупные лесоматериалы, древесина которых характеризует­ ся небольшой сучковатостью, отсутствием гнили, повышенной плотностью и анатомическим строени­ ем, отвечающим требованиям конкретных видов вы­ рабатываемой из нее продукции. Высокое качество продукции целлюлозно-бумажного производства га­ рантируется только постоянством качества партий древесного сырья.

2.2.3. Фанерная промышленность

Фанерная промышленность занимает третье место среди основных потребителей древесного сырья, значительно усту­ пая по объему используемой древесины лесопильной и цел­ люлозно-бумажной промышленности.

фанеры могут быть почти все породы. Однако известно, что наилучшая по качеству фанера получается из древесины оп­ ределенного анатомического строения.

Из лиственных пород наиболее пригодным для фанеры сырьем считается древесина березы, ольхи и липы, отличаю­ щаяся равномерной плотностью и однородностью строения, достаточной эластичностью. Древесина этих пород легко про­ паривается и лущится.

Годичный слой кольцесосудистых пород — дуба и ясеня — неоднороден. Резкое различие в прочности ранней и поздней древесины часто является причиной брака при изготовлении шпона. Если из древесины кольцесосудистых пород хотят по­ лучить шпон высокого качества, то необходимо отбирать дре­ весное сырье с узкими годичными слоями.

Из хвойных древесных пород для производства клееной фанеры наибольшее применение находит сосна. Для этой цели однако можно использовать и другие древесные породы. К числу недостатков древесины хвойных пород относятся: не­ равномерная плотность в пределах годичного слоя, что при лущении ведет к разнотолщинности шпона; наличие смоли­ стых веществ, осложняющих ход технологического процесса и,

в основном техническими возможностями лесной промышлен-

ности. С увеличением диаметра кряжей производительность труда на лущении и выход шпона значительно возрастают.

Относительно небольшие по длине размеры фанерных чураков позволяют производить их вырезку из стволов, имею­ щих даже значительные по размерам поражения гнилью и другими пороками.

По р о к и . По сравнению с пиловочником, к фанерному сырью предъявляются значительно более высокие требования в отношении допускаемых пороков. Это в особенности каса­ ется хвойных древесных пород. Главными пороками являются сучки, гнили, кривизна и трещины. Значение пороков фанер­ ного сырья существенным образом зависит как от их распо­ ложения, так и от взаимного влияния [59].

О с о б ы е т р е б о в а н и я предъявляются к высококачест­ венному фанерному сырью лиственных пород в отношении его внутренней сучковатости. При этом стандартом установ­ лены определенные нормы ее допуска по раневым пятнам.

Показателем внутренней сучковатости комлевых фанерных кряжей хвойных пород может служить ширина годичных сло­ ев во внутренней части чурака: для получения высококачест­ венного шпона необходима древесина с неширокими, доста­ точно равномерными годичными слоями во внутренней зоне хвойных чураков.

Сокращение лесосырьевой базы фанерной промышленно­ сти заставило несколько снизить технические требования к древесному сырью. В результате этого полезный выход фане­ ры за последние 15 лет по Союзу уменьшился с 42 до 39% [49]. Для сравнения укажем, что аналогичный показатель для ГДР составляет 43% [132].

Высококачественное фанерное сырье—это круп­ ные лесоматериалы правильной цилиндрической формы с наличием широкой фанерной зоны, в пре­ делах которой древесина имеет равномерное строе­ ние и другие более или менее одинаковые свойства.

2.3. ПРОГНОЗЫ ПОТРЕБЛЕНИЯ ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ И ЗАДАЧИ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА

Прогнозы лежат в основе планирования долгосрочного развития любой отрасли народного хозяйства. Для леснот хозяйства с его длительным периодом производства древеси­ ны исключительное значение имеют прогнозы потребления древесного сырья. Такие прогнозы позволяют предусмотреть возможные изменения в структуре потребителей древесины, а также проследить основные тенденции в развитии требований к качеству древесины со стороны лесоперерабатывающей про­ мышленности.

18

При прогнозировании потребления древесного сырья необ­ ходим учет комплекса факторов: развития технологии пере­ работки древесины, межотраслевых и интернациональных свя­ зей, роста народонаселения и многих других. Обстоятельный анализ перечисленных факторов и всей сложной проблемы прогноза потребления древесины не входит в задачу данной работы. Некоторые аспекты проблемы прогноза потребления древесного сырья рассмотрены в опубликованной у нас лите­ ратуре [7,39], ряде статей зарубежных авторов [103, 132, 160, 164, а также в многочисленных (более 60) сводках различ­ ных организаций, включая ФАО. Ниже сформулированы не­ которые основные положения, касающиеся проблемы качества древесины при лесовыращивании в связи с прогнозами ис­ пользования древесного сырья.

1.Древесина, обладающая набором исключительно цен­ ных технологических свойств, на долгую перспективу оста­ нется одним из основных сырьевых источников, которые рас­ полагают почти неограниченной сферой потребителей.

2.В связи с ограниченностью лесосырьевых ресурсов в бу­

дущем будет наблюдаться все большая диспропорция между возможностями поставки древесины и все увеличивающимися потребностями в сырье перерабатывающих отраслей народ­ ного хозяйства. Это обстоятельство будет стимулировать на­ стойчивые поиски заменителей древесины даже в наиболее традиционных сферах ее использования.

3.Использование древесины в будущем будет все в боль­ шей степени концентрироваться в тех областях, где гаранти­ рована наиболее рациональная ее переработка. Основными потребителями древесного сырья станут производства, где обеспечиваются максимальная индустриализация, концентра­ ция, комбинирование, автоматизирование и стандартизация переработки древесины.

4.Главные группы потребителей древесного сырья, связан­ ные с использованием дорогостоящих производственных фон­ дов, довольно стабильны. В ближайшие десятилетия нет ос­ нований ожидать появления новых крупных потребителей древесины.

5.В структуре исподьзования древесины в перспективе окончательно сформируется наметившаяся уже в предыдущие десятилетия тенденция к опережающему развитию отраслей лесной индустрии, связанных с глубокой переработкой дре­ весного сырья: целлюлозно-бумажной промышленности и про­ мышленности древесных плит (рис. 1). Данные отрасли лесо­ перерабатывающей промышленности постепенно станут основ­ ными потребителями древесного сырья и главными произво­ дителями массовой продукции из древесины. Главным усло­ вием выпуска продукции высокого качества в этих отраслях