Laminowane płyty wiórowe są jednym z najczęściej wykorzystywanych materiałów w przemyśle meblarskim. Ich trwałość jest zależna od wielu czynników związanych np. z warstwą przypowierzchniową. Należy do nich m.in. obecność dodatków, takich jak kora drzewna, która bywa wykorzystywana w przypadku braku innych surowców. W nowej pracy naukowców NCBJ i SGGW zbadano wpływ dodatku kory na trwałość i powstawanie uszkodzeń w procesie obróbki krawędzi płyt.

Współczesny rozwój przemysłu kładzie szczególny nacisk na automatyzację procesów. Dla prawidłowego działania wymaga ona jednak stabilnych i precyzyjnie określonych parametrów procesowych oraz dobrze znanych właściwości materiałów. Dotyczy to także przemysłu meblarskiego, w którym najczęściej wykorzystywanym materiałem są laminowane płyty drewnopochodne. Ozdobne powłoki stanowią doskonałą osłonę płyt, jednak ich trwałość w dużej mierze zależy od jakości wykonania powierzchni, z którą zostały połączone. Występowanie niejednorodności w przypowierzchniowych warstwach płyt wiórowych może powodować powstawanie uszkodzeń, takich jak pękanie, kruszenie czy delaminacja, zwłaszcza w trakcie obróbki mechanicznej. 

Istnieje wiele badań dotyczących trwałości oraz parametrów pracy narzędzi używanych do obróbki płyt w przemyśle meblarskim (także w NCBJ, o czym można przeczytać tutaj). Z kolei wpływ trwałości połączeń i jakości wykonania zewnętrznych warstw płyt na parametry dalszych procesów wciąż nie został dobrze określony. Dotyczy to szczególnie frezowania, w trakcie którego mogą powstawać uszkodzenia materiału. Symulacje komputerowe wykorzystujące metodę elementów skończonych (FEM – finite element method) wskazują, że za uszkodzenia mogą być odpowiedzialne własności strukturalne warstw płyt znajdujących się najbliżej powierzchni. Potrzeba jednak weryfikacji eksperymentalnej, aby potwierdzić efekty wykryte przez symulacje numeryczne.

Wyniki takiego badania, przeprowadzonego w ramach wieloletniej współpracy naukowców z Narodowego Centrum Badań Jądrowych i Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, opublikowano właśnie w czasopiśmie Coatings. W tym miejscu, warto podkreślić, że w prowadzonych badaniach brał również udział mgr inż. Łukasz Adamik, doktorant SGGW, na co dzień pracujący w firmie Nowy Styl, będącej europejskim liderem wśród producentów kompleksowych rozwiązań meblowych dla biur i przestrzeni publicznych. Udział mgr Adamika wskazuje na zainteresowanie przemysłu wynikami prac prowadzonych w polskich jednostkach naukowych.

Praca dotyczy analizy trwałości powłok melaminowych w płytach wiórowych zawierających w zewnętrznej warstwie dodatek kory drzewnej, zwłaszcza podczas procesu frezowania. Kora bywa używana do produkcji płyt wiórowych przy braku dostępności innych surowców. Ze względu na swoją budowę może jednak osłabiać warstwę łączącą podłoże z powłoką. Naukowcy postanowili sprawdzić, jak właściwości płyt drewnopochodnych zmieniają się wraz z rosnącą zawartością kory drzewnej w ich składzie.

Przygotowane próbki w warstwach przypowierzchniowych (stanowiących 35% grubości płyty) składały się w 10 do 40% z kory drzewnej. Zostały one pokryte powłokami zawierającymi żywicę melaminową. W próbkach użyto dwóch rodzajów laminatu – jasnego oraz ciemnego, aby sprawdzić wpływ rodzaju powłoki na właściwości gotowej płyty. Tak spreparowane próbki poddano serii badań materiałowych, w których sprawdzono m. in. ich odporność na pękanie, odkształcanie, rozciąganie, czy uszkodzenia mechaniczne. Dla wszystkich próbek naukowcy określili również profil gęstości, a także trwałość połączenia laminatu z płytą drewnopochodną. Część badań stanowiła również obróbka płyt poprzez frezowanie, aby sprawdzić stopień uszkodzeń krawędzi.

Profil gęstości płyt drewnopochodnych jest głównym czynnikiem, od którego zależą ich właściwości mechaniczne. Wszystkie wykonane próbki wykazywały typowy profil w kształcie litery U – gęstość była znacznie wyższa przy powierzchni (laminat oraz warstwa łącząca go z płytą). Profile różniły się jednak w zależności od zawartości kory drzewnej. – Różnice w gęstości przy powierzchni względem klasycznych płyt wynosiły nawet 500 kg/m3 w przypadku próbek z zawartością 10% kory. Wynika to z właściwości samej kory: jej niższej gęstości, większej porowatości oraz bardziej nieregularnego kształtu, w porównaniu do drewna – wyjaśnia dr inż. Marek Barlak z Laboratorium Badań Materiałowych, jeden z autorów publikacji. Dodatek kory sprawił również, że płyty drewnopochodne wykazywały mniejszą odporność na pękanie i odkształcenia, co było widoczne zwłaszcza w próbkach o jej najwyższej zawartości. Jednak choć próbki zawierające mniej kory drzewnej również przejawiały gorsze właściwości, różnice te były znacznie mniejsze. Analizy wskazały także, że obecność kory nie ma wpływu na siłę wiązań wewnątrz płyty, co potwierdza zbliżona wartość gęstości wewnętrznych warstw we wszystkich przygotowanych płytach. Parametrem, na który widoczny wpływ miała zawartość kory drzewnej, była trwałość połączenia laminatu i warstwy przypowierzchniowej. Obecność kory powodowała powstawanie obszarów o niższej gęstości, w których występowały pustki i mikropęknięcia. Ich obecność osłabiała połączenie z laminatem. 

Nieoczywiste wyniki otrzymano podczas badań uszkodzeń powstających w procesie frezowania. Próbki z powłoką z ciemnego laminatu pod wpływem obróbki miały nawet pięciokrotnie więcej uszkodzeń, niż płyty bez dodatku kory, choć rosnąca jej zawartość nie powodowała znacznego wzrostu częstotliwości występowania defektów. Z kolei próbki z jasnym laminatem o niskiej zawartości kory wykazały mniej uszkodzeń, niż w przypadku tradycyjnej płyty. Wynika stąd, że odporność płyt na obróbkę mechaniczną zależy od większej liczby czynników. – Wpływ ma zarówno obecność i zawartość kory, ale też rodzaj i jakość wykonania laminatu. Co więcej, znaczny wpływ potrafi też mieć rodzaj i stopień zużycia narzędzi wykorzystanych w obróbce. Uzyskane przez nas wyniki sugerują, że przy obecności kory w warstwach przypowierzchniowych działają nieoczywiste mechanizmy powstawania uszkodzeń, które wchodzą ze sobą w interakcje – dodaje Marek Barlak. 

Pełne wyniki badan są dostępne w publikacji: Adamik, Ł.; Borysiuk, P.; Barlak, M.; Zagórski, J.; Szymanowski, K.; Betlej, I.; Auriga, R. Evaluation of Melamine Coating Integrity on Particleboards Containing Surface Bark Inclusions. Coatings 2026, 16, 103. https://doi.org/10.3390/coatings16010103.