Зачем вообще сращивать?
Бревна лиственных пород редко дают длинные бездефектные доски. Сучки, трещины, засмолки и пороки окраски разбивают каждую доску на более короткие участки качественной древесины. Мебельщик, которому нужны ламели длиной 2 м, может либо купить дорогие длинные бездефектные пиломатериалы, либо вырезать пороки из обычных досок и снова соединить чистые куски торцами. Второй путь — это и есть сращивание на зубчатый шип (по-немецки Keilzinkung, по-румынски îmbinare în dinți), или сращивание на мини-шип.
Именно поэтому сращённая древесина имеет репутацию компромисса. Покупатели ищут «сращённая или цельная древесина» и «keilgezinktes Holz Tragfähigkeit», потому что подозревают, что соединение — слабое место. Отчасти они правы. Вопрос в том, насколько оно слабее, при какой нагрузке и важно ли это для конкретной детали. Эта статья отвечает на него по инженерным данным, большая часть которых относится к буку, берёзе и дубу.
Сращивание находится в середине технологической цепочки: высушенные доски сканируют или размечают, оптимизирующая торцовочная пила вырезает дефекты, а на чистых заготовках нарезают шипы, наносят клей и прессуют их в непрерывные отрезки. Эти отрезки становятся ламелями мебельного щита, ступеней, рамок и погонажа.
Анатомия зубчатого соединения: длина, шаг, затупление и уклон
Склеить две доски торцами по плоским поверхностям не получится. Торец впитывает клей и даёт мало поверхности для склеивания, поэтому простое соединение встык даже с применением специальных приёмов достигает лишь около 25 % прочности древесины при растяжении вдоль волокон.1
Решение — в геометрии. Древесина примерно в десять раз прочнее при растяжении, чем при скалывании, поэтому соединению «на ус» или зубчатому соединению нужна площадь склеивания, как минимум в десять раз превышающая поперечное сечение детали, чтобы приблизиться к прочности бездефектной древесины. Наибольшую прочность дают соединения с уклоном 1:12 или более пологим; для соединений конструкционной фанеры типичен уклон 1:8.1 Зубчатое соединение — это соединение «на ус», многократно сложенное, поэтому оно получает такую площадь склеивания на короткой длине и с меньшими отходами.
Профиль зубчатого соединения описывают четыре размера:
- Длина шипа: насколько глубоко шипы входят в древесину.
- Шаг: расстояние от одного шипа до следующего.
- Затупление: площадка на конце каждого шипа. FPL отмечает, что при крутом уклоне 1:12 затупление должно быть не больше 0,8 мм, а 0,4–0,8 мм — примерно практический минимум для фрезерованных шипов.1
- Уклон: вытекает из трёх предыдущих параметров. Тонкое затупление и длинные шипы дают пологий уклон и большую площадь склеивания.
| Исследование и древесина | Длина шипа | Шаг | Затупление | Торцовое давление | Клей |
|---|---|---|---|---|---|
| Aicher et al. 2001, слои клеёной древесины из бука | 20 мм | 6 мм | 1,2 мм | Выше, чем для хвойных | Меламиновый (EN 301) |
| Stolze & Militz 2024, бук и берёза | 16,05 мм | 3,8 мм | – | 15 Н/мм² бук, 11 Н/мм² берёза | PUR, MUF, PRF |
| Ayarkwa et al. 2000, три тропические лиственные породы | 18 мм (лучший из трёх) | – | – | 4–12 Н/мм² | Резорцинформальдегидный |
| Özçifçi & Yapıcı 2008, бук, дуб и другие | 21 мм (самый прочный из испытанных) | – | – | – | ПВА (лучший результат) |
| Эмпирические правила FPL | Уклон 1:8 типичен, 1:12 самый прочный | – | ≤ 0,8 мм при 1:12; 0,4–0,8 мм на практике | – | – |
Профиль Aicher соответствует уклону около 1:8,3 (наш расчёт: половина шага минус затупление, делённая на длину шипа). Источник: Aicher, Höfflin & Behrens (2001); Stolze & Militz (2024); Ayarkwa, Hirashima & Sasaki (2000); Özçifçi & Yapıcı (2008); Frihart & Hunt (2021), FPL Wood Handbook, гл. 10.
Конструкционные профили и короткие мебельные профили
Конструкционные профили длинные. В исследовании клеёной древесины из бука использовались шипы длиной 20 мм с шагом 6 мм и затуплением 1,2 мм — одна из двух самых распространённых геометрий в Германии того времени.5 В исследовании 2024 года стандартный профиль нарезали фрезой, рекомендованной для конструкционных соединений по EN 14080: шаг 3,8 мм, длина шипа 16,05 мм.2 Неконструкционные соединения для мебели и столярных изделий используют гораздо более короткие шипы, которые дают меньше отходов и которые легче скрыть.1
Вертикальные и горизонтальные соединения
Зубчатое соединение можно нарезать так, что профиль будет виден на широкой пласти доски (вертикальное соединение) или на кромке (горизонтальное соединение).1 В клеёной древесине обычно используют вертикальные соединения.2 Производители щитов часто выбирают профиль, выходящий на кромку, чтобы зигзаг не был виден на лицевой поверхности.6 FPL добавляет производственную деталь: при отверждении клея токами высокой частоты вертикальные соединения отверждаются быстрее горизонтальных.1
Стандарты: EN 15497, EN 14080 и почему лиственные породы остаются за их рамками
Сращивание конструкционной древесины регулируют два европейских стандарта:
- EN 15497 (конструкционная массивная древесина, сращённая на зубчатый шип) устанавливает как эксплуатационные требования, так и минимальные требования к производству. Он применяется к хвойным породам, перечисленным в стандарте, и к тополю. Некоторые положения можно использовать для лиственных пород, но такая продукция стандартом не охватывается.3
- EN 14080 (клеёная многослойная древесина и клеёная массивная древесина) применяется к клеёной древесине из перечисленных хвойных пород или тополя со слоями толщиной от 6 до 45 мм. Клеёная древесина из отдельных лиственных пород может быть возможна по некоторым его положениям, но тогда не применяется приложение ZA — та часть, которая связывает стандарт с маркировкой CE.4
Оба стандарта требуют в конструкционных соединениях небольшого зазора на конце каждого шипа. Зазор обеспечивает тонкий клеевой шов и позволяет соединению самозаклиниваться при прессовании, но он же ослабляет сечение у основания шипов, где обычно начинается разрушение.2
Для лиственных пород практическое следствие простое. Сращённая ламель из бука или дуба в мебельном щите, столешнице или ступени — это неконструкционное или специфическое для продукта применение, а не конструкционный элемент с маркировкой CE. Её качество зависит от контроля процесса у производителя, а не от конструкционного стандарта.
Насколько прочно зубчатое соединение?
FPL чётко обозначает потолок: хорошо изготовленное соединение «на ус», зубчатое или внахлёст по торцам может достигать до 90 % прочности бездефектной древесины при растяжении и вести себя во многом так же. Тот же источник добавляет предупреждение, важное для стульев и всего, что нагружается многократно: число циклов нагрузки до разрушения у хорошо выполненного торцевого соединения часто ниже, чем у бездефектной древесины.1
Бук и берёза: данные Гёттингена 2024 года
Самый полезный из недавних наборов данных получен в Гёттингенском университете, где ламели из берёзы и бука срастили на промышленной линии и испытали на растяжение и изгиб.2
- Бук, растяжение: несращённые контрольные образцы показали в среднем 98,1 Н/мм². Ламели со стандартным профилем и клеем MUF — 63,1 Н/мм², около 64 % от контрольных; модифицированный профиль — 70,5 Н/мм², около 72 %.
- Берёза, растяжение: контрольные образцы 79,9 Н/мм²; со стандартным профилем PUR — 61,2, MUF — 57,0 и PRF — 36,8 Н/мм², то есть около 77, 71 и 46 % от контрольных.
Проценты — наш расчёт по опубликованным средним значениям. В более раннем исследовании слоёв клеёной древесины из бука, промышленно сращённых с меламиновым клеем, средняя прочность соединения при растяжении составила 70 ± 11 Н/мм² после исключения двух стволов с сильным наклоном волокон; исследование не подтвердило значения 80–100 Н/мм², приводившиеся в более ранней литературе.5
Дуб и бук: что дают более длинные шипы
Длина шипа — главный конструктивный рычаг. При сравнении восточного бука, дуба, сосны обыкновенной, тополя и пихты прочность при изгибе росла с длиной шипа вплоть до самого длинного испытанного профиля, 21 мм; лучший результат показал бук с шипами 21 мм и ПВА-клеем — 57,4 Н/мм², что всё же ниже, чем у цельного бука.7 В исследовании 2026 года на европейском буке и дубе черешчатом (Fagus sylvatica и Quercus robur) предельные растягивающие нагрузки достигли 21 320 Н для бука и 21 631 Н для дуба, и оказалось, что более длинные шипы и большая площадь склеивания в целом повышают и несущую способность, и сопротивление разрушению.8 У трёх тропических лиственных пород профиль 18 мм дал самые прочные соединения из трёх испытанных, а эффективность соединения падала с ростом плотности: 88 % у самой лёгкой породы, 78 % у средней и 60 % у самой плотной.9
Картина по всем исследованиям согласуется. Более длинные шипы помогают, плотные породы сложнее сращивать эффективно, и место разрушения сращённой ламели обычно определяет соединение, а не древесина между соединениями.
Клей имеет значение: PUR, MUF, PRF и ПВА
Конструкционные зубчатые соединения в Европе склеивают клеями, допущенными для несущих деревянных конструкций: меламино-карбамидоформальдегидными (MUF), фенол-резорцинформальдегидными (PRF) и однокомпонентными полиуретановыми (PUR). FPL называет меламино-карбамидные клеи основными для сращивания по длине и склеивания пиломатериалов по кромкам, а PUR — широко применяемыми в Европе для конструкционных задач.1 Неконструкционные мебельные соединения часто склеивают поливинилацетатной (ПВА) дисперсией класса D3 или D4 по EN 204.6,10
Результаты Гёттингена по берёзе показывают, насколько клеевая система может влиять на практике. Соединения на PUR и MUF были значительно прочнее соединений на PRF. Авторы отметили долго сохраняющийся запах формальдегида от соединений на PRF — признак неполного отверждения, возможно из-за недостатка отвердителя или слишком низкой температуры отверждения.2 Вывод для покупателя не в том, что PRF — плохой клей, а в том, что соотношение компонентов, температура и время отверждения — часть качества соединения.
Выбор клея сегодня определяют два регламента. Клеи PUR, содержащие не менее 0,1 % диизоцианатов, могут применяться в промышленности или профессионально только работниками, прошедшими обучение, — это требование REACH действует с 24 августа 2023 года, а повторное обучение нужно проходить не реже чем раз в пять лет.11 А с 6 августа 2026 года мебель и изделия из древесины, выпускаемые на рынок ЕС, могут выделять не более 0,062 мг/м³ формальдегида при камерном испытании по REACH, что касается любого изделия, склеенного MUF или PRF.12 Классы и правила подробно разбирает наша статья о столярных клеях.
Торцовое давление: почему буку нужно больше, чем берёзе или ели
После нанесения клея на шипы две заготовки сжимают торцовым давлением, чтобы шипы полностью вошли друг в друга, а клеевой шов был тонким. Более плотной древесине нужно больше. В гёттингенском исследовании соединения прессовали 5 секунд давлением 11 Н/мм² для берёзы и 15 Н/мм² для бука — более высокое значение из-за большей плотности бука.2 В исследовании клеёной древесины из бука торцовое давление пришлось повысить по сравнению со сращиванием слоёв из хвойных пород.5
Большее давление не всегда лучше. В исследовании тропических лиственных пород торцовое давление от 4 до 12 Н/мм² в испытанном диапазоне не оказало значимого влияния на прочность при изгибе, а наиболее экономичное давление различалось по породам.9 Правильная настройка зависит от породы, профиля и клея, и добросовестный производитель находит её испытаниями, а не копированием настройки для хвойных пород.
Наклон волокон: скрытый враг прочности
Исследование клеёной древесины из бука, проведённое Штутгартским институтом испытания материалов, пришло к однозначному выводу: решающим фактором прочности зубчатого соединения оказалась не плотность, а наклон волокон в древесине рядом с соединением. Чтобы получить среднее значение 70 Н/мм², пришлось исключить слои из двух стволов с сильным наклоном волокон, и авторы отмечают, что у бука такой наклон очень трудно выявить при визуальной сортировке.5 В гёттингенских испытаниях немногочисленные разрушения вне зубчатого соединения тоже были вызваны в основном отклонениями волокон.2
Для покупателя это означает, что качество сращённой ламели определяется ещё до нарезки соединения. Прямослойная древесина, тщательная вырезка пороков вокруг сучков с их свилеватостью и сушка, после которой в древесине не остаётся напряжений, значат не меньше, чем фреза и пресс.
Профиль и расход клея: что показывают испытания на изгиб
Гёттингенская команда также испытала новый профиль с дополнительными поперечными канавками на шипах, рассчитанный на то, чтобы дать клею больше места. При испытании берёзы на изгиб стандартный профиль с MUF показал 60,4 Н/мм², новый профиль при том же расходе клея — 69,9 Н/мм², а новый профиль при удвоенном расходе — 82,0 Н/мм² против 107,5 Н/мм² у несращённых контрольных образцов.2
Показать данные
| Прочность при изгибе | |
|---|---|
| Без соединения (контроль) | 107,5 Н/мм² |
| Стандартный профиль, 350 г/м² | 60,4 Н/мм² |
| Новый профиль, 350 г/м² | 69,9 Н/мм² |
| Новый профиль, 700 г/м² | 82,0 Н/мм² |
Источник: Stolze & Militz (2024), Materials 17(20), 5063, таблица 6. Берёза (Betula), образцы 31 × 31 мм.
Этот результат напоминает, что соединение — спроектированный продукт. EN 14080 требует, чтобы клей смачивал шипы и выдавливался из соединения при прессовании, и в исследовании расход клея на новом профиле удвоили, чтобы это гарантировать.2 «Голодные» соединения с недостатком клея на шипах — частая причина слабых зубчатых соединений на практике.
Где сращённая древесина лиственных пород оправдана
- Мебельный щит и столешницы. Соединения распределены по многим ламелям, а щит редко работает на чистое растяжение.
- Погонаж, рамки, плинтусы и обшивка. Длинные, прямые, стабильные отрезки важнее прочности при растяжении, а окрашенные или тонированные профили скрывают соединения.
- Ступени. Их широко делают сращёнными, но пролёт и нагрузка заслуживают внимания; компромиссы разбирает наше руководство по дубовым ступеням.
- Детали стульев и другие изделия под циклической нагрузкой. Применять с осторожностью. Предупреждение FPL о меньшей усталостной долговечности напрямую относится к ножкам, царгам и спинкам, которые выдерживают тысячи циклов нагрузки.1
Сращивание меняет и экономику бревна. Короткие бездефектные куски, которые иначе пошли бы в топку, становятся товарными ламелями, поэтому сращённый щит стоит дешевле цельноламельного и поэтому эта технология — основа хорошего выхода.
Как мы сращиваем древесину в SARAL
Что спросить у поставщика сращённой древесины лиственных пород
- Назначение и класс. Задекларирована ли продукция для неконструкционного или конструкционного применения и по какому стандарту или оценке?
- Профиль. Длина и шаг шипов, а также вертикальное или горизонтальное соединение (видно на пласти или на кромке).
- Клей. Тип и класс (EN 204 для неконструкционного ПВА), а для формальдегидсодержащих систем — подтверждение соответствия пределу REACH 2026 года.
- Влажность при сращивании и как разделяются заготовки с разной влажностью.
- Сортировка бездефектных заготовок. Какие пороки вырезаются и как учитывается наклон волокон вокруг сучков.
- Контроль процесса. Как устанавливаются и проверяются торцовое давление, расход клея и отверждение, испытывает ли производитель соединения на изгиб или растяжение и как часто.
- Шаг соединений и внешний вид. Минимальная длина заготовки, могут ли соединения приходиться на критические участки детали, сортировка по цвету.
Если вы покупаете не ламели, а комплектующие, добавьте ещё один вопрос: где в детали может находиться соединение?
Часто задаваемые вопросы
Прочна ли сращённая древесина?
Достаточно прочна для большинства мебельных, щитовых и столярных задач, но при растяжении уступает бездефектной древесине. Хорошо выполненное соединение может достигать до 90 % прочности бездефектной древесины при растяжении; измеренные промышленные соединения бука показали около 64–72 %.1,2
Сращённые пиломатериалы или цельная древесина: что выбрать?
Выбирайте цельную древесину для длинных, сильно нагруженных или подверженных циклическим нагрузкам деталей и когда нужна непрерывная текстура. Выбирайте сращённую древесину для щитов, рамок, погонажа и деталей, где важнее прямолинейность, стабильность и цена.1
Что такое сращённая древесина?
Это древесина, полученная склеиванием более коротких кусков торцами с помощью сцепляющихся клиновидных шипов. Шипы создают площадь склеивания, во много раз превышающую поперечное сечение.1
Можно ли использовать сращённую древесину на улице?
Только с клеем, допущенным для этого. ПВА-клей класса D4 по EN 204 подходит для наружного применения, только если поверхность защищена соответствующим покрытием, и только для неконструкционного применения; для наружных несущих элементов нужны конструкционные клеи и конструкционный стандарт на продукцию.3,10
