Шесть моментов при склеивании




Понимание физических и химических процессов, сопровождающих операции от нанесения клея до полного затвердения клеевого шва, очень важное, необходимое для правильного выбора клея, управление процессом склеивания, контроля качества клеевого соединения.

Смачивания древесины клеем

При нанесении жидкого клея на древесину обязательным условием хорошего склеивания является полное смачивание поверхности. Для улучшения смачивания следует снижать вязкость клея, повышать его температуру и тщательно очищать поверхность от пыли и других загрязнений. Время подготовки поверхности к склеиванию (путем строгания или лущения) не должен превышать 4-8 часов, так как под действием различных факторов окружающей среды происходит старение поверхности древесины, следовательно способность к смачивания ухудшается.

Смачивания является первой и необходимым условием склеивания, так как обеспечивает формирование молекулярного контакта жидкого адгезива и субстрата (межфазный контакт). Рекомендуется двустороннее нанесение клея - т.е. на обе контактирующие поверхности.

Увлажнение древесины клеем, повышение вязкости и концентрации клея
Влага из клея проникает в древесину, отчего происходит набухание подложки. Увлажнение древесины может быть значительным.

Например, при толщине шпона 1,5 мм на 1 м2 наносится примерно 120 г клея на каждую сторону листа. Если считать, что половина влаги впитывается в древесину, то при концентрации клея 50% (что типично для фенольных смол типа СФЖ) увеличение влажности шпона составит около 15%.

При склеивании массивной древесины значительно увлажняется и набухает верхний слой. При последующем склеивании древесина будет всихатися и препятствовать формированию клеевого шва. Для снижения негативных последствий этого явления желательно использовать Высококонцентрированные клеи и осуществлять их подсушивания после нанесения.

Удаление растворителя из клея после составления соединения резко увеличивает его вязкость и содержание сухого остатка, что приводит к превращению жидкого клеевого слоя в твердое тело, то есть до появления когезии и адгезии клеевого шва.

Когезия - это собственная прочность клеевого шва, а адгезия - способность прилипания его к субстрату (в нашем случае - к древесине.

Переход клея в твердое состояние (появление когезии)

Можно выделить пять механизмов перехода жидкого клея в твердое состояние: удаление растворителя из дисперсионной среды. По этим механизмом отвердевают поливинилацетатная дисперсии, каучуковые латексы, Полихлоропрены; охлаждения расплава. Это наиболее быстрый способ склеивания, типичный для клеев-расплавов, термопластичных нитей; реакция поликонденсации, типичная для большинства термореактивных клеев типа мочевиноформальдегидних, фенолформальдегидных и других, содержащих компоненты, способные реагировать друг с другом, образуя новую твердое вещество с образованием низкомолекулярных продуктов (конденсата ; реакция полимеризации, которая заключается в увеличении молекулярной массы вещества при увеличении его молекул за счет функциональных групп, превращающих жидкий мономер сначала в объемистый олигомер, а затем в твердый полимер; реакция гидратации, которая состоит в превращении оксидов в гидроксиды, например:

СаО + Н2O = "Са (OH) 2

Mg + H2O = Mg (OH) 2

Отличительная черта этой реакции заключается в том, что здесь вода является не растворителем, а реагентом, т.е. веществом, входящим в структуру новообразованной вещества. Получаемый клей не дает усадки и обычно имеет плотную однородную структуру. По этому типу реакции отвердевают цемент, гипс (алебастр), казеиновый клей.

Существуют и нетвернучи адгезивы, например на основе каучука, в виде липких лент и пленок.

Физико-механические показатели затвердевшего клеевого шва в значительной мере зависят от структуры полимера. Различают полимеры линейной, сетчатой и пространственной структуры. С повышением длины молекул (молекулярной массы) повышается температура плавления вещества, уменьшается растворимость, увеличивается вязкость. До определенного момента повышается также адгезионная способность.

Линейные полимеры дают пластические гибкие швы обычно термопластичные и не водостойкие. Пространственные полимеры формируют твердый прочный шов высокой водостойкости, как правило термореактивных. К ним относятся большинство термореактивных клеев поликонденсацийного типа. Разветвленные полимеры занимают промежуточное положение.

Основные усилия при разработке синтетических клеев направлены на то, чтобы высокомолекулярное вещество давала развитую пространственную структуру.

Более типичным для полимеров является образование сетчатых структур с недостаточно развитыми поперечными связями, что и обусловливает не всегда высокие эксплуатационные свойства клеевого шва, в частности ограниченную водостойкость.

Лучшие результаты дают высокомолекулярные вещества с несколькими функциональными группами, например двухатомных фенол (резорцин), меламин и др.

Появление адгезии клеевого шва

Адгезия и Когезия клеевого шва оказываются одновременно, однако физико-химическая сущность этих явлений разная. Клей может иметь очень высокую когезии (собственную крепость), но иметь очень слабую адгезию ко всем или некоторым материалов. Например, цемент образует очень прочный бетон хорошо соединяет много строительных материалов, но практически не имеет адгезии к древесине. Это позволяет использовать при бетонных работах деревянную опалубку, в том числе многоразового использования.

Для клеев, используемых в деревообработке, типичным является сочетание высокой адгезии и когезии.

Возможны четыре варианта разрушения клеевого соединения: когезионных разрушения по древесине свидетельствует о высоком качестве склейки. Адгезионную разрушения (по границе "древесина-клей") свидетельствует о низком качестве клея или о нарушении в технологии склеивания. Когезионных разрушения по клеевом шва означает низкую прочность сформированного клеевого слоя. Смешанное разрушения, когда прочность соединения близка к прочности исходного материала, свидетельствует обычно о хорошо склеивания.

При разрушении клеевого соединения древесины (в основном при скалывании вдоль волокон) технолог должен обратить внимание на поверхность разрушения, так как гладкая поверхность свидетельствует о недостаточной прочностью склеивания.

Современные клеи могут обеспечивать прочность при скалывании до 10-15 МПа, тогда как прочность древесины на скалывание вдоль волокон составляет даже для твердолиственных пород не более 10 МПа.

Сейчас не существует единой теории адгезии, т.е. теории, объясняющей появление адгезионных сил для всех клеев и материалов, используемых для склеивания: Механическое сцепление клея и древесины за счет затекания клея в поры древесины и образования клеевых замков. В ряде случаев оно может обеспечить до 20% общей прочности клеевого соединения, хотя в других случаях его роль практически равна нулю. Появление межатомных и межмолекулярных сил на границе двух материалов. Электростатическая взаимодействие заряженных ориентированных частиц. Взаимное проникновение макромолекул через межфазную границу. Образование химических связей между клеем и субстратом (хемосорбция).

В зависимости от химической природы вяжущего, состояния материала и параметров режима склеивания могут появляться те или иные явления, формирующие адгезионный связь двух материалов.

Усадка клеевого шва и появление внутренних напряжений

Усадка клеевого шва - это уменьшение его размеров за удаления летучих веществ (главным образом растворителя) и частично через изменение структуры материала и температурных деформаций. Усадка тесно связана с концентрацией клеев, так как содержание сухого остатка фактически показывает долю клеевого шва в общем объеме жидкого клея. Большей степени усадке подвергаются фенольные и карбамидные клеи.

Поскольку усадка происходит под давлением, то она неизбежно влечет внутреннее напряжение в клеевом соединении (внутренними называют напряжение, не вызваны внешними силами. Согласно твердые термореактивные клеи порождают более высокие усадочные напряжения, чем пластические термопласты. Практически не дают усадки клеи-расплавы, не имеющих растворителя, полиуретановые и казеиновые клеи, в которых вода является не только дисперсионным средой, но и реагентом, который формирует клеевой шов.

При склеивании древесины процесс облегчается высокой пластичностью древесины как вдоль, так и особенно поперек волокон. Это приводит к тому, что усадочные напряжения в клеевом соединении частично тормозятся пластическими деформациями. Однако замечено, что прочность клеевых соединений увеличивается с уменьшением толщины клеевого шва и в случае его пластификации.

Влажностные напряжения в клеевом соединении древесины

Одна из характерных черт древесины, которой не обладают большинство других строительных материалов - это изменение ее размеров при изменении влажности. Для клееных деталей влажностные деформации вызывают появление соответствующих напряжений в клееные детали. Особенно опасным является высушивания древесины после ее склеивания. Поскольку внешние слои древесины высыхают раньше внутренних, то это провоцирует очень опасные напряжения разрыва поперек волокон. Нечто подобное имеет место при склеивании рельсовых щитов. При снижении влажности древесины крупнейшие напряжения возникают у торцов щита, а затем уменьшаются по закону убывающей синусоиды. При увлажнении склеены древесины напряжения в клеевом соединении меняют знак, то есть растяжение меняется на сжатие поперек волокон.

Отсюда следует очень важный практический вывод о том, что всегда желанна минимальная влажность древесины, склеивается, (лучше пересушить, чем недосушиты!) Равновесная влажность древесины в зимний период в отапливаемом помещении может снизиться до 4-5%, поэтому для особо важных деталей, например фасадов мебельных изделий, регламентируется влажность древесины перед склеиванием 6-8%.

Для снижения напряженности в клееной продукции важна не только низкая влажность древесины, но и желательно склеивать элементы малого поперечного сечения. Можно сказать, что прочность и формоустойчивость клееной детали тем выше, чем меньше размеры склеенных элементов. Лучшие результаты дают склеивания тонкого шпона в фанере или клееные детали мебели. При использовании пиломатериалов уменьшение размеров элементов (деталей) резко увеличивает расходы древесины, поэтому конструкция клееной продукции должна отрабатываться с экономической стороны.








Last Advertisement
Login
Log in:  
Password:  
 
You must register to get additional capabilities in the system, Registration is free

Шесть моментов при склеивании - www.PromWood.com
Users OnLine: 
History forestry | Woodworking | Species of wood | Wood drying | Machinery and equipment | Finishing wood | Biofuel | Charcoal | Forest handbook | Охота