Виды склеивания в производстве изделии из древесины

Склеивание является древним, широко используемым в на­стоящее время и перспективным средством соединения древе­сины. Склеивание обеспечивается клеем — веществом, способ­ным прочно удерживать склеиваемые поверхности благодаря переходу при определенных условиях из жидкого состояния в твердое. Основная цель склеивания заключается в обеспече­нии необходимой прочности соединения склеиваемых поверх­ностей. На рис. 97 показана схема клеевого соединения заго­товок в увеличенном масштабе места склеивания. Прочность склеивания проявляется сопротивлением действию сил в двух направлениях: на отрыв — силе F или на сдвиг — силе Р. В ре­зультате сопротивления в клеевом соединении могут возник­нуть нормальные и касательные напряжения, которые распре­деляются по поверхности склеивания в зависимости от свойств и механических характеристик всей системы клеевого соедине­ния. При достижении напряжений предельных значений нач­нется разрушение клеевого соединения. Начало разрушения будет находиться в месте, где прочность ниже появившихся на­пряжений. Если допустить, что склеиваются однородные мате­риалы, место разрушения может быть в пяти плоскостях си­стемы клеевого соединения, обозначенных на схеме буквами: К₁,К₂, и А₁ и А₂. Прочность в плоскостях К₁, К и К₂ харак­теризуется соответственно свойствами применяемых материа­лов, их когезией. Прочность в плоскостях А₁ и А₂ характери­зуется прочностью сцепления клея соответственно с первым и вторым склеиваемыми материалами — адгезией клея с этими материалами. При конструировании клеевого соединения в связи с выбором материалов для изделий значения К₁ и К₂ подбирают в зависимости от назначения изделий. Условия раз­рушения по этим плоскостям учитываются и определяются прочностными расчетами. При выборе клея руководствуются характеристиками А₁, К и А₂, так чтобы соблюдать условия

А₁>К>₁ и А₂>К>К₂,

где А₁ и А₂ — адгезионная прочность между клеем и склеивае­мыми материалами; К₁ ,К, К₂ — когезионная прочность клея и материалов. Обычно при склеивании древесины одинаковой по­роды можно допустить, что К₁ = К₂ и А₂ = К. Тогда условие оптимальной прочности определится как

К₁, ₂ ≤ А ₁, ₂ или А ₁, ₂ / К₁, ₂ ≥ 1.

310
При склеивании древесины прочность склеивания должна быть выше прочности склеиваемых материалов. Это условие используется на практике альтернативной оценки качества склеивания. Кроме такого подхода к оценке качества склеива­ния, имеются стандарты, по которым качество склеивания оце­нивается прочностью, определяемой разрушением стандартных образцов и вычислением усредненных предельных напряжений разрушения. Стандартные методы оценки прочности имеют не­которые недостатки: после разрушения оценивается фактиче­ски прочность только разрушенных образцов; регистрируемая

разрушением прочность зависит от условий испытаний и разме­ров образцов. Клеевое соединение древесины представляет со­бой гетерогенную полимерную систему, в которой адгезионное взаимодействие между клеем и древесиной является решаю­щим в характеристике этой системы. Явления адгезии лежат на стыке наук. Адгезия — природное явление. Решению про­блем адгезии нужно учиться у природы. Адгезию считают фак­тором, обеспечивающим целостность биологических систем и их функционирование. Полагают, что рост опухолевых тканей обусловлен проявлением адгезии, снижением числа межклеточ­ных контактов и соответственно прочности их связей. Появле­ние новых композиционных материалов тесно связано с явле­ниями адгезии. Приложенные нагрузки в таких системах рас­пределяются в зависимости от свойств компонентов этой системы. В таких системах очень эффективно проявляется дей­ствие переменных нагрузок, которые внутри системы создают значительную концентрацию напряжений, способных привести соединения к разрушению. По характеру обеспечения адгези­онной прочности можно выявить сплошное и точечное склеива­ние. Такое разграничение носит условный характер, но, оче­видно, при склеивании торцов наблюдается преимущественно-точечное склеивание. Структурные неровности, шероховатость поверхности не дают возможности четко установить границы разрушения по клею и древесине. Граница разрушения между склеенными деталями представляет собой сложную поверх­ность, размеры которой больше номинальных геометрических размеров площади склеивания. Площадь контактов склеивае-

мых поверхностей для единицы номинальной поверхности оп­ределяется по формуле

S_ф=1-ехр[-β (Р/Е)²/³], (110)

где Р — давление, МПа, Е — модуль упругости при сжатии, МПа; β — характеристика поверхности, для гладких плоских поверхностей β=1,3. Поэтому определяемые разрушением ха­рактеристики прочности получаются заведомо завышенными. Предъявляемые к клеям основные требования могут быть обоб­щены в две группы: технологические, позволяющие применять клеи в реальных условиях производства, и эксплуатационные, обеспечивающие требуемое качество изделий в соответствии с их назначением в условиях эксплуатации. Технологические требования к клею определяются технологическими режимами склеивания и облицовывания, эксплуатационные — техниче­скими условиями на изделие. В технологических характеристи­ках клеев обычно указываются: ограничения по массовой доле сухого остатка, вязкость клея в различное время (после изго­товления и хранения в течение определенного периода); время желатинизации; концентрация водородных ионов; массовая доля токсичных веществ; предел прочности при определенных условиях обработки образцов (вымачивании, кипячении и т. п.); расход компонентов; температура и продолжительность техно­логических выдержек склеиваемых поверхностей (до их контак­тирования, в зажимных устройствах, до обработки. Эксплуата­ционные требования ограничиваются условиями эксплуатации изделий: прочностью склеивания, водо- и влагостойкостью, теп­лостойкостью, биостойкостью и стоимостью клея.

Клеевые соединения древесины разделяют на торцовые и боковые. Торцовые клеевые соединения могут быть: впритык плоскими торцовыми поверхностями; шиповые профилирован­ными поверхностями; на ус, с одинаковым уклоном к продоль­ной оси; на ступенчатый ус; зубчатое клеевое соединение; сту­пенчатое клеевое соединение. Боковые клеевые соединения дре­весины бывают: кромочное; соединение на гладкую фугу, на вставных шипах; в паз и гребень, на рейку; пластевое клеевое соединение.

Все клеевые соединения должны обеспечивать максимально достижимую прочность. Торцовые клеевые соединения могут быть получены прочностью примерно 80 % прочности цельной древесины. Боковые клеевые соединения на гладкую фугу дол­жны иметь прочность равную прочности склеиваемой древе­сины. Склеивание измельченной древесины представляет собой сочетание торцового и бокового склеивания частиц. Преоблада­ние того или другого вида склеивания зависит от формы и раз­мера частиц измельченной древесины. От этого соотношения зависит прочность материала, изготовленного склеиванием из-

мельченной древесины. При проектировании клеевых соединений необходимо учитывать условия эксплуатации, которые оказывают свое влияние на равновесную эксплуатационную влажность древесины, а через нее на физико-механические свойства клеевых соединений. Согласно «Строительным нормам и прамости от условий эксплуатации делятся на девят групп:

конструкции эксплуатируемые в отпаливаемых помещениях относятся к группам А₁, А₂ и А₃, в неотапливаемых – В₁, В₂ В₃.Влажность древесины в этих нруппах соответственно номеру в группе – 9, 12, 15 %.

Для склеивания конструкции групп А₁, Б₂ и Б₃.

Эксплуатируемые на открытом воздухе – В₁ В₂, В₃. Влажность древесины в этих группах соответственно номеру в группе – 9, 12, 15 %.

Для склеивания конструкции групп А₁Б₂ могут использоваться карбамидные и поливинилацетатные клеи; для групп А₂ и Б₂ – карбамидомеламиновые, для всех остальных групп конструкции рекомендуется применять резорциновые с металлом обозначение клеев эпоксидные клеи. Условное сокращенное обозначение клеев по их происхождению приведено ниже. Для краткости в условных обозначениях указано только химическое происхождение клеев без указания конкретных марок.