Основные клеящие смолы и клеи на их основе

Основные клеящие смолы и клеи на их основе В производстве клееной древесины применяются различные по составу и структуре клеи, их можно классифицировать по ряду признаков: по происхождению; способу перехода в твердое состояние, внешнему виду, водостойкости и ряду других признаков. Клеи Животные Растительные Синтетические Название Глютиновые Козеин Альбу-мин Белковые Целлюлозные Термореактивные Термопластичные Каучуковые Вещества, на основе которых изготовлены Мездровый, костный, кожный, рыбный Молочно-козеиновый, творожно-козеиновый Альбуминовый кровяной Из белка злаков и бобов, клещевина Эфирно-целлюлозные, вискозные Резорциновые, меламин, фенол, формальдегид, полиэфирные, эпоксидные, полиуретановые Поливинилаце-татные, полиамидные Водоэмульсионные (латекс), клеи на органических растворителях Способ отверждения Твердеют при охлаждении раствора Твердеют при испарении растворителя Денатурируют при нагревании Денатурируют при нагревании Склеивают при испарении Отверждаются при нагревании или под действием отвердителя Твердеют при охлаждении или испарении раствори-теля Склеивают после испарения растворителя Примечание. О колагенных и козеиновых клеях необходимые сведения можно найти в справочнике по производству фанеры под редакцией Качалина Н.В. Требования, предъявляемые к клеям В зависимости от условий применения и эксплуатации клееных изделий из древесины к клеям предъявляется ряд требований эксплуатационного, технологического и экономического характера в зависимости от области их применения и условий эксплуатации. Основные из них следующие. Эксплуатационные требования. Они направлены на создание долговечного клеевого соединения. Клей должен создать прочное клеевое соединение, для чего он должен иметь высокую адгезию к склеиваемому материалу и высокие когезионные свойства. Термин «адгезия» (прилипание) характеризует связь между приведенными в контакт материалами, в данном случае между клеевой пленкой и древесиной, определяется величиной силы, необходимой для отрыва пленки клея от древесины, т.е. пленки клея от подложки. Термин «когезия» характеризует связь частиц внутри данного тела, т.е. прочность самого отвержденного клея. Желательно, чтобы когезионная прочность клея была выше прочности склеиваемого материала. В то же время прочность склеивания разнородных поверхностей определяется соотношением сил адгезии и когезии. Адгезия должна быть больше когезии, в противном случае склеивание будет слабым. Клей должен обладать хорошей смачиваемостью, т.е. способностью растекаться по поверхности твердого тела в результате сил притяжения между частицами жидкого и твердого вещества. Хорошая смачиваемость клеящим веществом склеиваемого материала влечет за собой образование прочного, а плохая - слабого клеевого соединения. Клей после отверждения должен быть водостойким, т.е. должен сохранять свойства при длительном воздействии на него воды. Водостойкость клея характеризуется количеством влаги, поглощенной им за 24 часа прибывания в воде при t =18-20°С. Водостойкость клея зависит от его природы, структуры, степени отверждения, толщины клеевой пленки и т.п. Она может быть повышена путем термообработки клея или введением в него аппретированных наполнителей. Все клеи принято делить на три группы: повышенной водостойкости, средней и неводостойкие. Следует хорошо помнить, что водостойкость клея и его стоимость находятся в прямой зависимости. Клей после отверждения должен быть влагостойким (атмосферостойким) т.е. сохранять свои свойства при длительном воздействии на него влажного воздуха. Требования к влагостойкости особенно велики, если клееное изделие используется при повышенной t и W (например, в тропиках). Клей должен быть биостойким. Выполнение этого требования важно в случае работы клеевого материала во влажной среде при повышенной температуре. С целью повышения биостойкости в клей вводят ядовитые для микроорганизмов вещества. Клей после отверждения должен быть термостойким, т.е. в процессе эксплуатации не должен размягчаться. Клей после отверждения должен быть бензо- и маслостойким, т.е. не набухать в углеводах. Оценивается бензо- маслостойкость по изменению какого-либо из прочностных показателей. Клей должен быть эластичным, что способствует снижению формоизменчивости клееных изделий. Клей должен быть нейтральным к древесине, т.е. не должен разрушать волокна древесины и менять их цвет. Клей должен обеспечивать получение долговечного соединения. Клей после отверждения не должен быть очень твердым и не оказывать отрицательного действия на режущий инструмент. Технологические требования вытекают из желания иметь простую и удобную технологию склеивания. Клей должен иметь определенную вязкость, т.е. хорошо распределяться по поверхности древесины и смачивать ее, однако применение низковязкого клея создает опасность его поглощения древесиной и получения неплотной клеевой прослойки. Излишне вязкий клей плохо смачивает древесину, что снижает прочность соединения. Клей не должен быть токсичным, т.е. не содержать вредных для здоровья веществ. Клей должен быть прост в приготовлении и нанесении на склеиваемые поверхности. Клей должен иметь стабильные свойства в течение некоторого времени (вязкость, концентрацию) и не изменять их при хранении. Клей должен обладать достаточной жизнеспособностью, т.е. время от момента его приготовления до момента, когда его нельзя будет применять, должно быть достаточно большим. В практике жизнеспособность клея желательна чуть больше продолжительности рабочей смены. Клей при отверждении не должен выделять большого количества летучих продуктов. Это связано с применением менее мощных прессов. Клей должен отверждаться при возможно меньшей температуре, так как высокая температура плит пресса отрицательно влияет на саму древесину (может вызвать деструкцию связующего, изменить цвет древесины и т.д.), а также ведет к значительным энергетическим затратам. Экономические требования обусловлены рентабельностью его применения. Сырье, применяемое для изготовления клея, должно быть достаточно доступным. Стоимость клея, расходуемого на единицу площади склеиваемого материала, должна быть минимальной. Клей должен иметь достаточно высокую скорость отверждения, что ведет к повышению производительности труда. Оборудование для изготовления клея должно быть простым и дешевым. Стоимость оборудования и капитальные затраты на организацию производства клея должны быть минимальными. Конечно, клеев, которые полностью удовлетворяли бы всем перечисленным требованиям не существует, и стремиться к созданию таких клеев не следует, ибо экономически это себя не оправдает. Необходимо хорошо знать свойства клеев и уметь из большого количества правильно выбрать подходящий. Составные части клея и их характеристика Клеи изготавливаются из нескольких составных частей (составляющих): основное вещество – главная часть клея; растворитель; группа вспомогательных веществ. Основное вещество – может быть собственно клеящее вещество – смола, которая при определенных условиях может склеивать (фенолформальдегидная смола) или вещество, которое при воздействии на него других веществ начинает склеивать (альбуминовые клеи). Растворитель – это жидкость (обычно), изменяющая концентрацию и вязкость клея. Растворитель должен быть дешевым, нетоксичным и непожароопасным. В качестве растворителей используются: ацетон, этилацетат, спирт, вода, бензол, бензин и др. Излишек растворителя в клее ведет к увеличению времени выдержки в прессе для удаления (испарения) этого излишка, иначе клеевой шов получится пористым и непрочным. Группа вспомогательных веществ - это вещества, которые сами не обладают клеящими свойствами, но придают клею определенные свойства. К ним относятся: клееобразователи-NaOH - (альбуминовый); отвердители - вещества, способствующие переводу клеев в необратимое отвержденное состояние (слабые органические кислоты, соли кислот, и т. д.), вид и количество отвердителя определяют время отверждения и прочность клеевого соединения; наполнители - вещества, вводимые для уменьшения расхода клея и снижения внутренних напряжений, для увеличения вязкости клея (древесная мука, гипс и др.); пластификаторы - вещества, снижающие модуль упругости клеевой пленки и внутренние напряжения в клеевом шве (глицерин, воск, дибутилфталат, декстрин); стабилизаторы – добавки, поддерживающие вязкость на определенном уровне (спирт, ацетон, диэтиленгликоль); дубители - вещества, повышающие водостойкость (формалин, уратропин, алюминиевые квасцы); антисептики - вещества, повышающие биостойкость клея (фенол, крезол, фтористый натрий и др.). Синтетические связующие и клеи, используемые для склеивания древесных материалов Животные и растительные клеи в современных технологиях клееных материалов из-за дефицитности и дороговизны используются незначительно (для ремонта, для склеивания специальных изделий, в экологических целях). Широкое распространение в деревообработке получили синтетические полимеризованные и поликонденсационые смолы и клеи на их основе. Синтетические смолы это высокомолекулярные соединения (ВМС) – полимеры. По химической активности высокомолекулярные соединения делят на две группы: термопластичные и термоактивные. К термопластичным относят полимеры, имеющие линейную структуру, способные плавиться при нагревании. При этом они не имеют точки плавления, этот процесс может протекать в определенном интервале температур. К термоактивным относят полимеры, имеющие двух- или трехмерную сетчатую структуру, способные при нагревании переходить в твердое состояние. При этом процесс перехода необратим. Последующим нагреванием такой полимер можно только разрушить. В настоящее время известно огромное количество видов синтетических клеев. Но для склеивания листов шпона по толщине преимущественное применение находят фенолоформальдегидные клеи как в чистом виде, так и в виде различных модификаций. В меньшем количестве применяют резорциновые и меламиновые клеи. При выполнении ряда других операций технологического процесса изготовления фанеры, а также при ее дальнейшем использовании, находят применение также поливинилацетатная эмульсия, каучуковые, бутварные и другие клеи. Фенолоформальдегидные смолы и клеи. Для фенолоформальдегидных смол (ф/ф) и клеев характерна их способность создавать высокопрочные и повышенной водостойкости соединения, хорошо работающие в условиях наружного воздуха. Ф/ф смолы (клеи) могут быть: одно- и многокомпонентные; жидкие и твердые (пленки); горячего и холодного отверждения. Исходным сырьем для приготовления ф/ф смол являются: фенол C2H5OH и его гомологи – крезол, смесь фенола и крезола (фенольная фракция, трикрезол, ксиленол); формальдегид; катализаторы – сильные и слабые кислоты, соли кислот, щелочи (NaOH, BaOH), аммиачная вода. Высокого качества смолы получаются из двухатомного фенола – резорцина C6H4(OH)2, они обладают большой водо- и теплостойкостью и практически не токсичны. Но резорцин очень дорог и поэтому применение этих смол ограничено. Чтобы решить вопрос о пригодности смол (клеев) для тех или иных целей необходимо знать, какими показателями они могут быть охарактеризованы, а также значение каждого из них. Рассмотрим главные из этих показателей. Содержание сухих веществ в смоле, или ее концентрация зависит от рецепта смолы и режима варки и влияет на скорость отверждения, вязкость и адгезивные свойства. С увеличением концентрации смолы увеличивается скорость отверждения и вязкости, но из-за плохой смачиваемости ухудшается адгезия. Вязкость смолы, характеризующая ее внутреннее трение, зависит от концентрации смолы и содержания в ней свободного фенола, чем ниже концентрация и больше свободного фенола, тем вязкость ниже. Вязкость имеет очень важное значение в технологическом процессе склеивания и пропитки. Содержание свободного фенола зависит от молярного соотношения между фенолом и формальдегидом и влияет на токсичность смолы, скорость отверждения, адгезивные свойства и пластичность клея. Увеличение содержания свободного фенола улучшает адгезию, пластичность, но снижает скорость отверждения, увеличивает токсичность. Щелочность смолы. Этот показатель зависит от количества и вида катализатора при варке смолы. Щелочность влияет на скорость отверждения, водостойкость, адгезию и диэлектрические свойства. При высоком PH смола быстро отверждается, но другие свойства ухудшаются. При использовании щелочных катализаторов получаются смолы, которые при нагревании переходят в неплавкое состояние. При использовании кислых - смола плавится и растворяется. Время отверждения смолы. Оно зависит от содержания в смоле свободного фенола, концентрации, температуры отверждения (прессования), от химической структуры сырья. Время отверждения снижается при уменьшении свободного фенола, применении при варке кристаллического фенола и увеличении концентрации. Процесс отверждения смол происходит под воздействием тепла, либо вводом отвердителя. Весь процесс можно разделить на 3 стадии: начальная стадия - резол – смола растворяется и плавится, плотность 1,14; промежуточная – резитол – смола не растворяется в обычных растворителях, при нагревании размягчается, плотность 1,14; конечная – резит - смола не плавится и не растворяется, плотность 1,29. Переход из одной стадии в другую не имеет четких границ. Фенолформальдегидные смолы горячего отверждения применяются для производства фанеры, стружечных плит и других материалов, технология которых связана с применением высоких температур. Таблица 3 Свойства фенолформальдегидных смол горячего отверждения Виды смол СФЖ 3013 Ватэкс 244 Экстер А СФЖ 3014 СФЖ 3011 Содержание сухих веществ, % 39-43 40-42 41 45-59 43-47 Условная вязкость по вязкозиметру ВЗ-4 при 20°С 40-130 --- --- 17-90 120-400 Содержание бромируемых веществ в пересчете на фенол, % 11-25 --- --- 12-14 12-20 Щелочность в пересчете на едкий натр не более, % 4,5-5,5 --- --- 6,5-7,5 3-3,5 РН --- 11-11,5 11,5 --- --- Содержание свободного фенола не более, % 0,18 0,4 0,4 0,10 2,5 Содержание свободного формальдегида не более, % 0,18 0,10 0,15 0,15 0,5-1,0 Смолы горячего отверждения как правило однокомпонентные, поэтому они не требуют введения кислых отвердителей. Ускорения отверждения современных фенольных клеев при нагреве можно добиться введением дубящих веществ (резорцина, пара формальдегида и др.), кроме жидких ф/ф клеев для изготовления высококачественной фанеры применяют бакелитовую пленку, которая представляет собой сульфатную бумагу толщиной 30-40 мкм с поверхностной плотностью 18-22 г/м², пропитанную ф/ф спирторастворимой смолой СБС 1 или водорастворимой С 50 смолой. Масса 1м² пленки 68+8 г, содержание растворимых продуктов в пленке не менее 75%. Срок хранения – 6 месяцев. Пленка удобна в употреблении, но дорога. Фенолформальдегидные клеи для холодного отверждения широко применяются для склеивания массивной древесины и шпона при изготовлении клееных деревянных конструкций. В связи с появлением в последние годы рациональных конструкций прессов для холодного склеивания шпона и возможности в связи с этим более широкого практического применения этого способа разработан ряд ф/ф резорциновых клеев холодного отверждения. Отличительная черта этих клеев – их двухкомпонентность. Это значит, что для перевода смол в отвержденное состояние на них необходимо воздействовать соответствующими отвердителями. В качестве отвердителей применяются, как правило, органические сульфокислоты. Наибольшее распространение в стране получил «контакт Петрова», представляющий собой смесь сульфонафтеновых кислот, так как он меньше чем другие действует на древесину. Таблица 4 Свойства фенолформальдегидных смол холодного отверждения Показатель ВИАМ - Б ВИАМ – Ф9 СФЖ – 3016 СФХ Содержание сухих веществ, не менее, % 80 62-68 70 50-55 Содержание свободного фенола не бо- лее, % 2,1 2,5 5,0 1,0 Вязкость по ВЗ-1 при 20°С 30-40 30-60 10-30 10-60 Бромирующие вещества не менее, % Не регламентируется 20 Щелочность в пересчете на едкий натр не более, % Не регламентируется 2,0 Хранить фенолоформальдегидные смолы следует в плотно закрытой таре при температуре воздуха ниже 200С. Если смола поступает на предприятие в замороженном виде, ее необходимо оттаять, выдержав в помещении при температуре не свыше 250С. Принудительный разогрев смолы паром недопустим. Срок хранения фенолоформальдегидных смол составляет от 3 до 6 месяцев. Общая характеристика фенолоформальдегидных клеев. Они имеют высокую адгезию к древесине и другим материалам. Дают прочные водо-, атмосферо-, био- и теплостойкие клеевые соединения. Хорошо совмещаются с другими полимерами и каучуками. Имеют высокие диэлектрические свойства. Недостатки – токсичность, дефицитность, повышенная стоимость и темный цвет. В отвержденном состоянии подвержены старению. Для повышения срока хранения в смолу вводят диэтиленгликоль. Бакелитовую пленку нужно хранить в подвешенном состоянии при температуре воздуха не более 250С и относительной влажности до 70% Карбамидоформальдегидные смолы и клеи (к/ф). Основа этих клеев - к/ф смолы. Сырьем для смол служит мочевина, формальдегид и различного рода катализаторы, способные изменять кислотность среды. Это уротропин, аммиак, едкий натр, хлористый аммоний. Смолы могут быть в жидком, пастообразном и твердом состоянии (порошок). Свойства карбамидоформальдегидных смол (табл. 5) зависят: от молярного соотношения между мочевиной и формалином. Клеющие смолы изготовляют при соотношении от 1:1.5 до 1:2,2; Таблица 5 Свойства карбамидных смол Показатель КФМТ КФБ КФЖ КФБЖ Сухой остаток 66+1 67+2 62+2 67+2 Содержание свободного формальдегида, не более % 0,3 0,9 1,0 0,8 Вязкость С при 20°С по ВЗ-4. После изготовления. После хранения 60 суток. 45-70 180 40-90 200 ------ ------ Вязкость С по ВЗ-1 при 20°С. после хранения 60 суток. 15-40 120 40-45 225 PH 6,5-8,5 6,5-8,0 7,0-8,5 7,0-8,5 Время желатинизации при 100°С. 30-35 8 20-40 2 45-70 10 30-45 10 реакции среды – характеризуются реакцией водородных ионов РН. При РН меньше 7 смолы плохо сохраняются, при РН больше 7 – медленно отверждаются, оптимально РН от 6-9; температуры поликонденсации – обычно в пределах 80-100°С; конечной обработки смолы – вакуумная сушка для повышения концентрации. Эти смолы имеют цвет от белого до светло-коричневого. Срок хранения их при температуре 0-10°С составляет 2-3 месяца. Для превращения смол в клеи на нее воздействуют отвердителем, имеющим кислую среду и способным понижать PH до 3,5-4. Вид и количество отвердителя зависит от его природы, начального значения PH смолы и способа склеивания. При горячем склеивании применяют аммиачные соли хлористый и фосфорнокислый аммоний, чаще NH4Cl. Химизм процесса отверждения следующий: NH4Cl при нагревании, взаимодействуя со свободным формальдегидом, распадается, образуя HCl и NH3. HCl снижает PH клея и способствует его отверждению. Количество отвердителя колеблется от 0,5-1,5% от массы смолы и зависит от ее PH. Вводят отвердитель в виде вводного раствора 15-20%-ной концентрации или в виде порошка, предварительно размешанного в небольшом количестве смолы. При холодном склеивании в качестве отвердителей применяют водные растворы органических кислот (щавелевой, молочной, лимонной и д.р.). Наиболее часто применяют щавелевую кислоту. Количество вводимого отвердителя выбирают в зависимости от желаемой жизнеспособности клея. Применение кислот в качестве отвердителя при горячем прессовании недопустимо, так как может повлечь гидролиз древесины и снижение качества. На жизнеспособность клеев оказывает влияние температура воздуха производственных помещений. Она обратно пропорциональна температуре . При температуре выше 20-30°С жизнеспособность в три раза меньше. При температуре ниже 20-15°С она в два раза больше. При 20°С - не менее часа. Эти клеи имеют хорошие адгезивные свойства и высокую скорость отверждения, а также стойкость к холодной воде. Нежелателен повторный нагрев изделий склеенных этими клеями, так как ведет к частичной деструкции клеевого шва. При воздействии воды температурой 80°С шов разрушается. Существенный недостаток карбамидных смол - наличие свободного формальдегида, он очень токсичен, а также его наличие в клее при прессовании приводит к появлению трещин в клеевом шве. Жидкие клеи, особенно в теплое время года, не могут долго сохранять вязкость на требуемом уровне, поэтому применяют порошкообразные смолы. Порошок, полученный мягким диспергированием жидкой смолы, с последующей мгновенной сушкой упаковывается в герметичную тару и может храниться 2-3 месяца. По желанию порошок разводится в воде при PH растворе больше 7 и жизнеспособность его не менее 2 суток. В производстве клееных материалов в основном применяются карбамидоформальдегидные смолы марок КФ-МТ, КФ-Б, КФ-Ж и КФ-БЖ. В обозначении марок смол буква Б указывает на быструю отверждаемость смолы, Ж – на повышенную жизнеспособность, МТ – на малую токсичность. К обозначениям марок смол добавляют также буквы. указывающие на преимущественное применение смол: П – в производстве плит, Ф – в производстве фанеры, М = в производстве мебели. Карбамидные смолы следует хранить при отрицательных температурах до – 100С. Замерзание смолы не ухудшает ее клеящих свойств. Но стабильность ее после оттаивания несколько снижается, т. е. сокращается возможный срок ее дальнейшего хранения. Оттаивать замерзшую смолу паром нельзя, так как это может привести к ее отверждению. Срок хранения смол при 5 – 200С в герметично закрытой таре, защищенной от воздействия солнечных лучей и атмосферных осадков, 2 мес. Порошкообразные карбамидные смолы, упакованные в герметическую тару, можно хранить практически неограниченное время. Прочие виды клеев В ряде случаев возникает необходимость склеивания древесины с другими материалами, а также выполнения особых требований, предъявляемых к клеевым соединениям с целью улучшения тех или иных их свойств. Для этих целей могут быть использованы нижеследующие клеи. Поливинилацетатный клей - водная дисперсия поливинилацетата (ПВАД), получаемого в результате полимеризации винилацетата - продукта взаимодействия ацетилена с уксусной кислотой. Внешний вид ПВАД - белая однородная жидкость со слабым эфирным запахом. Ее можно изготовлять непластифицированной, пластифицированной дибутилфталатом или трикрезилфталатом (их вводят от 5 до 35% массы дисперсии). Пластификаторы понижают вязкость дисперсии и снижают стойкость ее к действию низких температур. Основные свойства дисперсии: Содержание сухих веществ, %, не менее ……………………….. 50 Содержание винилацетата, обладающего определенным токсическим действием, %, не более ………………………………….. 0,8 Концентрация водородных ионов, PH ………………………….. 4,5-6 Вязкость, с: при t - 20°С по ВЗ-4 ………………………………… 95-110 Склеивание ПВАД основано на диффузионном слипании отдельных частиц в сплошную пленку. Для этого из дисперсии необходимо удалить растворитель, после чего под действием содержащегося в ней инициатора (перекиси водорода ) происходит полимеризация. Этот вид клеев характеризуется высокими адгезионными свойствами, безвредностью, постоянной готовностью к употреблению, достаточно большой жизнеспособностью, высокой скоростью склеивания при комнатной температуре. Клеевые слои отличаются эластичностью и бесцветностью, не затупляют режущий инструмент, но имеют низкие водо- и теплостойкость (до 60°С). Хранить дисперсию надо в герметически закрытой таре при положительной температуре. Срок хранения до 6 месяцев. Употребляется дисперсия как для холодного, так и для горячего склеивания, в частности, для наклеивания пластика на листовой материал, при ребросклеивании шпона, сборке отдельных узлов мебели, музыкальных инструментов, склеивании шиповых соединений, а также в качестве модификатора для других клеев. Каучуковый клей - раствор синтетического или натурального каучука или смеси каучука с некоторыми веществами в органических растворителях. Он может быть не вулканизирующимся и вулканизирующимся. Последнее обеспечивает более высокую прочность склеивания. Вулканизация может происходить как вследствие нагрева клея, так и под действием активаторов и ускорителей (при t = 25-30°С). Существует много марок каучуковых клеев, из которых наиболее известны 88Н и КС-1. Первый из этих клеев - раствор наиритового каучука и бутилфенолформальдегидной смолы в этилацетате и бензине (при соотношении последних 2:1). По внешнему виду - вязкая непрозрачная жидкость желто-коричневого цвета. Срок хранения клеев в герметически закрытой таре не менее 3 месяцев. Основные свойства клея: Содержание сухих веществ, % ……………………………... 30+2 Вязкость по ВЗ-4, с при 20°С…………………………….….. 250-400 Прочность приклеивания резины (на отрыв), МН/м, не ниже………………………………………………………….. 0,011 Аналогичные свойства имеет и клей КС-1. Применяют каучуковые клеи для приклеивания резины, декоративного пластика, металла, поролона и ткани к древесине. Кроме каучуковых клеев на органических растворителях находят применение латексные, или водоэмульсионные клеи (ЛНТ-1, Л-4, Л-7 и др.), достоинства которых - меньшая стоимость, негорючесть и легкость смывания с рук, посуды, клеенаносящих устройств. Однако они имеют более низкую вязкость и требуют загущения 2%-ным водным раствором казеината аммония. Прочность склеивания ими ниже, чем клеями на органических растворителях; ниже и водостойкость клеевых соединений. Срок годности латексных клеев 3-6 месяцев. Они пригодны для приклеивания к древесине тканей и резины. Фенолобутварный клей получается совмещением фенолофомаль-дегидной смолы с поливинилбутиралем (бутваром). Выпускают несколько марок этих клеев - БФ-2, БФ-4, БФ-6 и др. Отличаются они друг от друга содержанием поливинилбутираля и степенью пластификации. С увеличением содержания поливинилбутираля понижается термостойкость клеевых соединений, но растут их эластичность и вибростойкость. Цвет клея - от желтого до красноватого. Имеет высокие адгезионные свойства. Клеевые соединения высокопрочны, водо- и морозостойки, хорошо сопротивляются действию бензина, керосина, масел, спирта. Основные свойства клея: Марка клея…………………………………………...… БФ-2 БФ-4 Содержание сухого остатка, %……………………….. 14-17 10-13 Вязкость по ВЗ-1, с…………………………………….. 30-60 30-60 Эластичность по шкале НИИЛК……………………… 3 1 Предел прочности при сдвиге (алюминий + древесина) вдоль волокон, МПа 13 ----- Недостатки рассмотренных клеев - высокая стоимость, ограниченная теплостойкость и необходимость нагрева соединения до150-160°С для отверждения. Данные клеи можно применять для склеивания фанеры с различными материалами (металлами, текстолитом, пластмассами, оргстеклом и др.). В частности, их используют в качестве подслоя, если металл наклеивают фенолоформальдегидными клеями, содержащими в своем составе кислые отвердители. Хорошие результаты дает применение этих клеев для наклеивания алюминиевой фольги на древесину. Клеевая нить получается в результате покрытия термостойкой стеклонити полиамидной смолой. Диаметр клеевой нити 0,3+0,05 мм, масса одного метра 0,15+0,02 г, прочность на разрыв не менее 0,19 МПа. Применяют клеевую нить вместо гуммированной ленты для поперечного или продольного (методом " зигзаг ") ребросклеивания полос шпона. Перед нанесением на шпон ее подогревают до 300°С для расплавления клея и прижимают к его поверхности. Охлаждаясь, клей снова переходит в твердое состояние и надежно соединяется с древесиной. Два кусочка шпона длиной по 50 мм, соединенных клеевой нитью, должны выдерживать при растяжении нагрузку не менее 30Н. Срок хранения нити не менее 2 лет. Современные клеи для производства древесностружечных плит Для производства ДСтП в качестве связующего до сих пор использовались карбомидные и фенолоформальдегидные смолы, при этом обеспечивалось получение плит разного качества от прочных в сухом состоянии, до прочных в кипящей воде. В качестве исходного сырья, как правило, использовалась древесина. ДСтП в основном выпускались для изготовления мебели. Дальнейшее развитие производства ДСтП требует решения двух основных проблем Во-первых, необходимость улучшить технологию производства и качества ДСтП, используемых в строительстве и во-вторых, учитывая растущий спрос на плиты строительного назначения при дефиците и удорожании древесины и интересы бедных лесом регионов, решить сырьевую базу, включив в нее плохо склеиваемые отходы сельскохозяйственного производства, такие как солома, рисовая шелуха, камыш, льняная костра, кора деревьев и т.п. Исследования фирмы «Бауэр» Германия показали, что определенные виды изоцианитов позволяют изготовить ДСтП хорошего качества даже из плохо проклеиваемых материалов. Под действием давления и температуры идет образование стабильных полеуретановых мостиков с молекулами целлюлозы и другими компонентами, содержащими лигноцеллюлозу, а также реакция изоцианата с водой. Были разработаны различные клеи на основе поликарбамидов и полиуретанов под общим названием "Десмодур". Для ДСтП сегодня предлагается «Desmodur VPDD 1520A». Это черно-коричневый жидкий, физиологически обезвреженный (нетоксичный) изоцианат, не содержащий растворителей. Основные свойства клея: Содержание изоцианата, %………………………….. 29-30 Вязкость при 25°С, сПз ……………………………… не более 500 Плотность при 25°С, г/см……………………………. 1,235 Температура воспламенения, °С …………………… 200 Срок хранения при температуре 10-30°С 6 месяцев. К концу срока хранения вязкость и содержание осадка незначительно возрастает без снижения качества продукта. При температуре ниже 0°С десмодур частично кристаллизуется. При хранении клея необходимо исключать попадание в него воды, так как при смешивании с водой изоцианит реагирует с ней с образованием нерастворимых производных мочевины и двуокиси углерода. «Десмодур» не токсичен, но при работе с ним необходимо соблюдать осторожность и работать в очках и резиновых перчатках. При применении «Десмодур» для изготовления ДСтП используется обычная технология. Отличием является то, что при склеивании изоциана не происходит повышения содержания влаги в отличие от применения водных растворов связующих, поэтому нет необходимости вести сушку стружек до предельно низкого конечного содержания воды, что снижает стоимость сушки. Кроме того, влажность стружки не оказывает особого влияния на качество склеивания и может меняться в пределах от 0 до 25%. Расход связующего для обычных ДСтП составляет 5-7%. Тогда как при применении карбамидных смол он составляет 9-15%. Различные добавки (гидрофобные, антиперены, антисептики) могут вводиться одновременно с клеем. Проклеенная стружка может храниться до 5 часов без снижения качества. Проклеенная стружка в холодном состоянии не склеивается, поэтому пакет не имеет транспортной прочности, что усложняет технически процесс формирования ковра и его транспортировку, т.е. требует специальных приспособлений для формирования ковра. Благодаря подвижности проклеенной стружки и отсутствию способности комковаться формирование пакета идет безупречно. Температура прессования плит на таких клеях 120-220°С, время прессования 0,1-0,5 мин/мм, что значительно меньше, чем при применении традиционных смол. Недостатком является необходимость смазывать металлические поверхности, контактирующие с проклеенной стружкой или настилать наружный слой, проклеенный обычными смолами. Возможно приклеивание бумажного или иного кроящего слоя за одну операцию прессования. Древесностружечные плиты с изоцианатовым связующим отличаются прочностью в кипящей воде, а также стойкостью к разбавленным кислотам и щелочам, при этом расход связующего в среднем сокращается на 1/3, а исходная плотность может быть снижена на 10%. Сырьем для плит на этом связующем может быть любое растительное сырье, в состав которого входит лигноцеллюлоза (кора деревьев, солома, бамбук, рисовая шелуха, багасса и т.п.). Способы улучшения свойств клеев Наполнение клеев. Наполнители в клеи вводят для придания ему необходимых эксплуатационных свойств и уменьшения расхода. При этом появляется возможность влиять на вязкость клея, особенно при низкой его концентрации; уменьшать глубину проникновения клея в древесину и предотвращать просачивание его на наружные поверхности тонких слоев; снижать величину усадки клея; уменьшать влияние изменения толщины клеевого слоя на прочность клеевого соединения; повышать разрывную прочность отвержденного клея; изменять модуль упругости клея; уменьшать разницу термических коэффициентов линейного расширения клея и древесины; способствовать равномерному распределению напряжений в клеевом слое и т.д. Для достижения указанных целей наполнитель должен прочно соединяться с клеем; образовывать с ним однородные композиции; не оказывать каталитического действия на отверждение клея и, в частности, не затормаживать этот процесс; не вызывать коррозии металла, приклеиваемого к основе; не ухудшать стабильности клея при хранении и т.д. Наполнители классифицируют: по химическому составу; по воздействию на полимер; по структуре. По химическому составу наполнители могут быть органическими и неорганическими. Органические наполнители - древесная мука, мука злаковых (пшеничная и ржаная) и бобовых (соевая и др.), крахмал, мука из скорлупы плодовых каштанов, кокосовых и грецких орехов, лигнин, карбоксиметилцеллюлоза, измельченная кора различных деревьев и т.п. Эти наполнители хорошо набухают в воде, активно адсорбируют влагу, повышают вязкость клея, предотвращают стекание смолы с листов шпона. Некоторые из них, однако, снижают водостойкость клея, поэтому для ее восстановления в клей добавляют еще и альбумин. Внутренние напряжения в клее от введения в него наполнителей, как правило, снижаются, так как не создается препятствий для развития релаксационных процессов и сохранения подвижности молекул. Отвержденный карбамидный клей содержит около 10-15% воды, химически не связанной с ним. В дальнейшем эта вода поглощается древесиной, что приводит к усадке и растрескиванию клеевого слоя. Введение в клей крахмала, белковых веществ, древесной муки и других гидрофильных веществ предотвращает появление этих нежелательных явлений. Неорганические наполнители - каолин, мел, асбест, гипс, сажа, тонко размолотое стекло, высокодисперсные металлические порошки и многие другие. Эти наполнители не набухают в воде и не растворяются в ней. На вязкость клея они влияют слабо, но хорошо закрывают сосуды древесины, препятствуя просачиванию клея через тонкие слои. Наполнители уменьшают также влияние изменения толщины клеевого слоя на прочность клеевого соединения. Однако с течением времени прочность клеевого соединения может несколько снизиться. Что касается внутренних напряжений в клеевом слое, то перечисленные наполнители увеличивают их за счет увеличения модуля упругости клея. В то же время эти наполнители уменьшают разницу в термических коэффициентах линейного расширения клея и древесины. Минеральные наполнители способствуют сильному затуплению режущего инструмента при обработке им клееного материала. Наполнители могут быть активными и инертными. Активные наполнители улучшают клеящие свойства полимера, упрочняют клеевой слой, повышают его модуль упругости или изменяют другие его свойства. Примеры таких наполнителей - крахмал, мука злаковых, двуокись титана и др. Следует, однако, заметить, что активными они называются в известной мере условно, так как, улучшая какое-либо одно свойство клея, они могут ухудшать другие его свойства. Кроме того, активность наполнителя может проявляться только при определенном его содержании в клее. Инертные наполнители, в отличие от активных, не изменяют свойств клея. Примеры инертных наполнителей - мел, каолин, тальк и др. Основной эффект их применения обусловлен частичным заполнением объема. Структура твердых наполнителей может быть различной. Так, они могут быть тонкодисперсными, с частицами в форме зерен (древесная мука, мел и др.) или пластинок (тальк, графит, слюда), а также в виде волокнистых материалов (асбест, волластонит). Размеры частиц наполнителя - важная его характеристика, от которой зависит не только прочность клея после его отверждения, но и склонность наполнителя к агломерации и осаждаемости частиц в клеевом растворе. Мелкодисперсные наполнители, имеющие большую удельную поверхность, более склонны к агломерации и меньше осаждаются. Размеры частиц, как правило, должны быть в пределах 1-20 мкм, но в отдельных случаях они могут быть и несколько большими, так как применение тонкодисперсного наполнителя может вызвать появление технологических трудностей - сильное загустение клея и снижение его текучести. Содержание наполнителя в клее колеблется в довольно широких пределах. При малых количествах наполнителя наблюдающееся повышение прочности происходит за счет усиления пространственной структуры, образованной макромолекулами полимера. При больших степенях наполнения (от массы полимера) упрочняющее действие связано с образованием предельно структурированных пленок, распределенных между частицами полимера. При большом наполнении клея частицы наполнителя соприкасаются друг с другом, что приводит к резкому повышению вязкости клея. Может также уменьшиться активность клея (затормозится процесс его отверждения, особенно при холодном склеивании) и снизиться прочность клеевого соединения. При склеивании, например, листов шпона с ложным ядром количество вводимого в клей гипса увеличивается до 10-15%. В фенолоформальдегидных смолах, применяемых без предварительной подсушки, количество вводимого мела увеличивается до 12-14%. Наполнитель можно вводить в реакционную смесь по истечении 1-1,5 ч после варки смолы или в готовую смолу за 8-10 ч до ее использования. В реакционную смесь целесообразно вводить наполнители, которые способны хорошо набухать в воде. В готовый клей, как правило, вводят неорганические наполнители. Для равномерного распределения наполнителя в клее последний вспенивают в течение 8-10 мин. Практика применения некоторых наполнителей выработала следующие рекомендации в отношении их количества, вводимого в различные клеи (% от массы смолы): Мука древесная 3-5 Лигнин гидролизный 10-18 Мука пшеничная 15-40 Гипс 1,5-3 Мука ржаная до 30 Каолин 3-6 Мука из скорлупы орехов 30-40 Мел 3-5 Крахмал 2-4 Карбоксиметилцеллюлоза 0,5-1 Альбумин 3-5 Двуокись титана 3-5 Пластификация клеев. Некоторые из применяемых в настоящее время клеев отличаются после отверждения значительной жесткостью, что затрудняет развитие релаксационных процессов и, следовательно, способствует сохранению в клее значительных по величине внутренних напряжений. Эластичность пленки отвержденного клея можно повысить введением в него пластификатора, который усилит способность полимера к большим высокоэластическим и вынужденно высокоэластическим деформациям. При этом пластификатор должен быть способен совмещаться с клеем (т.е. образовывать с ним истинный раствор), отличаться малой летучестью, иметь небольшую вязкость, быть химически стойким, не вымываться водой, не ухудшать диэлектрических свойств клея и т.д. Эффективность пластификатора тем больше, чем меньше размер его молекул и больше их гибкость. При этих условиях молекулы пластификатора легче проникают между молекулами клея и принимают различные комформации. В качестве пластификаторов, вводимых в клей для склеивания древесины, применяют глицерин, декстрин, сахар, сложные эфиры ( дибутилфталат, дикрезилфталат), диэтиленгликоль. Пластифицирующее действие на клей , как указывалось ранее, оказывают и наполнители, содержащие клейковину: пшеничная и ржаная мука, мука из скорлупы каштанов, кокосовых орехов и др., пластификации клеевого слоя способствует также содержащийся в клее свободный фенол. Надо помнить, однако, что пластификаторы, повышая эластичность клея, снижают его прочность и долговечность и ухудшают адгезионные свойства. При этом снижение тем больше, чем выше концентрация пластификатора в клее. Подавляющее большинство пластификаторов вводят в клей в количестве, не превышающем 5% его массы. На термический коэффициент линейного расширения клея пластификаторы оказывают слабое влияние, незначительно увеличивая его. Модификация клеев. Под этим термином понимается направленное изменение свойств клея введением в него некоторых веществ. В качестве последних используют и другие клеи. Модифицирующие добавки могут изменять адгезионные, механические, диэлектрические, упругоэластичные и другие свойства клея, а также улучшать совместимость с другими полимерами и компонентами, входящими в состав клея. Рассмотрим несколько характерных случаев модификации фенолоформальдегидных и карбамидных смол, широко используемых для склеивания фанеры. Модификация фенолоформальдегидных смол происходит следующим образом. Если чистый фенольный клей, которому свойственна повышенная хрупкость и не очень высокая прочность, совместить с каучуком, например СКН-40, при соотношении 1:1,6, то полученный модифицированный клей будет отличаться высокой теплостойкостью и упругоэластичными свойствами. Таким клеем древесину можно склеивать как холодным, так и горячим способом. Аналогичное действие оказывает поливинилбутираль, введение которого в фенолоформальдегидную смолу повышает эластичность и вибростойкость клея при некотором снижении его теплостойкости. Пример такого клея - рассмотренный ранее клей БФ. Для повышения водостойкости фенолоформальдегидных смол в них можно вводить резорцин или приготовленную на его основе смолу в количестве 1,5-5%. Пример такого клея - клей КФР-2, созданный на основе смолы СФЖ-3013 и резорциновой смолы Р-1. Карбамидоформальдегидные смолы модифицируют каучуковыми латексами, поливинилацетатной дисперсией, фенолом, резорцином, бензогуанамином или меламином. Так, добавление в карбамидоформальдегидную смолу латексов типа ДММА, ЛНТ-1, Л-4, Л-7 (в соотношении 60:30) значительно повышает эластичность клеевого слоя без снижения прочности. Почти в 2 раза уменьшается содержание свободного формальдегида, снижается ее вязкость и, следовательно, удлиняется продолжительность хранения (почти в 4 раза). Водостойкость практически остается на прежнем уровне. Склеивать таким клеем можно как холодным, так и горячим способом. Модификация карбамидоформальдегидных смол поливинилацетатной дисперсей повышает эластичность и прочность клея. Ускоряется также нарастание прочности склеивания при комнатной температуре. Рекомендуемое соотношение между смолой и модифицирующей добавкой 100:25. Поливинилацетатную дисперсию можно добавлять в готовую карбамидоформальдегидную смолу или в реакционную смесь при ее поликонденсации. В карбамидоформальдегидную смолу для повышения ее водостойкости и прочности вводят фенол, резорцин и бензогуанамин, заменяя ими часть мочевины в реакционной смеси, а также на стадии синтеза олигомеров. При этом введение в клей до 10% резорцина взамен мочевины более эффективно, чем модификация его меламином. В качестве модификаторов карбамидоформальдегидных смол применяют аминоэпоксид (его добавляют до 6% массы смолы) или амидохлоргидрин (10-12% массы смолы), вводимые в смолу в виде водного раствора 30%-ной концентрации. Эти модификаторы повышают прочность и водостойкость клеевых соединений и снижают токсичность смолы. При подогреве исходных компонентов, раздельном нанесении смолы и отвердителя и невысокой температуре склеивания такие клеи пригодны для склеивания древесины повышенной влажности. Приготовление клеев Как было описано ранее, клеи бывают одно-, двух- или многокомпонентные. Однокомпонентные клеи к месту их использования подают по трубопроводам шестеренчатым насосом или сжатым воздухом (Р = 0,2- 0,4 МПа). Двух- и многокомпонентные клеи готовят в специальных стационарных или передвижных клеемешалках вместимостью 300-500 л, располагаемых на полу цеха, или вместимостью 150-200 л, располагаемых над клеенаносящими станками. Клеемешалка имеет вал с лопастями, перемешивающими смолу с введенными в нее компонентами. Для предотвращения увеличения температуры перемешиваемого клея свыше 20°С, что могло бы сократить его жизнеспособность, клеемешалки снабжают водяными рубашками, в которые подают водопроводную воду. Отвердитель в смолу вводят в твердом виде или в виде водного раствора 25%-ной концентрации. Продолжительность перемешивания 15-30 мин. Если в состав клея входит наполнитель, его вводят последним, после тщательного перемешивания смолы с отвердителем и другими компонентами. Для лучшего набухания наполнителя клей перед употреблением определенное время выдерживают. Для экономии наполненных карбамидных клеев, уменьшения опасности просачивания их через тонкие слои вследствие увеличения вязкости и уменьшения количества вводимой в пакет влаги их вспенивают. Для этого в смолу вводят такие поверхностно-активные вещества, как альбумин, ОП-10, сапонал, некаль, сапонин и др., в количестве 0,2-1% массы смолы. При вращении в течение 5-10 мин многолопастной мешалки вспенивающего аппарата, имеющего частоту вращения 250-300 мин־¹, происходит увеличение объема смолы в 3-5 раз. После этого в нее добавляют отвердитель и снова перемешивают в течение 5-10 мин. Устойчивость получающейся пены обычно не менее 8 часов. Вспенивать клей можно также, продувая через него сжатый воздух. Вспенивание клея уменьшает его расход на 10-15%. К вспениванию наполненных клеев прибегают для более равномерного распределения в них наполнителя. Клеи, предназначенные для изготовления конструкционных материалов, вспенивать не рекомендуется, так как пузырьки воздуха, являясь концентраторами напряжений, могут отрицательно повлиять на прочность клеевого соединения. Основные положения теории адгезии При контакте двух твердых тел адгезия очень мала вследствие того, что фактическая площадь их контакта из-за неровностей поверхностей очень мала по отношению ко всей площади прилегания. При контакте двух жидких тел или твердого тела и жидкого адгезия на границе раздела фаз при определенных условиях может быть значительной. Такой же результат достигается при контакте твердых тел в пластичном или эластичном состоянии под высоким давлением. Адгезия определяется работой или сопротивлением разрыву при соответствующей деформации. Если соприкасающиеся поверхности одинаковы, однородны, адгезия переходит в когезию, характеризующую прочность этих тел, силу сцепления их молекул, атомов, ионов. Работа, затрачиваемая против сил сцепления, которые действуют между частицами внутри данного тела, называется работой когезии. У твердых веществ силы когезии значительно больше, чем у жидких, а у газообразных веществ их нет. Когезия обусловливается силами Ван-дер-Ваальса, химическими связями, ковалентными, электровалентными, водородными и др. Адгезионные, как и когезионные свойства вещества обусловлены характером межатомных, межмолекулярных связей, величиной и пространственной структурой их частиц. Когезия клеевой прослойки характеризует ее механические свойства - прочность, жесткость и смачиваемость. Под смачиваемостью понимают способность жидкого клея растекаться по поверхности твердого тела в результате действия сил притяжения между частицами жидкого и твердого вещества. При хорошем смачивании растягивающее усилие распространяется равномерно в клеевом шве, при плохом - напряжения концентрируются в отдельных точках, в которых при незначительных внешних силах происходит разрушение клеевого соединения. Достаточно высокую адгезию проявляют полярные полимеры. Сцепление между полярными молекулами называется ориентационным взаимодействием. Различают еще межмолекулярные силы взаимодействия, которые проявляют молекулы всех веществ - полярных и неполярных. К ним относятся силы Ван-дер-Ваальса и дисперсионные силы. Силами Ван-дер-Ваальса называют силы взаимного притяжения (или отталкивания) молекул при их очень тесном контакте. Дисперсионные силы - это силы взаимного притяжения между молекулами и атомами, действующие на больших расстояниях. Адгезия обусловлена также различными тягами химического взаимодействия такими, как ионная, ковалентная, семиполярная, водородная связи и др. В настоящее время не существует единой теории адгезии. Это объясняется многообразием и сложностью процессов, лежащих в основе механизма склеивания. Основные из них следующие: Механическая теория адгезии. По теории адгезии клеящие вещества принято называть адгезивом, а склеиваемые материалы - субстрактом. Механическая теория склеивания объясняет прочность склеивания способностью клеящего вещества проникать в поры склеивомого материала. Прочность склеивания рассматривается как результат действия механического сцепления отвердевшего клея со склеиваемым материалом. Основные выводы теории адгезии (по Мак-Бену) сводятся к следующему: В пористых телах прочность склеивания зависит исключительно от прочности пленки, от степени пористости склеиваемого материала. Чем больше открытых пор или чем меньше прочность материала, тем прочность склеивания выше. Прочность склеивания тем больше, чем меньше толщина клеевой прослойки. Для большинства клеев оптимальная толщина клеевой пленки колеблется от 0,05 до 0,25 мм. Наименьшим склеивающим действием обладают жидкости, наибольшим - аморфные смолообразные продукты. Механическая теория адгезии объясняет склеивание только пористых материалов, чем ограничивается возможность ее применения. Специфическая теория адгезии. Согласно этой теории процесс склеивания рассматривается как проявление поверхностной энергии на границе двух фаз. Установлено, что на силы взаимодействия между склеиваемой поверхностью и поверхностью затвердевающего слоя можно искусственно воздействовать различными поверхностно-активными веществами. Таким образом, специфическая теория адгезии объясняет образование прочной связи между адгезивом и субстрактом специфическими межмолекулярными силами - поверхностным натяжением, адсорбцией или химическими связями. Адсорбционная теория адгезии. Согласно этой теории адгезия рассматривается как поверхностный процесс, в котором образование прочной связи между адгезивом и субстрактом объясняется действием межмолекулярных сил, т.е. сил Ван-дер-Ваальса. Этими силами определяются и поверхностные явления, в частности адсорбция. Адсорбцией называются свойства поверхностей твердых или жидких тел связывать молекулы другого вещества, принадлежащего к газообразной или жидкой фазам, соприкасающегося с этими поверхностями. Процесс адгезии высокополимеров (по этой теории) делится на две стадии: в первой происходит перемещение (миграция) больших молекул из раствора или расплава к поверхности субстракта при помощи микроброуновского движения; во второй стадии, носящей название сорбции, устанавливается адсорбционное равновесие. При определенных расстояниях (меньше 5А) между молекулами адгезива и субстракта начинают действовать межмолекулярные силы - силы Ван-дер-Ваальса, дисперсионные, индукционные, электростатические и др., приводящие к образованию связей между адгезивом и субстрактом. Диффузионная теория адгезии. Сущность диффузионной теории адгезии высокополимеров сводится к диффузии цепных молекул или их участков из адгезива в субстракт с образованием между ними прочной связи. Прочность адгезива, построенного из цепных молекул, зависит от длины последних. Особенность диффузионной теории состоит в том, что она базируется на наиболее характерных свойствах высокомолекулярных соединений - цепочном строении, гибкости молекул и их способности совершать микроброуновское движение. Если в общем случае способность к диффузии проявляют молекулы адгезива, при нанесении адгезива в виде раствора и при условии, что субстракт при этом способен растворяться в растворе адгезива или набухать, может произойти диффузия молекул субстракта и адгезива. Взаимная диффузия адгезива и субстракта способствует упрочнению связи между двумя полимерами. Согласно диффузионной теории на адгезию высокополимеров влияют: Длительность контакта адгезива и субстракта. Адгезия полимерного адгезива к высокомолекулярному субстракту увеличивается со временем, стремясь к определенному пределу. Температура прогрева. С увеличением прогрева адгезия возрастает, не стремясь к определенному пределу. Молекулярный вес адгезива. Адгезия полимера тем выше, чем ниже его молекулярный вес. Однако с уменьшением молекулярного веса адгезива будет падать его когезионная прочность. Полярность полимеров. В случае полярного субстракта с возрастанием полярного адгезива адгезия уменьшается. Это противоречие объясняется тем, что с увеличением полярности адгезива увеличивается жесткость молекул, следовательно, уменьшается способность диффундировать в субстракт. Диффузионная теория позволяет понять механизм склеивания взаимно растворимых полимеров, но она не объясняет явлений, происходящих при склеивании многих других материалов - металлов, древесины, стекла и т.п. Электрическая теория адгезии. Эта теория основывается на явлениях контактной электризации, происходящей при соприкосновении двух диэлектриков или металла с диэлектриком. При соприкосновении двух поверхностей у поверхности контакта образуется двойной слой, при нарушении контакта - обкладки двойного слоя разъединяются, будучи заряженными электричеством противоположного знака. В образовании двойного слоя могут участвовать как заряженные частицы (ионы, электроны), так и дипольные молекулы, т.е. двойной электрический слой возникает при переходе электронов и ионов, составляющих все тела, из одной фазы в другую. Фазы могут быть твердые, жидкие и газообразные. Иными словами, система адгезив - субстракт отождествляется с конденсатором, на обкладках которого возникает двойной электрический слой. Возникновение этого слоя создает между фазами разность потенциалов. Таким образом, электрическая теория адгезии выдвигает два основных положения: Адгезия твердых клеевых пленок обусловливается электростатическим притяжением зарядов двойного электрического слоя (микроконденсатора), образованного на поверхности раздела клеевая пленка - субстракт. Отрыв клеевой пленки от субстракта в области больших скоростей представляет собой процесс разведения обкладок микроконденсатора до наступления газового разряда. Химическая теория адгезии. Химическая теория адгезии базируется на том, что прочность соединения многих материалов обусловлена образованием химических связей между адгезивом и субстрактом. Адгезионные и когезионные свойства полимерных веществ в значительной мере зависят от их структуры, химического состава, молекулярного веса, а также от ряда других факторов, определяющих условия формирования клеевого соединения. К этим факторам относятся: наличие в полимерах функциональных групп, расположенных определенным образом, молекулярный вес полимера, причем для каждого типа полимера существует свой оптимальный молекулярный вес, при котором сочетаются высокие адгезивные свойства полимера с достаточной когезивной прочностью. Должно также выполняться требование: полярные материалы надо склеивать полярными клеями, а неполярные - неполярными клеями, поэтому выбор клея должен быть сделан в соответствии с природой склеивания материала. • Электрорелаксационная теория адгезии. Разработана Н.И. Мос-квитиным. Согласно этой теории твердая адгезионная связь между адгезивом и субстрактом должна объясняться с учетом всех разновидностей химических и межмолекулярных связей. Установлено также, что важным фактором, влияющим на адгезию полимеров, является релаксация напряжений, возникающих как при контакте адгезива и субстракта, так и при деформации соединения во время его эксплуатации. Релаксация напряжения - это убывание напряжения в материале в процессе деформации и после деформации вплоть до перехода материала в равновесное состояние. Релаксационные процессы, протекающие на границе контакта адгезива и субстракта, характеризуются как процессы, которые стремятся привести контактирующие граничащие макромолекулы из возбужденного состояния в равновесное. Ниже приведены параметры, которые легли в основу электрорелаксационной теории склеивания: Природа сил взаимодействия на границе контакта тел между контактирующими точками - молекулами, атомами, ионами и функциональными группами. Величина этих сил зависит от строения и состава молекул субстракта и адгезива. Здесь могут наблюдаться различные силы, обусловленные ковалентными, электровалентными связями, ориентационными, индукционными, дисперсионными и другими силами. Количество точек контакта на границе раздела фаз, приходящихся на единицу истинной площади контакта, т.е. количество контактирующих атомов, ионов, функциональных групп или звеньев микромалекул адгезива и субстракта. Расстояние между контактирующими точками, участниками цепей полимеризации. В заключение приведем приближенные значения молярных энергий основных видов связей, кДж/моль: Межмолекулярная…………………………………. 13-33 Водородная…………………………………………. до 50 Химическая………………………………………… 110-1050 Эти данные хорошо иллюстрируют тот факт, что наиболее слабая связь межмолекулярная, а наиболее сильная - химическая. Подводя итог вышеописанному, укажем, что единой теории, способной объяснить все возможные случаи адгезии, в настоящее время не существует. Это, несомненно, затрудняет определение путей синтеза новых клеящих материалов, разработку оптимальных режимов склеивания, предсказание возможной прочности клеевых соединений и ряда других важных практических задач. Более того, все чаще высказывается мнение, что создание такой теории адгезии вряд ли возможно. Контрольные вопросы: 1. Виды и характеристика клеев, применяемых в производстве клееных материалов из древесины. 2. Эксплуатационные, технологические и экономические требования к клеям. 3. Составные части клея и их характеристики. 4. Характеристика и области применения фенолоформальдегидных и карбамидоформальдегидных смол и клеев на их основе Характеристика и области применения. 5. Прочие виды клеев. 6. Современные клеи для производства древесностружечных плит. 7. Способы улучшения свойств клеев. 8. Порядок приготовления клеев. 9. Основные положения теории склеивания. 10. Какие теории склеивания наиболее полно отражают процессы, происходящие при склеивании древесины?