Склеивания древесины; свойства смол и клеев на их основе

МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФГБОУ ВО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра АИТ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА СКЛЕИВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ. СВОЙСТВА СМОЛ И КЛЕЕВ НА ИХ ОСНОВЕ Екатеринбург 2019 Основы теории адгезии Рис. Характер разрушения склеек: а) адгезионный; б) когезионный; в) смешанный Клей наносимый на склеиваемые поверхности должен находится в вы соковязком и вы сокоэласт ичном состоянии Для конт акта адгезива (клея) и субстрата (склеиваемой поверхности древесины) должны возникать силы взаимодейст вия между ними, клей должен обладать хорошей смачивающей способност ью Причина хорошего 2 Основы теории адгезии Процесс склеивания - всегда рассматривался не как физико-химический процесс на поверхности раздела фаз, а как процесс, связанный со структурой субстрата и клеевого слоя. Но такие рассуждения не дают полного представления о причинах адгезии. Общепринятой теории адгезии нет, рассматриваемые ниже имеют под собой реальную почву и содержат теоретическое обоснование. 3 Механическая теория При склеивании клей проникает в поры материала, отверждается и прочно в них удерживается Согласно этой теории: прочность склеивания зависит от двух факторов: степени шероховатости и когезионных свойств клея. Эта теория не объясняет процесс склеивание гладких поверхностей и не раскрывает физико-химическую сущность процесса склеивания 4 Адсорбционная (молекулярная) теория Взаимодействие происходит на межмолекулярном уровне благодаря силам молекулярной природы – от дисперсионных до обеспечивающих образование ковалентных связей. Согласно этой теории: для получения прочного соединения полярные материалы необходимо склеивать полярными клеями хорошо смачивая ими склеиваемые поверхности. Эта теория не объясняет случаи склеивания неполярных материалов неполярными веществами 5 Диффузионная теория На границе клей – склеиваемый материал образуется «спайка» – слой в который входят молекулы клея и склеиваемого материала Согласно этой теории для получения прочного клеевого соединения необходимо чтобы клей и склеиваемый материал были либо полярными, либо неполярными Эта теория не объясняет образование высокой адгезии между неполярным клеем и полярным материалом 6 Электрическая теория Поверхности на границе раздела фаз, образовавшиеся при отрыве пленки, наэлектризованы противоположными зарядами (клей –положительно, склеиваемая поверхность – отрицательно) в силу разделения друг от друга обкладок конденсатора двойного электрического слоя Согласно этой теории: - при расслоении системы «клей-склеиваемая поверхность» появляется электрический заряд; - работа отрыва клея от склеиваемой поверхности превышает работу Ван-дер-ваальсовых сил, водородных и химических связей Эта теория не объясняет: -образование адгезионной связи между полимерами, близкими по своей природе; -почему неполярные полимеры, в которых не образуется двойной электрической слой, способны создавать достаточно прочную связь 7 Свойства древесины березы • Технологические и эксплуат ационны е - ударная вязкость 92,2 кДж/м2; - твердость (торцевая 46,3 Н/мм2; радиальная 35,9 Н/мм2; тангентальная 32,1 Н/мм2) • Износост ойкост ь (ист ираемост ь) – высокая (не уступает дубу) • Ст ойкост ь к гниению (воздейст вие грибов) – согласно европейскому стандарту ЕН 350-2:1994 – 5 класс (нестойкий) • Област ь применения - получение лущеного шпона в производстве фанеры; - изготовление паркета, гнутоклееных элементов, токарных изделий, части ружей, изделий домашнего обихода; - измельченная в производстве ДСтП, ДВП, целлюлоза, фурфурол, ксилит и др. - сухая перегонка – формалин, продукты служащие основой лаков, духи; - топливо, плетение корзин, медицина, березовый сок. 8 Свойства смол и клеев на их основе Клеи ж ивот ного и раст ит ельного происхождения Клеи на основе синт ет ических смол – это высокомолекулярные соединения, полимеры Наиболее распространены клеи на основе : -Карбамидоформальдегидных смол; -фенолоформальдегидных смол 9 Карбамидоформальдегидные смолы и клеи на их основе (термореактивные клеевые материалы) Исходные материалы: -Карбамид (мочевина) CO(NH2)2 – бесцветное кристаллическое вещество, плотность 1,33 г/см3, температура плавления 130-135 ⁰С, растворяется в воде. Получают из аммиака и угольной кислоты -Формальдегид HCOH – простейший альдегид, бесцветный газ с резким запохом, применяется в виде 40 %-ого водного раствора (формалина). Получают из метилового спирта КФ смола соотношение карбамида к формальдегиду от 1÷1,5 до 1÷2 10 Преимущества и недостатки КФ клеев Преимущест ва: -Высокая скорость отверждения; -Низкая стоимость; -Высокая прочность клеевого шва; -Слабый запах; -Бесцветность клея Недост ат ки: -Ограниченная водо- и теплостойкость (в пределах от – 40 до +60 ⁰С); -Наличие токсичного свободного формальдегида в составе; -Значительная усадка клея% -Плохое зазорозаполнение; -Повышенная коррозийная опасность клеев 11 Марки и области применения КФ клеев Согласно ГОСТ 14231 предусматривает марки клеев: -КФ-О – малотоксичный (содержание свободного формальдегида не более 0,25%); -КФ-Б – быстроотверждающий; -КФ – Ж – с повышенной жизнеспособностью; -КФ- БЖ – соединяет преимущества двух предыдущих Предпочт ит ельны е област и применения клея: -П – для производства плит; -Ф – для производства фанеры; -М – для мебельного производства; -Л – для литейного производства 12 КФ - смолы горячего и холодного отверждения • Горячее склеивание – применяется отвердитель хлористый аммоний (нашатырь) NH4Cl - в виде 20 %ого раствора. Количество его по сухому остатку – 0,51 %, в водном растворе – до 5 % • Х олодное склеивание – применяется отвердитель в виде слабых кислот, например щавелевая (продукт синтеза едкого натра и оксида углерода) (СООН) 2 количество зависит от кислотности смолы от 5 до 10 мас.ч. В виде 10 %-ого водного раствора КФ – смолы являются кислот оот верж даемы ми, поэтому после введения отвердителя их ж изнеспособност ь составляет 2-4 часа. 13 Порошкообразные КФ – смолы и клеи на их осное • Получают распылением жидкой смолы с последующей ее сушкой горячим воздухом; • Получаемый мелкодисперсный порошок хранится в герметичной упаковке при температуре не более 20 ⁰С Преимущест ва: - удобство транспортировки и хранения; - удобство приготовления – отвердитель вводят в порошок 14 Модифицирующие добавки к КФ-смолам Повышают эксплуатационные характеристики: -меламин – повышает стойкость к кипящей воде и скорость отверждения клея; -лат екс – повышает эластичность клеевого тшва, его водо- и теплостойкость; -каолин – повышает адгезионную прочность клееной продукции и увеличивает концентрацию (вязкость) клеевого раствора; -аэросил т ехнический – снижает усадку клея, время отверждения. Возможно снижение температуры плит пресса при том же времени отверждения; -резорциномеламиноф ормальдегидная смола (РМ-1) – получение водостойкого клея «Карбофан» 15 Клеи-расплавы (термопластичные клеевые материалы) Преимущест ва: -сухой остаток 100 % ( нет растворителя); -не дает усадку; -имеет длительный срок хранения; -при нагревании не выделяет вредных веществ Недост ат ки: -невысокая водо- и теплостойкость; -ползучесть под действием нагрузки 16 Клеевая нить Получается в результате покрытия термостойкой стеклонити полиамидной смолой Х аракт ерист ики нит и: -диаметр 0,3±0,05 мм; - масса 1 м – 0,16±0,01 г; - прочность при разрыве 0,19 МН/м2. Применяют для ребросклеивания полос шпона способом «зиг-заг». Перед нанесением шпон разогревают до 300 ⁰ С (для расплавления клея) и прижимают его к поверхности. При охлаждении клей переходит в твердое состояние и соединяется с древесиной 17 Хранение смол и клеев Условия: -на должны быстро наращивать вязкость; -КФ- смолы хранить при температуре не ниже 10 ⁰С; -замерзание смолы не ухудшает ее клеящих свойств, но стабильность снижается (сокращается срок ее последующего хранения); -оттаивать смолу паром нельзя, т.к. она отвердится; -порошкообразные КФ -смолы в герметичной упаковке могут хранится неограниченное время 18 Техника безопасности при работе с клеями Предельно-допустимые величины содержания свободных продуктов, выделяющихся из клеев В атмосферном воздухе, мг/л В воздухе производственного помещения, мг/л В атмосферном воздухе жилого помещения, мг/л В воде, мг/л Формальдегид Аммиак 0,000035 0,0002 0,0005 0,02 0,000035 0,0002 0,5 19 Техника безопасности при работе с клеями • В клеепригот овит ельном от делении - наличие приточно –вытяжной вентиляции и отсосов; • Работ ающие долж ны бы т ь обеспечены : спецодеждой, резиновыми перчатками, очками, пастами для открытых мест: лица, шеи, кистей • Бы т овы е помещения: теплый душ, горячая вода, полотенце, мыло, шкафчики для хранения спецодежды Клей при попадании на кожу смыть теплой водой с мылом,; глаза промыть струей воды После смены остатки клея смыть с пола, оборудования. Принимат ь пищу в таких помещениях нельзя 20