Теоретические основы процесса склеивания древесины

Лекция 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА СКЛЕИВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ. СВОЙСТВА СМОЛ И КЛЕЕВ НА ИХ ОСНОВЕ Основы теории адгезии Клей наносимый на склеиваемые поверхности должен находится в высоковязком и высокоэластичном состоянии Для контакта адгезива (клея) и субстрата (склеиваемой поверхности - древесины) должны возникать силы взаимодействия между ними, клей должен обладать хорошей смачивающей способностью Причина хорошего смачивания адгезивом поверхност субстрата – уменьшение свободной энергии на границе их раздела Рис. Характер разрушения склеек: а) адгезионный; б) когезионный; в) смешанный Процесс склеивания - всегда рассматривался не как физико-химический процесс на поверхности раздела фаз, а как процесс, связанный со структурой субстрата и клеевого слоя. Механическая теория При склеивании клей проникает в поры материала, отверждается и прочно в них удерживается Адсорбционная (молекулярная) теория Взаимодействие происходит на межмолекулярном уровне благодаря силам молекулярной природы – от дисперсионных до обеспечивающих образование ковалентных связей. Диффузионная теория На границе клей – склеиваемый материал образуется «спайка» – слой в который входят молекулы клея и склеиваемого материала 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 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 Свойства древесины березы • Технологические и эксплуатационные - ударная вязкость 92,2 кДж/м2; - твердость (торцевая 46,3 Н/мм2; радиальная 35,9 Н/мм2; тангентальная 32,1 Н/мм2) • Износостойкость (истираемость) – высокая (не уступает дубу) • Стойкость к гниению (воздействие грибов) – согласно европейскому стандарту ЕН 350-2:1994 – 5 класс (нестойкий) • Область 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. Свойства смол и клеев на их основе Клеи животного и растительного происхождения Клеи на основе синтетических смол – это высокомолекулярные соединения, полимеры Наиболее распространены клеи на основе : • Карбамидоформальдегидных смол; • фенолоформальдегидных смол 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 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 Предпочтительные области применения клея: • П – для производства плит; • Ф – для производства фанеры; • М – для мебельного производства; • Л – для литейного производства КФ - смолы горячего и холодного отверждения • Горячее склеивание – применяется отвердитель хлористый аммоний (нашатырь) NH4Cl - в виде 20 %-ого раствора. Количество его по сухому остатку – 0,5-1 %, в водном растворе – до 5 % • Холодное 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 кислотоотверждаемыми, поэтому после введения отвердителя их жизнеспособность составляет 2-4 часа. 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 Преимущества: • удобство транспортировки и хранения; • удобство приготовления – отвердитель вводят в порошок Модифицирующие добавки к КФ-смолам Повышают эксплуатационные характеристики: • меламин – повышает стойкость к кипящей воде и скорость отверждения клея; • латекс – повышает эластичность клеевого тшва, его водо- и теплостойкость; • каолин – повышает адгезионную прочность клееной продукции и увеличивает концентрацию (вязкость) клеевого раствора; • аэросил технический – снижает усадку клея, время отверждения. Возможно снижение температуры плит пресса при том же времени отверждения; • резорциномеламиноформальдегидная смола (РМ-1) – получение водостойкого клея «Карбофан» Клеи-расплавы (термопластичные клеевые материалы) Преимущества: • сухой остаток 100 % ( нет растворителя); • не дает усадку; • имеет длительный срок хранения; • при нагревании не выделяет вредных веществ Недостатки: • невысокая водо- и теплостойкость; • ползучесть под действием нагрузки Клеевая нить Получается в результате покрытия термостойкой стеклонити полиамидной смолой Характеристики нити: • 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 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 Техника безопасности при работе с клеями Предельно-допустимые величины содержания свободных продуктов, выделяющихся из клеев Формальдегид Аммиак В атмосферном воздухе, мг/л 0,000035 0,0002 В воздухе производственного помещения, мг/л 0,0005 0,02 В атмосферном воздухе жилого помещения, мг/л 0,000035 0,0002 В воде, мг/л 0,5 - Техника безопасности при работе с клеями • В клееприготовительном отделении - наличие приточно –вытяжной вентиляции и отсосов; • Работающие должны быть обеспечены: спецодеждой, резиновыми перчатками, очками, пастами для открытых мест: лица, шеи, кистей • Бытовые 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. Принимать пищу в таких помещениях нельзя