Кшивецкий Б.Я., Прокопович Б.В., Гупало О.П.
(УкрГЛТУ, г. Львов, Украина)
The characteristic of synthetic glue materials, which are using in industry, has been considered. The durability of the different glue compositions has been analyzed.
Склеивание является одним из эффективных методов соединения современных конструкционных материалов. По сравнению с другими видами соединений (болтовым, заклепочным, сваркой, метизами и т.д.) оно обеспечивает более равномерное распределение напряжений при работе под нагрузкой, не вызывает ослабления соединяемых материалов, приводит к уменьшению их расхода, позволяет получать конструкции сложной формы, механизировать и автоматизировать процесс соединения элементов и др.
Синтетические клеи, вытеснившие в промышленности клеи естественного происхождения (мездровые, костные, казеиновые, альбуминовые), позволили исключить недостатки последних, среди которых наиболее существенными были недостаточные атмосферо-, водо-, влаго- и теплостойкость, способность подвергаться загниванию и т.д., что вело в конечном итоге к снижению прочности и долговечности клеевых соединений. Наиболее широкое применение в деревообрабатывающей промышленности получили термореактивные композиции на основе фенольно-формальдегидных и карбамидо-формальдегидных смол. Они и сегодня доминируют в производстве древесностружечных плит, изготовлении прессованых изделий, гнутоклееных заготовок из шпона, паркетных покрытий полов, оконных и дверных блоков, в производстве фанеры, фанерных плит и других изделий.
Многолетний опыт применения синтетических клеев подтвердил их высокую надежность и прочность, долговечность клеевых соединений, то есть способность клея и древесины сохранять в течение длительного времени адгезионные и когезионные свойства. Вместе с тем, использование термореактивных композиций в деревообработке вызывает и целый ряд проблем, а именно: водопоглощение клеевых соединений достигает 15 %, что не может не вызывать разбухания древесины; при отверждении клеев происходит процесс сшивания макромолекул, сопровождающийся значительными внутренними напряжениями и повышением хрупкости клеевого слоя.
В процессе эксплуатации клеевые соединения подвергаются механическим нагрузкам, действию разнообразных физических и химических факторов (температура, влажность, облучение, действие химических реагентов и т.д.), вследствие чего клеевой шов может набухать, растворяться, становиться хрупким, снижать прочность соединения со склеиваемыми материалами, то есть стареет. Старение свойственно всем натуральным и синтетическим высокомолекулярным веществам. Само понятие старения свидетельствует о физических и химических изменениях в клеевом шве, в структуре макромолекулы или ее отдельных звеньях. Процесс старения может проходить в течение длительного времени, его скорость зависит от целого ряда факторов: химического состава клея, свойств склеиваемых материалов, способа отверждения клея, чистоты обработки склеиваемых поверхностей, давления прессования, интенсивности внешних воздействий и приводит к превращению клеевого шва в жесткое и ломкое, неэластичное, нерастворимое в жидкостях состояние или, наоборот, полимер становится липким, превращается из упруго-твердого во вязкотекучее состояние, вследствие чего теряет свою прочность.
Прогнозирование долговечности является одной из наиболее сложных задач в науке склеивания. Сложность прогнозирования долговечности клеевых соединений обусловлена тем, что изменение их свойств во времени связано со многими факторами: ослаблением древесины, изменением когезионных и адгезионных свойств клея, испарением низкомолекулярных компонентов и т.д. Эти процессы могут накладываться один на другой, хотя в разные периоды старения преобладает влияние какого-нибудь одного фактора.
Для получения исчерпывающих данных о стойкости клеевых соединений в атмосферных условиях необходимо затратить много времени на проведение испытаний. Поэтому пользуются ускоренным методом исследований в аппаратах искусственной погоды с помощью жестких режимов термовлагообработки, характер и продолжительность которых зависят от условий температурно-влажностного режима эксплуатации клеевых соединений. Характер обработки должен в наибольшей степени соответствовать условиям долговременных испытаний клеевых соединений. При этом нельзя обойти вопросы формирования, старения, деформирования и разрушения клеевых соединений, возникающих внутренних напряжений, вызывающих перечисленные изменения показателей. Кроме того, клеевые соединения, хотя и являются простыми в технологическом отношении, представляют собой сложную систему, которая требует научного анализа, обоснованного подхода к комплексной оценке влияния внутренних напряжений на механизм разрушения клеевых соединений в условиях эксплуатации.
Несмотря на многочисленные исследования долговечности клеевых соединений ( преимущественно на основе термореактивных клеев), до сих пор нет единой точки зрения на механизм уменьшения прочности соединений во времени, полного представления об основных причинах разрушения клеевых соединений, недостаточно изучено влияние технологических параметров склеивания, химического состава клеевых композиций на долговечность соединений, не доказана зависимость долговечности соединений от скорости возрастания внутренних напряжений и релаксационных явлений в клеевом шве. В то же время для термопластических клеев вопросы старения практически изучались очень мало.
Вместе с тем, клеи на основе термопластических полимеров (поливинилхлорид, поливинилацетат, полиуретан и др.), благодаря своим достоинствам (экологическая чистота, легкая обрабатываемость, высокая адгезия к древесине, отсутствие концентрации внутренних напряжений, высокая стабильность во время хранения, химическая нейтральность, нетоксичность, светостойкость, высокая жизнеспособность, безцветный клеевой шов, не нужен отвердитель, отсуствие затупляющего действия на инструмент и т.д.), получают все более широкое распространение не только за рубежом, но и в Украине. Исследования последних лет подтвердили, что использование термопластичных полимеров является одним из перспективных направлений в производстве композиционных материалов на основе измельченной древесины. Такие материалы нетоксичны, характеризуются достаточно высокой прочностью, химической стойкостью, низким водопоглащением и разбуханием. В отличие от термореактивных смол, у термопластических клеевых композиций в процессе отверждения макромолекулы в клеевом шве имеют линейную или разветвленную структуру. Термопластические материалы, как правило, являются карбоцепными полимерами, которые не поддаются химической деструкции.
Учитывая, что термопластические клеи имеют целый ряд преимуществ и все шире применяются в деревообработке, актуальными становятся не только вопросы синтеза новых и модификации существующих термопластических клеевых композиций, разработки оптимальных технологических режимов склеивания, но и вопросы прогнозирования долговечности клеевых соединений. Результаты исследований долговечности клеевых соединений на основе термореактивных полимеров не могут быть механически перенесены на термопластические клеи. Поэтому все более насущным является проведение глубоких фундаментальных научных исследований по вопросам надежности и долговечности клеевых соединений на основе термопластических клеевых композиций.
Литература
1. Кардашов Д.М. Синтетические клеи. - М.: Химия, 1968. - 592 с.
2. Ковальчук Л.М. Технология склеивания. - М.: Лесн. пром-сть, 1973. - 208 с.
3. Москвитин Л.М. Физико-химические основы процессов склеивания и прилипания. - М.: Лесн. пром-сть, 1974. - 192 с.
4.Хрулев В.М. Долговечность клееной древесины. - М.: Лесн. пром-сть, 1972. - 160 с.
5.Хрулев В.М. Синтетические клеи и мастики. - М.: Выш. шк., 1970. - 367 с.