ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ НА ПРОЧНОСТЬ И
ДОЛГОВЕЧНОСТЬ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Кшивецкий Б.Я., Максымив В.М. (УкрГЛТУ, Львов, Украина)
The influenc of humidity of arboreal materials on durability and longevity of glue jottings has been considered and analysed.
В связи с увеличением использования клеенных древесных материалов, все более актуальной становится проблема прогнозирования процессов старение клеевых соединений. Короткая характеристика прочности и долговечности клеевых соединений древесных материалов рассмотренная нами в предшествующих публикациях [1-3].
Известно [4-6], что снижение физико-механических характеристик клеевых соединений с течением времени обусловлено действием трех основных эксплуатационных факторов: температуры, влажности и кислорода воздуха. В частности, известно, что с уменьшением термостойкости клеевого соединения его долговечность уменьшается. Однако, во время оценки влияния температуры и влажности на прочность клеевого соединения не следует забывать, что их влияние не является однозначной. С одной стороны, повышение температуры и влажности приводит к уменьшению механической прочности как клеевого соединения, так и древесины, с второй стороны - увеличение температуры и влажности облегчает протекание релаксационных процессов, вследствие чего прочность клеевого соединения может повышаться. Поэтому изменение прочности склеенных древесных материалов с изменением температуры и влажности будет зависеть от соотношения между этими конкурирующими факторами.
Кроме того, зависимость прочности клеевого соединения от влажности также обусловленная двумя факторами. Во-первых, диффузия молекул воды в стенку клетки древесины и в клеевой шов приводит к увеличению расстояния между макромолекулами этих материалов, которое способствует снижение сил когезии в древесине, и в клеевом шве. Уменьшение прочности и величины деформации клеевых соединений будут пропорциональны степени набухания. С другой стороны, неоднородность клеточной структуры древесины, отличие надмолекулярных структур клеточной стенки и клеевого шва ведет к неравномерности процесса набухания, которое способствует возникновение влажностных напряжений как в древесине и клеевом шве, так и на поверхности их раздела. Величина этих напряжений зависит от природы древесного материала и клеевого соединения.
Ниже рассмотрены результаты исследований влияния влажности на прочность клеевого соединения древесных материалов в зависимости от природы клеевой композиции. Для этого использовались клеи на основе карбамидоформальдегидной смолы (КФЖ), поливинилацетатной дисперсии (ПВАД) и латекснодисперсионного клея (ЛДК). Склеивающими элементами были древесина березы и декоративный бумажно-слоистый пластик (ДБСП). Исследование проводились в один цикл, без замораживания и повышения температуры, то есть готовые образцы вымачивали в воде на протяжении 24 часов при температуре 20оС и высушивали на протяжении 24 часов при температуре 18...20оС. Образцы подвергали испытанию на неравномерный разрыв согласно ГОСТ15867-82. Средние значения результатов испытаний приведены в табл. 1.
|
№ п/п |
Марка клея |
Прочность склеивания, кН/м |
|
|
К вымачиванию |
После вымачивания |
||
|
1 |
КФЖ |
9,089 |
8,053 |
|
2 |
ПВАД |
9,127 |
5,989 |
|
3 |
ЛДК |
11,564 |
4,498 |
Как видно из табл. 1, наилучшую прочность при склеивании (11,564 кН/м) имеет клей ЛДК, наиболее низкую (9,089 кН/м) - КФЖ. После вымачивания наибольшую прочность (8,053 кН/м) имеет клей КФЖ, наименьшую (4,498 кН/м) - клей ЛДК. Если взять в процентном отношении, то прочность склеивания после вымачивания для клея КФЖ уменьшилась на 11,4%, ПВАД - на 34,4 % и ЛДК - на 61,1 %.
Таким образом, водостойкость клеевого соединения на основе КФЖ значительно больше водостойкости аналогичных соединений на основе ПВАД и ЛДК. Такую большую разность можно объяснить тем, что КФЖ относится к термореактивным клеям, процесс отвердевания которых связанный с реакцией сшивания и образованием полимера сетчатого или пространственного строения, а ПВАД и ЛДК - термопластические клеи, высокомолекулярные компоненты которых в процессе отвердевания не изменяют своего строения и остаются линейными или разветвленными. Известно, что снижение прочности клеевых соединений прямо пропорциональное скорости их набухания [7], а скорость и степень набухания полимеров сетчатого строения намного меньше в сравнении с полимерами линейного или разветвленного строения.
Очевидно, уменьшение прочности клеевого соединения на основе КФЖ вследствие влагопоглащения происходит в основном за счет деформационных напряжений, которые возникают вследствие значительной разности в скорости набухания древесины и клеевого шва. Скорость набухания клеточных стенок древесины довольно высокая, поскольку они построены, преимущественно, из высокомолекулярных соединений линейного строения (целлюлозы, гемицеллюлозы), которые содержат значительное количество групп (-ОН- и есть гидрофильными, в то время как скорость набухания клеевого шва на основе КФЖ небольшая. Некоторый вклад в уменьшения прочности могут вносить и химические преобразования, которые происходят во время взаимодействия компонентов клея с водой.
Разность в скорости набухания древесины относительно термопластических клеевых соединений будет значительно меньшей, поэтому и деформационные напряжения будут меньшими и не будут играть основную роль. Очевидно, в этом случае решающим фактором есть значительное снижение когезионных прочности клеевого шва вследствие увеличения расстояния между линейными или разветвленными макромолекулами в процессе набухания. Скорость процесса набухание будет зависеть от химической природы компонентов термопластической полимерной композиции и надмолекулярных структур, которые образовались в процессе формирования клеевого соединения.
Проведенные экспериментальные исследования дали сравнительную характеристику влагостойкости клеевых соединений полученных на разных основах. Поэтому они не прогнозируют процессы старения клеевого соединения. Вместе с этим полученные данные дают возможность сделать вывод, что водостойкость клеевых соединений на основе термореактивных и термопластических клеев обусловленная разными факторами, поэтому пути повышения водостойкости и долговечности термопластических клеевых соединений также должны отличаться.
1. Б.Я. Кшивецкий, Б.В. Прокопович. К вопросу прочности и долговечности клеевых соединений. Научный вестник. Сб. наук.-техн. работ. Выпуск 11.1. – Львов: УкрГЛТУ, 2001. -с. 113-115.
2. Б.Я. Кшивецкий, О.П. Бухало. Проблемы использования клеевых соединений на основе термопластических клеев. Научный вестник. Сб. наук.-техн. работ. Выпуск 11.2. – Львов: УкрГЛТУ, 2001. -с. 23-24.
3. Б.Я. Кшивецкий, Б.В. Прокопович, О.П. Гупало. О долговечности клеевых соединений в деревообработке. Актуальные проблемы лесного комплекса. Сборник научных трудов. Выпуск 4. – Брянск, БГИТА, 2001. – с. 61-64.
4. Ю. М. Малинский. Исследование в области физико-химии гетерогенных полимерных систем. Автореф. дис. д-ра техн. наук. Г., 1970.
5. А.С. Фрейдин Прочность и долговечность клеевых соединений. Г.: Лесн. пром-сть, 1971.
6. А.С. Фрейдин, К.Т. Вуба Прогнозирование свойств клеевых соединений древесины. - Г.: Лесн. пром-сть, 1980. –22 с.
7. В.М. Хрулев. Долговечность клееной древесины. Г.: Лесн. пром-сть, 1971.