ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КЛЕЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ C ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОДНОДИСПЕРСИОННОГО КЛЕЯ
Кушпит А.С. (УкрДЛТУ, г.Львов, Украина)
Durability of glutinous connection of glueing together wooden materials with PVC films from properties of glue was investigated.
Известно, что при формировании клеевых соединений, в т.ч. при использовании воднодисперсионных клеев, происходит их усадка [2]. Объяснение процессов, которые проходят при отверждении клеевого слоя с точки зрения различных теорий адгезии дает только общую картину, что не позволяет установить взаимосвязь между свойствами и составом клеевых композиций и свойствами клеевого соединения, полученного с их использованием.
Используемая для каширования древесностружечных плит поливинилхлоридная (ПВХ) пленка, имеют особые свойства, которые определяют ее низкую адгезию к многим клеевым композициям, поэтому целесообразно определить с теоретической точки зрения несущую способность клеевого соединения. Исследования проводились с использованием воднодисперсного клея ЛДК-1 [1], разработанного в УкрДЛТУ для приклеивания (ПВХ) пленок к древесностружечной плите.
Установлено [3], что напряжения, которые возникают в клеевом шве во время его высыхания, в основном зависит от состава клея [3]. Ряд исследователей [4], [5] при изучении структуры адгезива отметили формирование в нем, так называемых, надмолекулярних структур – глобул, которые становятся центрами усадки клея. Если допустить, что напряжение от каждой зоны усадки склеиваемой поверхности направленные к центрам усадки, то их можно подать в виде двух составляющих: нормальной (Рн) и касательной (Qн). Таким образом, при образовании клеевого шва имеют место зоны усадки клея, которые определяют возникновение нормальных и касательных напряжений. Величину этих напряжений можно определить консольным методом [6].
Условие прочности клеевого соединения по нормальным усилиям запишется: Рн > Рдейств.., Qн > Qдейств. Для обеспечения этих условий необходимо, чтобы действительные нагрузки были меньшие или равны допустимым нагрузкам. Для определения несущей способности клеевого соединения необходимо найти несущую способность по нормальным напряжениям Qн одиночной зоны усадки, которая запишется [2]:
(1)
где: 
- касательные напряжения адгезии;
Fск - площадь склеивания; fус
- площадь зоны усадки; Радг - усилие адгезии; τ - касательные
напряжения по координате Y (рис.1); Qд - несущая способность по касательным напряжениям.
Несущая способность по касательным напряжениям Qд:
(2)
Из схемы распределения напряжений (рис.1) в клеевом шве касательные напряжения определятся из выражения:
(3)
или для1/4 зоны усадки
(4)
где h - толщина клеевого шва (черт. 1);
r - радиус зоны усадки;
rу - радиус зоны усадки по координате Y (черт. 2);
Р - напряжение усадки клея;
β - угол между расчетной точкой и координатой X.
После подстановки значений и интегрирования по β и r получим для всей зоны усадки:
(5)
За данными [7] радиус зоны усадки приближенно можно принять в виде круга с радиусом rу, с условия, что на границе упомянутой зоны действующие касательные напряжения τ равны касательным напряжением τадг. ,которые определяются адгезионными свойствами клеевой композиции. В этом случае при r = rу справедливое отношение τ = τадг. После проведения подстановки значений и преобразований получим несущую способность одной зоны усадки
(6)
Для определения несущей способности всего соединения необходимо просуммировать несущую способность всех образованных зон усадки, число которых (п) по ширине соединения (Вск) составляет:
(7)
|
|
|
|
Рис.1- Схема распределения напряжений в клеевом шве |
Рис.2- Составные касательных напряжений в клеевом шве |
Внутренние напряжения определяли согласно методики [8] за величиной деформации клеевого соединения двух полос материалов с различными характеристиками (шпон березового и ДСП с ПВХ пленкой). После обработки экспериментальных данных установлено, что с увеличением толщины клеевого шва напряжения уменьшаются (рис.3), а изменение напряжений от толщины клеевого шва можно выразить отношением:
τадг= -1,8h + 0,5. (8)
Полученные результаты несущей способности соединения от толщины клеевого слоя, наведенные на рис. 3. Кривые зависимости имеют характер параболы с явно выраженным экстремумом. Теоретическая кривая 3 (рис.3), изменения несущей способность от толщины клеевого шва за своим характером приближается к экспериментальной. Следовательно, проведенные исследования указывают на возможность прогнозирование прочности клеевого соединения в зависимости от толщины клеевого шва и адгезионных свойств клеевой композиции.
Рис.3-Зависимость прочности от толщины клеевого слоя при облицовывании ПВХ пленкой: 1, 2 - экспериментальные данные (фанера, ДСП); 3- расчетная кривая
Литература:
1.А.С. 1766936 СССР, МКИ C09 j 113/02. Клеевая композиция. /Крамар В.Д., Заяц И.М., Кушпит А.С. и др. (СССР); Заявлено 20.11.89. Опубл. 07.10.92. Бюл. № 37/.
2. Зинин А.В., Малыхин В.И. Несущая способность клеевого соединения в зависимости вот адгезионных свойств клеевой композиции. // Деревообраб. пром-ть. N 11/88, стр.10-11.
3. Зубов П.И., Сухарева П.А. Структура и свойства полимерных покрытий.- г.: Химия, 1982. - 256с.
4. Москивитин Н.И. Физико-химические основы процесов склеивания прилипания.Г.: Лесная пром-ть, 1974, с. 192.
5. Москивитин Н.И. Склеивание полимеров. Г.: Лесная пром-ть, 1968, с.304
6. Санжаровский А.Т. Физико-механические свойства полимерных и л/к покрытий - г.: Химия, 1978-182с.
7. Зинин А.В., Малыхин В.И. Определение величины зоны усадки в клеевом шве. Деревообраб. пром-ть. N 8/88 г, стр.9-11.
8. Садгобелашвили Б.Н. Метод определения внутренних напряжений в клеевых соединениях. // Деревообраб. пром-ть. 1990 - N 8, стр. 16-19.