АНАЛИЗ ПРОЧНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИХ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Кшивецкий Б.Я. (УкрГЛТУ, Львов, Украина)

The results of experimental speed-up temperature-moisture and naturale investigation of glue joining on thermoplastic base are given.

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, 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 отвердения 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 в вязко текучее 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, испарением низкомолекулярных компонентов и т.д. Эти процессы могут накладываться один на другой, хотя в разные периоды старения преобладает влияние какого-нибудь одного фактора.

Известно [5…7], что снижение физико-механических характеристик клеевых соединений в естественных условиях с течением времени обусловлено действием трех основных эксплуатационных факторов: температуры, влажности и кислорода воздуха. Ускоренные методы испытаний, имитирующие атмосферное старение, позволяют в короткое время определить и сопоставить работоспособность различных клеевых соединений.

В нашем университете ведутся работы по изучению прочности и долговечности клеевых соединений на термопластической основой. Работы проводятся в двух направлениях: ускоренных температурно-влажносных исследованиях и исследованиях в естественных условиях.

Исследования проводились в течение года согласно стандарту ГОСТ 17580-72.

Проводились исследования на образцах хвойных пород (сосна) и твердолиственных пород (дуб). Образцы изготовлены согласно стандарту ГОСТ 11483-65 и склеенные при помощи поливинилацетатной дисперсии (ПВАД), клею «Еваколь» без отвердителя и клея «Еваколь» с отвердителем. Такие марки клеев были выбраны по той причине, что они универсальные и широко используются на Украине

Соответственно ГОСТ 17580-72 температуро-влажностные исследования состояли из цикла, которые включал: 20 часовое вымачивание в воде с температурой 18…20 ^оС; 6 часовое замораживание в холодильной камере при температуре –20 ^оС; 16 часовое оттаивание на стеллажах при температуре +18…20 ^оС; 6 часового прогрева в сушильной камере при температуре +60 ^оС и относительной влажности 65…75%. Исследования состояли из 40 циклов и длились 80 суток, после чего измерялись прочность склеивания образцов.

Естественные исследования проводились согласно ГОСТ и образцы поддавались воздействию природных условий на протяжению года. Температура воздуха и осадки замерялись и контролировались.

Результаты исследований приведены в таблице.

Таблица - Прочность клеевых соединений на основе термопластических клеев

Как показали экспериментальные исследования, наибольшую прочность до испытаний имеют образцы древесины дуба склеены клеем «Еваколь» с отвердителем (12,3 кН/м), а наименьшую – древесины сосны склеены клеем «Еваколь» без отвердителя (9,5 кН/м). В целом, до испытаний образцы твердолиственной породы (дуб) склеенные клеем ПВАД и «Еваколь» с отвердителем и без отвердителя прочнее, нежели образцы хвойных пород. Это можно объяснить тем, что у лиственных пород древесина плотнее и не содержит смолистых веществ. Не выдержали 40 циклов испытаний образцы древесины сосны и дуба склеены клеем «Еваколь» без отвердителя и ПВАД.

Клеевые соединения на основе ПВАД имеют несколько большую прочность в сравнении с «Еваколь» без отвердителя, так как выдерживают 20…25 циклов испытаний (сосна) и 18…23 циклы – дуб, в то время как «Еваколь» без отвердителя соответственно 5…7 и 3…5 циклов. Как видно из этих данных, долговечность клеевых соединений твердолиственных пород ниже хвойных, несмотря на их, более высокую первоначальную прочность. Это можно объяснить большей водопроницаемостью лиственных пород по сравнению с хвойными породами.

Наибольшую температурно-влажносную стойкость имеют образцы, склеены «Еваколь» с отвердителем, у которых после 40 циклов испытаний прочность склеивания составляла от 3,6…4,8 Кн/м в зависимости от породы древесины. Это подтверждает тот факт, что образование в клеевом шаре сетчатой структуры приводит к увеличению, как его прочности, так и долговечности.

Прочность клеевых соединений после исследований в естественных условиях для клея «Еваколь» без отвердителя составит 0,94 кН/м (сосна), 2,1 кН/м (дуб). ПВАД для сосны 2,9 кН/м а дуба 4,98 кН/м. Наибольшую прочность после испытаний имеет соединение на основе клея «Еваколь» с отвердителем для сосны 3,4 кН/м, а для дуба 7,49 кН/м.

Проведенные испытания дают возможность проанализировать  прочность клеевых соединений для ускоренных и естественных условий испытаний и на их основе сделать предварительное сравнение как прочности и долговечности.

Список литературы

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.

Б.Я. Кшивецкий, О.П. Гупало. Проблемы использования клеевых соединений на основе термопластических клеев. Научный вестник. Сб. наук.-техн. работ. Выпуск 11.2. – Львов: УкрГЛТУ, 2001. -с. 23-24.

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.

Б.Я.Кшивецкий, В.М. Максымив, Б.В. Прокопович Влияние влажности древесных материалов на прочность и долговечность клеевых соединений. Научный вестник. С.. наук.-техн. работ. Выпуск 49.- Киева. НАУ, 2002, - с.180-182.

А.С. Фрейдин Прочность и долговечность клеевых соединений. Г.: Лесн. пром-сть, 1971.

А.С. Фрейдин, К.Т. Вуба Прогнозирование свойств клеевых соединений древесины. - Г.: Лесн. пром-сть, 1980. –22 с.

В.М. Хрулев. Долговечность клееной древесины. Г.: Лесн. пром-сть, 1971.