Краткие теоретические сведения. Основной показатель качества клея – его клеящая способность

Основной показатель качества клея – его клеящая способность. Клеящие свойства смол обусловлены сложным комплексом факторов, зависящих от природы смол и способов их синтеза.

На клеящую способность КФС особенно большое влияние оказывает соотношение исходных компонентов. В процессе конденсации карбамида (К) с формальдегидом (Ф) при мольном соотношении К: Ф = 1: 1 образуются вещества, которые не обладаютадгезией к древесине. С увеличением избытка формальдегида до К: Ф = 1: 1,5клеящие свойства резко повышаются, дальнейшее повышение доли формальдегида практически не улучшает клеящих свойств, но увеличивает скорость отверждения. К тому же увеличение доли формальдегида в мольном соотношении К: Ф ухудшает санитарно-гигиенические свойства смолы.

Прочность склеивания разнородных поверхностей определяется соотношением сил адгезии и когезии.Силы адгезии должны быть больше сил когезии. Если когезия полимера больше, чем его адгезия к древесине или древесному материалу, возможно отделение клеевого слоя от склеиваемого материала. Для полимерных гетерогенных систем (наполненных полимеров, лакокрасочных покрытий, клеевых соединений) важным фактором, определяющим надежность всей системы, является прочность и стабильность контактов между древесным материалом и полимером.

Различия в свойствах клеев и склеиваемых древесных материалов приводит к возникновению на границе их раздела дополнительных напряжений, которые препятствуют нормальной эксплуатации клеевых соединений. Недостаточное внимание к процессам, протекающим при образовании адгезионного соединения, не дает возможности получить эффективно работающие древесные клеевые конструкции. От понимания и использования на практике этих процессов зависит прочность и долговечность клеевых соединений.

Адгезия, а следовательно и прочность клеевого соединения, зависит от смачиваемости поверхности твердого тела клеем. Если клей плохо смачивает поверхность материала (субстрат), то между полимером и субстратом не может быть достигнут достаточно плотный контакт для обеспечения адгезионного взаимодействия. Смачивание и связанная с ним растекаемость клея (или другого полимера, например, лака) по субстрату определяется соотношением поверхностных энергий этих материалов. Для хорошей смачиваемости поверхностная энергия (поверхностное натяжение) полимера должна быть меньше, чем поверхностная энергия субстрата.

Исходя из этого, существует классификация [9] склеиваемых материалов:

- с поверхностным натяжением менее 30 МДж/м² – плохо склеиваемые (полиэтилен, полистирол);

- с поверхностным натяжением 33…36,5 МДж/м² – образуют клеевые соединения ограниченной прочности (поливинилхлорид, сополимеры стирола);

- с поверхностным натяжением более 41 МДж/м² – хорошо склеиваемые (фенольные и карбамидные пластики, ацетат целлюлозы).

Модификация полимера спиртами или поверхностно-активными веществами (ПАВ) снижает поверхностную энергию и улучшает адгезию полимера.

На клеящую способность влияетдоля сухих веществ в смоле (МДСО, сухой остаток). При повышении концентрации смолы от 48…50 до 60…63 % прочность склеивания возрастает, дальнейшее увеличение концентрации до 70 % и более не оказывает значимого влияния на клеящую способность.

Клеящая способность оценивается по прочности клеевого соединения на образцах различной формы и из различных древесных материалов. Наиболее распространенным для определения клеящей способности является испытание на скалывание. По ГОСТ 15613.1–84 для испытания на скалывание вдоль волокон применяют образцы из клееной древесины, причем клееные образцы изготавливают из древесины той породы, из которой изготавливают клееную продукцию по технологии, применяемой для данного вида продукции. Образцы для проверки клеящей способности методом скалывания вдоль волокон представлены на рис. 8.6.

Преимущество метода заключается в простоте формы образцов и процедуры испытания. Метод позволяет получить концентрацию напряжений сдвига в узкой зоне клеевого шва. Однако метод не дает чистого сдвига из-за наличия эксцентриситета сил, приложенных к образцу. Поэтому получаемые показатели прочности рассматриваются как относительные, служащие для сравнения с нормативными данными, а не как расчетные характеристики.

Рис. 8.6. Образцы для проверки клеящей способности:

а – основной образец; б – малый образец

Для клееных деталей типа реечных щитов, для которых более типичным являются не напряжения сдвига вдоль волокон, а напряжения отрыва поперек волокон при изменении влажности древесины после склеивания, разработан метод двухстороннего раскалывания клиньями по ГОСТ 15613.2–77.

По ГОСТ 14231–88 для оценки клеящей способности КФС используют метод определения предела прочности при скалывании по клеевому шву фанеры после замачивания образцов в воде в течение 24 ч; по ГОСТ 20907–75 для ФФС используют метод определения предела прочности при скалывании по клеевому шву фанеры после кипячения в воде. Образец для испытания представлен на рис. 8.7, приспособление – на рис. 8.8.

Рис. 8.7. Образец для испытания фанеры на скалывание

Рис. 8.8. Приспособление для испытания образцов фанеры:

1 – образец; 2 – упорная планка; 3 – планка; 4 – захват; 5 – упор; 6 – траверса

Методы испытания на скалывание часто не позволяют получить разрушение по клеевому шву ввиду сравнительно невысокой прочности древесины при этом виде нагружения.

Чтобы исключить влияние низкой прочности древесины на результат определения клеящей способности смолы, применяют склеивание двух образцов многократного использования диаметром 20 мм длиной 100 мм. Образцы изготавливают из древесины бука. Их склеивают гладко опиленными торцами и испытывают клеевое соединение на растяжение вдоль волокон. Высокая прочность древесины на растяжение вдоль волокон гарантирует адгезионное или когезионное разрушение по клеевому шву.