Температура склеивания

 

Температура прессования является важным фактором, влияющим на продолжительность процесса. Для горячего склеивания древесины используют термореактивные клеи, которые в начальной стадии могут быть в твердом или жидком состоянии. Минимальное значение температуры (55–90 ^оС), если клей находится в твердом состоянии, необходимо обеспечить возможность его плавления, смачивание им склеиваемых поверхностей и достижении необходимой степени отверждения клея. Верхний возможный предел температуры назначается с целью уменьшения до минимума продолжительности склеивания. При этом должна быть исключена возможность начала термоокислительной деструкции клея (180–200^ο C) и сухой перегонки древесины, при которой из нее начинают выделяться газы, раздражающе действующие на дыхательные пути человека. Следует также учитывать, что при высокой температуре вязкость, например, жидкого фенолформальдегидного клея резко снижается, он глубоко проникает в древесину, вследствие чего появляется опасность образования прерывистого клеевого слоя и снижения прочности склеивания. Выбор верхнего предела температуры зависит также от толщины склеиваемого материала и его слойности. В толстых пакетах, продолжительность выдержки которых под давлением устанавливается из условия достижения необходимой степени отверждения клея в центральном клеевом слое, неизбежный излишне длительный и сильный нагрев клеевых слоев, близко расположенных к нагревателю, может вызвать термическую деструкцию карбамидоформальдегидных клеев и, следовательно, снижение прочности склеивания. Излишне высокая температура нагревателя при склеивании толстых пакетов может привести также к разрушению их наружных слоев, что особенно опасно при склеивании хвойной древесины. 

 Склеивание многослойных пакетов при высокой температуре нежелательно ввиду трудности выхода из них паров растворителя и газов. Верхний предел температуры может быть лимитирован скоростями загрузки пакетов, например, в многоэтажный пресс и подъема стола пресса: чем выше температура склеивания, тем больше должны быть указанные скорости, что не всегда возможно. Излишне высокая температура плит опасна и в момент загрузки пакетов в пресс, особенно если их лицевые слои тонкие. Быстрый нагрев этих слоев может привести к подсыханию клея или даже к частичному его отверждению. При выборе температуры нагревателя следует учитывать также коэффициенты термического расширения древесины и клея: чем больше разница между ними, тем ниже должна быть температура склеивания. В противном случае это вызовет появление больших тангенциальных напряжений в клеевых слоях и может послужить причиной их разрушения.

 

Давление прессования

 

Процессы уплотнения и склеивания цельной и измельченной древесины являются наиболее распространенными в производстве материалов и изделий из древесины. При горячем прессовании под действием давления и температуры древесина деформируется, что приводит к ее уплотнению и образованию внутренних напряжений.

При приложении усилия в древесине при склеивании возникают следующие деформации: 

- упругие деформации, характеризующиеся обратимыми изменениями средних расстояний между частицами; 

- высокоэластические деформации, связанные с обратимой перегруппировкой частиц (звеньев цепных молекул); 

Температура при горячем прессовании фанеры и древесных плит достигает 105-180^оС. Древесина при такой температуре находится в переходном состоянии от стеклования к высокоэластическому. Для неё характерны деформации ползучести.

Повышение прочности древесины при её уплотнении в процессе склеивания широко используется в технологии изготовления клееных слоистых материалов, таких как бакелизированная фанера и древесно-слоистые пластики. 

При незначительных усилиях прессования, когда плотность изменяется в небольшом диапазоне, например, в производстве фанеры и фанерных плит, деформация шпона безусловно вредна, т.к. ухудшает условия формирования клеевого соединения вследствие уменьшения паро- и газо-проводимости древесины и приводит к перерасходу сырья. 

Процесс уплотнения шпона под действием давления и температуры может быть разделен на несколько этапов:

1. Подъем давления (увеличение нагрузки)

В начале процесса происходит быстрый рост полной деформации, величина которой зависит от давления прессования и влажности древесины. В этот период времени древесина не нагрета, вся ее деформация является упругой.

2. Нагревание шпона при постоянном давлении

Продолжается рост деформации. Основными факторами, влияющими на развитие деформации, являются – температура и влажность. Наличие в древесине влаги, а также нагревание шпона снижают модуль упругости древесины, что приводит к существенному уплотнению древесины. 

3. Снятие давления (снижение нагрузки)

После снятия нагрузки происходит снижение полной деформации, за счет вязкоупругой компоненты, характерной для древесины. Вязкопластическая деформация, являясь необратимой, не исчезает после снятия нагрузки и получила название остаточной деформации.

Основная часть вязкоупругой деформации исчезает сразу же после снятия нагрузки, ее меньшая часть (термовлагообратимая деформация) восстанавливается по мере повышения модуля упругости при охлаждении пакета. При горячем склеивании слоев древесины (шпона) часть деформации задерживается за счет отверждения связующего, что является одной из причин возникновения внутренних напряжений в клееной слоистой древесине.

Роль давления заключается в том, чтобы сблизить склеиваемые поверхности и получить равномерный клеевой слой минимальной толщины. Рекомендуемые величины давления прессования: 1,4–1,8 МПа – склеивание шпона при получении фанеры общего назначения; 3,5–4,5 МПа – склеивание шпона при получении бакелизированной фанеры; 15–16 МПа – склеивание шпона при получении древесных слоистых пластиков; 30–40 МПа – для изделий из пресс-масс. Если бы склеиваемые поверхности были плоскими и не имели микронеровностей, а применяемый клей обладал хорошими смачивающими свойствами, то при склеивании можно было бы обойтись без значительных усилий. При склеивании, например, листов шпона отсутствуют почти все из перечисленных условий, поэтому для создания требуемого контакта клея с древесиной приходится прибегать к сжатию пакета. Давление при этом должно быть таким, чтобы можно было получить тонкий сплошной клеевой слой, не содержащий пузырьков воздуха. Прочность соединения возрастает с уменьшением толщины клеевого слоя. Максимальная прочность клеевого соединения должна быть при наличии между поверхностями мономолекулярного слоя клея. Рост прочности с уменьшением толщины клеевого слоя объясняется следующими причинами:

– увеличением числа ориентированных молекул в граничных слоях   клея; 

– меньшей абсолютной величиной усадки клея при его отверждении и, следовательно, меньшими внутренними напряжениями в нем;

– меньшими деформациями в тонком клеевом слое;

– меньшей вероятностью наличия в клеевом слое различных дефектов.

Величину давления выбирают с учетом свойств склеиваемой древесины и ее влажности, состояния склеиваемых поверхностей и их размеров, упруго-вязких свойств клея и количества содержащихся в нем газообразных продуктов (что важно при горячем склеивании) и ряда других факторов. Давление должно быть тем больше, чем выше плотность древесины и ниже ее влажность, больше шероховатость склеиваемых поверхностей и их размер, выше вязкость клея и больше содержание в нем газообразных продуктов. Особо следует подчеркнуть зависимость давления от погрешностей толщины пакета и неплоскостности жестких плит клеильных прессов. Эти факторы бывают причиной неравномерного распределения давления по поверхности склеиваемого материала, вызывая необходимость увеличения абсолютного значения давления.

 Давление плит пресса на склеиваемый материал может поддерживаться на постоянном уровне в течение всего периода склеивания или только в течение 0,5–0,65 части этого периода, т. е. когда формируются клеевые связи. В оставшуюся часть времени может быть допущено плавное или ступенчатое снижение давления, что способствует уменьшению остаточных деформаций в склеиваемом материале. Такой прием эффективен при склеивании толстых пакетов шпона. 

На прочность склеивания влияет пульсация давления во время склеивания, способствующая увеличению проникновения клея в древесину. Пульсация особенно опасна в период отверждения клея, так как может привести к разрушению образующихся связей в момент снижения давления. Содержащаяся в склеиваемом пакете перегретая влага при снятии внешнего давления может перейти из одного фазового состояния в другое (парообразное) и вследствие значительного увеличения объема оторвать слои друг от друга, если они имеют небольшую толщину. Поэтому данную операцию принято проводить в несколько этапов.