Реферат на тему Процессы склеивания. Реферат по ТПОПП. Реферат по дисциплине Технологические процессы и оборудование промышленных производств

• Название: Реферат по дисциплине Технологические процессы и оборудование промышленных производств
• Анкор: Реферат на тему Процессы склеивания
• Дата: 21.12.2022
• Размер: 192.6 Kb.
• Имя файла: Реферат по ТПОПП.docx
• Тип: Реферат; #857749

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский технологический университет»

(ФГБОУ ВО «КНИТУ»)

Кафедра Архитектура и дизайн изделий из древесины____________________

Направление 29.03.04 «Технология художественной обработки материалов»

Направленность «Дизайн и технология обработки материалов»

Группа 2391-41

Реферат

по дисциплине «Технологические процессы и оборудование промышленных производств»
на тему «Клеи и процессы склеивания»

Исполнитель		Петрова Т.Е.
Руководитель		Хасаншин Р.Р.

Казань, 2022

Содержание

Введение……………………………………………………………………….......3

1. Процессы склеивания древесины и древесных материалов…………………4

2. Теории адгезии ………………………………………………………….……..8

2.1. Механическая теория склеивания……………………………………8

2.2. Молекулярно-адсорбционная теория………………………………..8

2.3. Адсорбционная теория………………………………………………..9

2.4. Электрическая теория адгезии………………………………………10

2.5. Диффузионная теория………………………………………………..11

2.6. Химическая теория…………………………………………………...12

2.7. Релаксационная теория………………………………………………13

2.8. Процессы, протекающие при склеивании древесины……………..13

3. Синтетические клеи…………………………………………………………..18

3.1. Классификация синтетических клеев………………………….........18

3.2. Основные компоненты синтетических клеев………………………20

3.3. Способы регулирования свойств синтетических клеев…………...22

Заключение……………………………………………………………………….25

Список используемой литературы……………………………………………...26

Введение

Древесина – традиционный строительный материал, экологически чистый, с многовековым опытом использования.

Достоинства древесины: достаточная прочность, невысокая плотность, упругость, малая теплопроводность, относительно низкая стоимость.

В последние годы все более весомый процент строительных и столярных изделий производится из клееной древесины. Это вызвано тем, что клееная древесина обладает несомненными преимуществами по сравнению с массивной. Выделим основные из них:

1) Высокое качество поверхности.Перед склейкой древесины из нее вырезаются сучки и дефекты, заготовки подбираются по цвету, текстуре. Поэтому изделия из клееной древесины имеют безупречный внешний вид. Это актуально для таких изделий, как мебельный щит, половая доска, вагонка и т.п.

2) Стабильность геометрических размеров.В отличие от массивной клееная древесина сохраняет свою форму и размеры с течением времени. Она не дает усадки, не скручивается и не изгибается. Это обусловлено отсутствием в клееной древесине внутренних напряжений. Актуально для строительного, оконного бруса и т.д.

3) Прочность.Конструкции из клееной древесины имеют на 50-70% большую прочность по сравнению с массивной.

При благоприятных условиях эксплуатации деревянные конструкции могут прослужить несколько столетий.

1. 
   Процессы склеивания древесины и древесных материалов
   

Склеивание представляет собой сложный физико-химический процесс, в котором участвуют как внутренние факторы от древесины и клея, так и внешние, которые обуславливают процесс склеивания в холодном или горячем состоянии. Все эти факторы в целом и определяют конечную прочность склеивания.

Адгезия – прилипание двух жидких или разнородных тел. Оно обусловливается молекулярными силами сцепления разнородных молекул, находящихся в поверхностном слое соприкасающихся тел (фаз). Эти силы носят название сил адгезии.

Аутогезия – прилипание однородных тел. В отличие от адгезии, самослипание осуществляется вследствие молекулярной связи между поверхностями однородных контактирующих тел. Силы сцепления в этом случае называются силами аутогезии.

Когезия – сцепление молекул вещества между собой в объеме тела (волокон, древесины, смолы и т. д.). Обусловливается когезия самыми различными силами: Ван-дер-Ваальса, химическими, водородными связями и т. д. Эти силы носят название сил когезии.

Липкость ‒ это не что иное, как прилипание, превосходящее по силе сцепления когезию данного вещества. В силу этого при отрыве на поверхностях контакта непременно остается липкое вещество, т. е. происходит когезионный тип отрыва, причем такое соотношение между силами адгезии и когезии тел остается весьма длительное время.

Клейкость вещества ‒ это его способность не только прилипать к другим телам, но и в противоположность липкости приобретать с течением времени (в результате сушки, удаления растворителя или химических процессов, т. е. отвердевания или структурирования) внутреннюю прочность (когезию), достаточную для того, чтобы склеиваемые между собой части представляли одну единую систему.

Чаще всего контактирующие тела связываются в одно целое при помощи третьего тела ‒ клея (например, склеивание между собой деревянных деталей в производстве мебели; шпона в производстве фанеры; стружек в производстве древесностружечных плит; шпона, листов бумаги, ткани при изготовлении древесных пластиков и т. д.).

Однако в некоторых случаях склеивание может быть без третьего компонента. Тогда один из контактирующих материалов (обычно это полимер) служит вторым телом и третьим компонентом. Склеивающим слоем служат контактирующие поверхностные молекулы данного вещества, а его объемная фаза ‒ вторым склеиваемым телом.

Первый и последующие слои покрытия отличаются друг от друга. В поверхностном слое расположение молекул полимера обычно ориентированное, упорядоченное, в объеме ‒ хаотическое, беспорядочное. Так как в этих случаях полимер на твердую поверхность наносится слоями (путем многократного покрытия), то, естественно, первый слой сцепляется с подложкой вследствие сил адгезии, а второй и последующие слои ‒ аутогезионного взаимодействия. Примеры таких систем следующие: древесина, покрытая декоративными, упрочняющими или гидрофобными пленками; металлы, окрашенные стойкими к коррозии лаками; ткани, покрытые с лицевой стороны водозащитными или имитирующими натуральную кожу полимерными пленками и т. д. В таких системах от покрывного материала требуется не только хорошая адгезия к защищаемому или облагораживаемому телу, но и хорошие когезия и аутогезия, так как от них зависит прочность покрывной пленки, ее работоспособность (сопротивляемость изгибу, истиранию, скалыванию, ударам, сжатию и т. п.).

Клей перед нанесением на склеиваемые поверхности должен находиться в высоковязком или высокоэластичном состоянии. Для хорошего контакта его с твердой поверхностью, при котором между ними появляются силы взаимодействия, клей должен обладать хорошей смачивающей способностью. С точки зрения термодинамики причина хорошего смачивания адгезивом (клеем) поверхности субстрата – уменьшение свободной энергии на границе их раздела (рис. 1). В случае, когда речь идет о величине работы, которую необходимо затратить на отделение друг от друга двух несмешивающихся жидкостей, ее можно вычислить по известному уравнению Дюпре:











Рисунок 1 – Схема определения угла поверхностного натяжения: 1 – капля смолы; 2 – поверхность
Но применять приведенное уравнение к определению работы, необходимой для отделения жидкого полимера от твердого тела, не представляется возможным, так как пока нет надежного метода определения поверхностного натяжения твердых тел.

;

Данное уравнение неприменимо к случаю, когда жидкий полимер обладает способностью полного смачивания твердой поверхности (θ = 0). Кроме того, некоторая трудность возникает при практическом измерении угла θ, так как здесь имеет место явление гистерезиса, т. е. изменение величины угла во времени.

Что касается адгезии твердых тел друг к другу, то ее оценивают величиной усилия, потребного на отделение одного твердого тела от второго. Это может быть усилие, необходимое для отрыва одной поверхности от второй в направлении, перпендикулярном плоскости склеивания, или усилие, необходимое для взаимного сдвига этих поверхностей. При этом важно обеспечить по возможности равномерное распределение напряжения по всей поверхности склеивания. Высокая адгезия полимера к твердому телу не является еще достаточным условием для получения прочного клеевого соединения.

Необходимо, чтобы собственная прочность адгезива после его отверждения также была высокой, т. е. чтобы он обладал и высокой когезией. Есть и еще ряд побочных факторов, оказывающих влияние на прочность клеевого соединения. Это – тангентальные внутренние напряжения, которые могут возникать от усадки клея, толщина слоя, состояние склеиваемых поверхностей. Дополнительным критерием качества склеивания может служить характер разрушения клеевого соединения: адгезионный, когезионный, смешанный или микромозаичный.



Рисунок 2 − Характер разрушения склеек: 1 − адгезионный; 2 – когезионный; 3 – смешанный

2. Теории адгезии.

   1. Механическая теория склеивания

Наиболее ранней теорией, объясняющей эффект прилипания и склеивания тел, является механическая теория склеивания, развитая Мак-Беном. Прочность склеивания, согласно этой теории, объясняется проникновением жидкого или жидко-вязкого клея в поры склеиваемых поверхностей с последующим его отвердением.

Действительно, большая поверхность, покрываемая клеем (так называемые клеевые замки), форма пор, в которые проникает клей, прочность самого клея и своеобразных перемычек-перешеек, которые составляют стенки пор, обеспечивают высокий эффект склейки.

К сожалению, механическая теория не в состоянии объяснить прочное склеивание относительно гладких поверхностей металлов, стекол, фарфора и т. п. Она также не объясняет, почему гладкие строганые поверхности древесины иногда лучше склеиваются, чем тонковорсистые. Эта теория не принимает во внимание самого главного фактора – природу склеиваемых тел и природу самого клея. Возникла она в то время, когда в качестве склеивающего вещества использовали, как правило, белковые клеи (мездровый, желатин, казеин), а в качестве склеиваемого материала – древесину.

2.2. Молекулярно-адсорбционная теория

Дальнейшим развитием теории склеивания стала адсорбционная теория, разработанная Мак-Лареном и Дебройном. Эта теория объясняет образование прочного клеевого шва проявлением специфического межмолекулярного взаимодействия – свободной поверхностной энергии.

Адгезия рассматривается как процесс, протекающий исключительно на поверхности тела, аналогично процессу адсорбции. Связь между адгезивом (клеем) и субстратом (подложкой) объясняется действием сил Ван-дерВаальса, степень прочности связей – непосредственным взаимодействием тех или иных функциональных группировок молекул клея и подложки. Эта теория опирается на известное эмпирическое правило, согласно которому предполагается, что высокая адгезия может быть только в двух случаях: когда молекулы контактирующих тел обладают полярными функциональными группами и когда молекулы клея и подложки – неполярные. Если взаимодействуют между собой неполярное и полярное вещества, то адгезия должна быть небольшой. Однако практика и исследования показывают, что это правило не всегда выполняется точно, поскольку не учитывается влияние других, не менее важных факторов: число контактирующих точек и расстояние между ними. Эти параметры, как известно, зависят от подвижности молекул – скорости диффузии цепей полимера.

Не учитывается этим правилом также возможность образования водородных связей между полярными группами смежных молекул, принадлежащих одной и той же фазе. Возникновение водородных связей, естественно, резко снижает высокое адгезионное взаимодействие, присущее полярным группам: –СООН, –ОН, –NН₂, –ООССН₃ и т. д. Не принимается во внимание возможность замыкания полярных групп на себя – образование водородных связей между смежными полярными группами и группами, принадлежащими одной и той же молекуле. Это также резко ослабляет адгезию молекул.

2.3. Адсорбционная теория

Эта теория рассматривает образование клеевого шва как многостадийный процесс. На первой стадии в результате теплового (броуновского) движения происходит перемещение – миграция больших молекул полимера клея из раствора к поверхности подложки. Второй стадией склеивания, согласно этой теории, является адсорбция. Когда расстояние между молекулами клея и подложки станет меньше 5 А, начнут действовать межмолекулярные силы, которые, как уже отмечалось, могут быть самого различного характера: дисперсионные, индукционные, ориентационные и водородные, с энергией связи от 0,1 ккал/моль (дисперсионные) до 10 ккал/моль (водородные). Третья стадия склеивания – удаление растворителей из раствора клея, повышение когезионной прочности клея, чтобы его когезия достигла адгезии. Если же в качестве клеящего вещества применяют вязкие полимеры, то третьей стадией будет процесс упрочнения полимера.

Адсорбционная теория адгезии получила широкое распространение за границей, хотя ей присущ ряд недостатков. Кроме того, она не учитывает явлений электризации плоскостей адгезии, а также особенностей поведения полимеров, отличающие их от жидкостей и упругих тел.

2.4. Электрическая теория адгезии

Теория предложена Б. В. Дерягиным и Н. А. Кротовой (СССР), она основывается на явлениях контактной электризации, происходящей при тесном соприкосновении между диэлектриком и металлом или между двумя диэлектриками.

Система клей – склеиваемый материал, согласно этой теории, отождествляется с конденсатором, а двойной электрический слой, возникающий при контакте двух разнородных поверхностей, – обкладками конденсатора. При отделении клея от поверхности или, что-то же самое, разведении обкладок конденсатора возникает разность потенциалов, величина которой возрастает с увеличением зазора между разводимыми до определенного предела поверхностями, когда наступает разряд. Затрачиваемая на разведение поверхностей работа оказывается зависящей от скорости: чем меньше скорость, тем меньше требуется затратить работы на разведение поверхностей, ибо заряды успевают стечь. При быстром разведении поверхностей высокая начальная плотность сохраняется вплоть до наступления газового разряда. Это обеспечивает большое значение работы адгезии, так как действие электростатических сил притяжения преодолевается на сравнительно больших расстояниях.

Что касается причины образования двойного электрического слоя на границе раздела двух поверхностей (клей – склеиваемый материал), то здесь имеются два предположения. В одном случае появление его объясняют адсорбцией клея твердой поверхностью и ориентацией полярных групп клея на этой поверхности. Во втором случае, когда речь идет о склеивании металла, образование этого слоя объясняют переходом электронов в клей. Электрическая теория адгезии не универсальна, так как не может удовлетворительно объяснить образование адгезионной связи между полимерами, близкими до своей природы; не объясняет, почему неполярные полимеры, в которых не образуется двойной электрический слой, все же могут давать достаточно прочную связь.

Следует также указать, что ряд характерных явлений при разрушении склеек, служащих основным доказательством правильности электрической теории адгезии, проявляется лишь в определенных условиях, когда склейки предварительно хорошо высушены. При расслаивании свежеприготовленных склеек электрические заряды не наблюдаются, а прочность склеек все же оказывается достаточно высокой.

2.5. Диффузионная теория

Диффузионная теория адгезии, предложенная С. С. Воюцким, трактует образование прочной адгезионной связи действием межмолекулярных сил, которые появляются при взаимопроникновении макромолекул вследствие их диффузии, способствуя увеличению молекулярного контакта. Например, диффузия одного полимера в другой на глубину 0,5–1,0 нм увеличивает площадь контакта в 3–5 раз. Причем чем длительнее этот процесс и выше температура, тем совершеннее будет укладка молекул и, следовательно, выше прочность соединения.

Способностью к диффузии, как правило, обладает клей. Но если последний наносится в виде раствора на материал, который сам способен набухать и растворяться, то возможна и диффузия молекул склеиваемого материала в клей. В результате этого между ними исчезает граница и образуется прочная спайка, представляющая собой постепенный переход от одного полимера к другому. Результаты количественной проверки этой теории оказались вполне удовлетворительными. Диффузия макромолекул двух полимеров доказана также экспериментально посредством электронной микроскопии.

В заключение подчеркнем, что данная теория выявляет главным образом кинетику образования адгезионной связи и справедлива только для объяснения адгезии более или менее взаиморастворимых полимеров. Поэтому данная теория непригодна для объяснения образования прочной связи, например, между полимером и таким материалом, как древесина.

2.6. Химическая теория

Появилась сравнительно недавно, объясняет образование прочной связи не физическим, а химическим взаимодействием между полимерами. При этом химические связи являются остронаправленными и близкодействующими, возникновение их возможно при условии, что расстояния между ядрами ковалентно связанных атомов не превышают 0,1–0,2 нм. Доказано, в частности, что при склеивании древесины карбамидо- и фенолоформальдегидными клеями резольного типа образуются химические связи между гидроксильными группами (ОН) макромолекул целлюлозы и метилольными группами (СН₂ОН) с образованием эфирных групп. Для получения прочной связи необходимо оптимальное количество функциональных групп и соответствующее их расположение. Отмечается большое влияние молекулярной массы полимера на его клеящие свойства. Например, клеи, имеющие низкую молекулярную массу, обладают хорошей адгезией вследствие их способности хорошо смачивать твердые поверхности, но зато у них низкие когезионные свойства.

Химическая теория подчеркивает также большое влияние внутренних напряжений, возникающих при отверждении клея и при его усадке, на прочность клеевого соединения.

2.7. Релаксационная теория

Релаксационная теория, предложенная Н. И. Москвитиным (СССР), также сравнительно нова и пока не получила широкого признания.

В ней сделана попытка объяснить адгезию с учетом всех разновидностей химических и межмолекулярных связей. По этой теории, наиболее важный фактор, оказывающий существенное влияние на адгезию полимеров, – релаксация напряжений как при контакте клея со склеиваемой поверхностью, так и при деформации соединения во время его эксплуатации. Анализируя приближенные значения молярных энергий основных видов связей, кДж/моль: межмолекулярная – 13–33, водородная – до 73, химическая – 110–1050, необходимо отметить что химические связи наиболее прочные.

2.8. Процессы, протекающие при склеивании древесины

Одно из обязательных условий получения прочного клеевого соединения – наличие у клея высоких адгезионных свойств. Но этого недостаточно. После создания необходимого контакта между древесиной и клеем последний должен быть переведен из жидкой фазы в твердую. В новом состоянии он должен обладать необходимыми прочностными свойствами (когезионной прочностью) и не изменять их под действием растворителей. Выполнение последнего условия создает возможность получения водостойких клеевых соединений.

Если склеиваемый материал, например, пакет шпона, зажатый между двумя плитами, подвергается нагреву, этот процесс сопровождается движением в нем влаги и некоторым его уплотнением. За счет абсорбирования из клея некоторого количества влаги влажность склеиваемого пакета больше начальной.

В серединной зоне пакета, из которой влага практически не может свободно испаряться и, при определенных условиях, находится там в виде перегретой пароводяной смеси, температура все время повышается, приближаясь к температуре плит пресса. Но при этом скорость нарастания температуры в наружных и внутренних слоях серединной зоны пакета различна. За счет градиента температуры между этими слоями нагретая влага двигается в сторону внутренних слоев, что в какой-то мере ускоряет их нагрев. Что касается краевой зоны пакета, из которой влага испаряется практически свободно, то температура в ней несколько ниже, чем в серединной зоне. При этом чем меньше внешнее давление на склеиваемый пакет, больше паропроницаемость древесины и выше температура плит пресса, тем больше ширина этой зоны.

Если снять внешнее давление на пакет и тем самым прекратить подвод тепла к нему, положение резко меняется. Перегретая пароводяная смесь, находящаяся внутри серединной зоны пакета, за счет создания градиента влажности и температуры по его толщине немедленно перейдет в парообразное состояние и начнет быстро двигаться к наружным поверхностям пакета и испаряться в атмосферу. В зависимости от вида синтетического клея, начальной влажности пакета шпона и температуры нагревателя пресса влажность пакета в этот период может понизиться на 2–6%. При этом конечная влажность наружных слоев пакета будет все же ниже влажности внутренних его слоев.



Рисунок 3 – Изменение температуры в средней и краевой зонах нагреваемого в прессе пакета шпона: 1 – наружный слой серединной зоны; 2 – внутренний слой серединной зоны
Таким образом, можно отметить два важных момента: а) понижение температуры краевой зоны пакета, из которого влага имеет возможность испаряться; б) возможность снижения влажности склеиваемого пакета при снятии внешнего давления на него. Первый момент нужно учитывать при построении режимов склеивания, второй – при выборе временной схемы снижения внешнего давления на склеиваемый пакет. Поскольку деформативность древесины, содержащей определенное количество влаги, усиливается под действием подводимого к ней тепла, при склеивании пакетов под давлением в начальный период будет иметь место интенсивное ее уплотнение, а затем стабилизация приданной ей деформации.

Увеличение при этом фактической площади контакта между клеем и древесиной будет положительно сказываться на адгезионной прочности клеевых соединений. Следует помнить, однако, что затухание деформации древесины должно закончиться до окончания процесса формирования клеевых связей, так как иначе это может привести к частичному их разрушению и снижению прочности склеивания. Уплотнение древесины в процессе ее склеивания, благотворно влияющее на физико-механические свойства, приводит одновременно к уменьшению полезного объема изготовляемого продукта, не всегда желательному (как, например, при изготовлении фанеры).

При склеивании древесины появляется вероятность возникновения в клеевом соединении внутренних напряжений. Причины их весьма разнообразны, поэтому остановимся только на главных из них.

Внутренние напряжениямогут быть вызваны усадкой клея, изменением влажности древесины и ее линейных размеров, а также различием термических коэффициентов клея и склеиваемого материала. Поскольку усадка клея начинается с момента перехода его в отвержденное состояние, когда между ним и древесиной устанавливается адгезионная связь, препятствующая свободному изменению его объема, в клее неизбежно возникают внутренние нормальные и касательные напряжения. Величина последних в значительной мере определяется состоянием склеиваемых поверхностей и толщиной клеевого слоя. Наличие на склеиваемых поверхностях макро- и микронеровностей – причина колебания толщины образуемых между ними клеевых слоев, вследствие чего и усадка клея в различных их точках будет различной. При невозможности свободного сближения склеиваемых поверхностей это неизбежно вызывает появление внутренних напряжений. Величина их будет тем больше, чем толще клеевые слои и больше неравномерность их толщины. Что касается имеющихся на склеиваемых поверхностях шпона выступов, то, будучи в разрыхленном состоянии, они легко пропитываются клеем, выполняя роль своеобразного наполнителя, который, возможно, снижает образующиеся напряжения и способствует более равномерному их распределению в клеевом слое.

Аналогичен механизм возникновения внутренних напряжений вследствие изменения влажности древесины. Начальная влажность древесины, с учетом того, что для ее склеивания используют клеи, содержащие значительное количество воды, может заметно отличаться от влажности готового продукта. Поскольку горячее склеивание сопровождается испарением определенного количества влаги, неизбежны и изменения линейных размеров древесины как в процессе, так и после образования адтезионной связи. Поэтому, как и при усадке клея, изменение влажности древесины приводит к образованию внутренних напряжений.

Наконец, различие термических коэффициентов линейного расширения древесины и клея служит причиной образования на границе их раздела касательных внутренних напряжений при горячем склеивании. Но эти напряжения становятся заметными по величине главным образом в период охлаждения сформированного клеевого соединения. Особенно они опасны при склеивании разнородных по своим свойствам материалов, как это имеет место, например, при изготовлении гофрированной фанеры, облицованной металлом.

Конечно, не исключена возможность при определенных условиях частичной релаксации (затухания) внутренних напряжений в период последующей эксплуатации склеенного материала. Но для обеспечения максимальной долговечности клеевых соединений при выборе клеев и разработке режимов склеивания следует принимать все меры, которые могут способствовать снижению внутренних напряжений.

2. 
   Синтетические клеи
   
   1. 
      Классификация синтетических клеев
      

До начала XX века промышленное значение клеев и склеивания было невелико. В столярно-мебельном производстве использовались, в основном, клеи животного и растительного происхождения. Толчком к совершенствованию клеев явилось развитие клееной продукции. В начале тридцатых годов в нашей стране началось серийное производство синтетических смол и клеев на их основе. Сегодня химическая промышленность выпускает большой ассортимент синтетических смол для самых различных целей, в том числе для склеивания, отделки, получения пластмасс, пропитки и т.д.

Все многообразие клеев, используемых в деревообрабатывающей промышленности, можно классифицировать по признакам:

1) По происхождению:

– животного происхождения (мездровый, казеиновый, костный, альбуминовый, рыбный);

– растительного происхождения (крахмальный, или декстриновый, нитроцеллюлозный);

– минеральные клеи (силикатный, битумный, цементный);

– синтетические клеи.

2) По составу: одно- и многокомпонентные клеи.

3) По способу получения (для синтетических клеев):

– поликонденсационные, когда в результате реакции двух или более компонентов получают новое высокомолекулярное вещество и низкомолекулярные продукты, которые затем удаляются и делают реакцию необратимой;

– полимеризационные клеи, получаемые в результате реакции полимеризации, когда мономер последовательно превращается в высоковязкий олигомер (вещество средней молекулярной массы), а затем в твердый полимер за счет удлинения молекул и усложнения их структуры (например, получение полиэтилена из этилена, поливинилацетата из винилацетата и т.п.).

4) По отношению к теплу:

– термореактивные, которые при повышении температуры сначала плавятся, а затем необратимо отверждаются;

– термопластичные, которые при нагревании плавятся и остаются жидкими, а при остывании снова переходят в твердое состояние.

5) По водостойкости: низкой, средней и высокой водостойкости, эксплуатируемые, соответственно, в комнатных, наружных защищенных или атмосферных условиях.

6) По виду растворителя: водо- и спирторастворимые, с органическими растворителями.

7) По внешнему виду: жидкие, пастообразные, пленочные, порошкообразные, в виде гранул.

Синтетические клеи в значительной степени вытеснили из промышленности клеи природного происхождения в силу следующих преимуществ: дешевизна исходных продуктов, использование непищевого сырья, практическая неисчерпаемость сырья, возможность широкого регулирования свойств клеев, высокая скорость отверждения и малый расход клея. Вместе с тем есть области применения, где клеи природного происхождения остаются вне конкуренции, обычно по экологическим соображениям.

К клеям для древесины предъявляют целый ряд требований, подчас противоречащих друг другу. Эти требования можно разделить на такие группы:

А) Эксплуатационные – способность склеивать и прочно удерживать склеенные материалы. Первое свойство оценивается понятием адгезии, то есть способности прилипать, а второе – понятием когезии, то есть собственной прочности клеевого шва. Клеи должны обладать этими двумя свойствами для того, чтобы удерживать материалы за счет сил адгезии и обладать достаточной прочностью за счет высокой когезии клеевого шва. К эксплуатационным требованиям относятся также водостойкость и атмосферостойкость клеевых соединений, долговечность клеевых швов.

Б) Технологические – удобство приготовления и нанесения клея. Сюда следует отнести оптимальную вязкость свежеприготовленного клея, достаточный срок жизнеспособности клея после введения отвердителя, высокую скорость отверждения, возможность очистки оборудования (низкая адгезия к металлу), длительный срок хранения клеев.

В) Экономические – малый расход клея, низкая стоимость сырья, простота приготовления клея.

Г) Экологические – нетоксичность синтетических смол и других компонентов клеев, малая коррозионная опасность клеев.

Д) Специальные – диэлектрическая проницаемость (при склеивании в поле высокой частоты), прозрачность клеевого шва, бензо- и маслостойкость и некоторые другие.

3.2. Основные компоненты синтетических клеев

Основной частью клея является синтетическая смола, то есть смесь высокомолекулярных продуктов, способных при определенных условиях к отверждению. Кроме смолы в клее могут быть следующие компоненты:

– Отвердитель для ускорения процесса отверждения, особенно при комнатной температуре. Для кислоотверждаемых смол это, как правило, кислоты типа молочной, щавелевой и т.п. Для резорциновых смол – щелочные отвердители, которые более благоприятны по отношению к древесине и клеенаносящему оборудованию.

– Растворитель для регулирования вязкости клея и удлинения срока его пригодности. Основную массу связующих в деревообработке составляют водорастворимые смолы, в мебельной промышленности находят использование органические растворители, в фанерном производстве – метанол для пропиточных смол.

– Наполнитель для снижения усадки клея, его удешевления и регулирования некоторых его свойств. Сюда относится широкий класс материалов, обычно в виде порошков – мел, тальк, гипс, древесная и пшеничная мука и т.п.

– Пластификатор для уменьшения хрупкости клеевого шва. Это вещества, обеспечивающие скольжение молекул в отвердевшем шве относительно друг друга – дибутилфталат, себацинат и др.

– Стабилизатор для удлинения срока хранения смолы. Для кислоотверждаемых смол стабилизатором может служить ацетон.

– Антисептики для повышения биостойкости клеевого шва. Особенно важно введение антисептиков для белковых клеев, подверженных загниванию. Например, для казеиновых клеев таковым является известь.

– Антипирены для повышения огнестойкости клееной продукции.

– Гидрофобные добавки для получения водоотталкивающих свойств плит, например, парафиновая эмульсия для связующих, используемых в производстве стружечных плит.

– Вспенивающие добавки для увеличения объема клея и снижения его расхода. При нанесении клея методом экструзии применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ), например, альбумин.

На предприятия, не имеющие собственного производства синтетических смол, могут поступать клеи с добавкой необходимых компонентов, но без отвердителя. На месте использования клеев имеются богатые возможности для регулирования их свойств в нужном направлении. Способами регулирования свойств клеев являются их наполнение, пластификация и модификация.

3. 
   Способы регулирования свойств синтетических клеев
   

Наполнение клеев. Наполнение клеев может дать следующие эффекты: увеличить вязкость клея, уменьшить проникновение клея в поры древесины, снизить усадку клея, повысить прочность клеевого шва, изменить деформационные свойства клеевого шва и снизить внутренние напряжения в клеевом соединении.

Наполнители можно разделить на органические и неорганические. К первым относятся древесная мука, пшеничная или ржаная мука, крахмал, лигнин. Они хорошо разбухают в воде и снижают внутренние напряжения в клеевом соединении. Неорганическими наполнителями являются каолин, мел, асбест, гипс, сажа и др. Они не растворяются и не набухают в воде, поэтому вязкость клея меняют слабо, зато хорошо закрывают поры древесины, увеличивают твердость и хрупкость клеевого шва.

Наполнители разделяют также на инертные и активные. Активные улучшают клеящие свойства полимера, упрочняют шов, повышают его модуль упругости (крахмал, мука, диоксид титана). Инертные наполнители не изменяют свойств клея (мел, каолин, тальк), а только заполняют объем клеевого шва и поры древесины.

По структуре наполнители делятся на тонкодисперсные и волокнистые (асбест). Тонкодисперсные с поперечным размером частиц 1-20 мкм меньше осаждаются и активно увеличивают вязкость клея. Количество наполнителя колеблется в широких пределах – от 0,5 до 40 %. Их вводят в готовый клей за несколько часов до его использования.

Пластификация клеев. Пластифицирование выполняют с целью снижения твердости и хрупкости клеевых швов, что способствует их долговечности, снижает затупление режущего инструмента при обработке клееной продукции. Пластификатор должен совмещаться с клеевым раствором и не ухудшать его адгезионные свойства. Обычно эффективность пластификатора заключается в гибкости его молекул, которые располагаются между молекулами основного полимера и увеличивают его подвижность (межструктурная пластификация). Содержание пластификатора невелико, до 1 %. Пластификаторами являются такие вещества, как глицерин, дибутилфталат, сахара и др. Пластифицирующее действие оказывают и наполнители, содержащие клейковину.

У поливинилацетатных клеев пластификатор вводится непосредственно в дисперсию. Он придает клеевому шву необходимую пластичность, но одновременно ухудшает такой показатель, как морозостойкость.

Однако пластификаторы, повышая эластичность клея, снижают его прочность и долговечность и ухудшают адгезионные свойства. При этом снижение тем больше, чем выше концентрация пластификатора в клее. На термический коэффициент линейного расширения клея пластификаторы оказывают слабое влияние, незначительно увеличивая его.

Модификация клеев. Модификацией называют направленное изменение свойств клея. Обычно это делается путем добавки в основной клей какого-либо другого клея, совместимого с ним. Модифицирующие добавки могут изменять адгезионные, механические диэлектрические и другие свойства клея, а также улучшать совместимость с другими полимерами и компонентами, входящими в состав клея.

Модификация фенольного клея возможна добавкой каучука, который повышает теплостойкость и эластичность клеевого шва. Аналогичное действие оказывает поливинилбутираль, введение которого в фенолоформальдегидную смолу повышает эластичность и вибростойкость клея при некотором снижении его теплостойкости. Для повышения водостойкости фенолоформальдегидных смол в них можно вводить резорцин или приготовленную на его основе смолу в количестве 1,5 – 5 %.

Карбамидные клеи можно модифицировать латексами, ПВА, фенолом и др. компонентами, а также воздействуя на него ультразвуком. При продолжительности обработки 15-30 мин время желатинизации сокращается на 15-35 %, снижается вязкость смолы в 1,8-4,7 раза, содержание свободного формальдегида уменьшается вдвое, а прочность фанеры при скалывании по клеевому слою возрастает на 13-40 %.

Известен также способ механической модификации карбамидных смол. Связующее подвергается обработке на дезинтеграционной установке (центрифуге) при скорости 120 м/с. В результате этого вязкость клея снижается в 10-40 раз, сокращается время отверждения и улучшается структура клеевого шва. Эти эффекты объясняются тем, что механическое воздействие разрушает глобулы, состоящие из высокомолекулярной части в низкомолекулярной оболочке. Потеря гидратной оболочки способствует реакции поликонденсации и формированию развитой трехмерной структуры клеевого шва.

Заключение

Склеивание является единственным способом получение жестких монолитных соединений древесины. Склеивания используется: при изготовлении несущих клееных деревянных конструкций, элементов окон и дверей, столярных щитов и паркетных досок, при соединении заготовок по длине, ширине и высоте и выполнение различных щитовых соединений.

Наряду со склеивание по длине и ширине бруски и доски склеиваются по пласти. Этот вид соединение является основным при изготовлении строительных клееных конструкций.

Для изготовления клееных деревянных элементов и конструкций используют, главным образом, древесину хвойных пород (сосна, ель), имеющую влажность не более 15%.

Прочность древесины для клееных конструкций должна отвечать требование СНиП Ⅱ-25-80 и дополнительным требованием: ширина годовых слоев не должна быть более 5мм, а содержание поздней древесины в годовых слоях должна быть не менее 20%. Склеивание доски и бруски толщиной не более 33мм.

Клеи для изготовления строительных конструкций должны быть прочными, водостойкими, долговечными. Для изготовления клееных деревянных конструкций используют клеи холодного отверждение на основе синтетических смол. Выбор для изготовления клееных деревянных конструкций производится в зависимости от условий эксплуатации.


Список используемой литературы

1. Процессы склеивания – [Электронный ресурс] – http://biblioteka.sibsau.ru/pdf/izdv/izdv_sibgtu/Zhuravlyova_Tekhnologiya_Sinteticheskie_2016.pdf

2. Теории адгезии – [Электронный ресурс] – https://extxe.com/6616/sinteticheskie-klei-i-smoly-primenjaemye-v-derevoobrabotke/

3. Синтетические клеи – [Электронный ресурс] – http://ek-b.ru/promyshlennost_proizvodstvo/referat_izgotovlenie_kleenyx_derevyannyx.html

4. Классификация синтетических клеев – [Электронный ресурс] – https://nashaucheba.ru/v8954/-_клеевые_соединения_элементов_деревянных_конструкций

5. Процессы, протекающие при склеивании древесины – [Электронный ресурс] –https://hobby.wikireading.ru/374

6. Основные компоненты синтетических клеев – [Электронный ресурс] – http://www.litcei26.narod.ru/info02.htm

7. Способы регулирования свойств синтетических клеев – [Электронный ресурс] – https://infopedia.su/3x2430.html