/
Text
ДРЕВЕСНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
ПЛАСТМАССАМИ
И МЕТАЛЛАМИ
Л. М. КОВАЛЬЧУК,
кандидат технических наук
СКЛЕИВАНИЕ
ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
С ПЛАСТМАССАМИ
И МЕТАЛЛАМИ
ИЗДАТЕЛЬСТВО
«ЛЕСНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ»
Москва 1968
УДК 674 : 634.0.824.86
Склеивание древесных материалов с пластмассами
и металлами
канд. техн, наук Л. М. Ковальчук, «Лесная промышлен-
ность», 1968, стр. 240.
В книге изложены основные вопросы теории и прак-
тики склеивания древесностружечных и древесноволок-
нистых плит, древесины и других древесных материалов
между собой, а также с металлами и пластмассами. При-
водятся рецепты различных клеев, их свойства и способы
нанесения. Рассказано о способах ускорения процессов
склеивания. Много внимания уделено применению дре-
весных материалов, склеенных с металлами и пластмас-
сами, в производстве различных плит, легких навесных
панелей, щитовых дверей и мебели.
В книге содержится:
таблиц 65, иллюстраций 68, библиографий 107.
3-15-3
39-68
ВВЕДЕНИЕ
Наряду с усовершенствованием технологии склеивания древе-
сины на деревообрабатывающих предприятиях все чаще возникает
необходимость соединения древесины и продуктов на ее основе
с другими материалами (пластмассами, металлами и др.). Так как
свойства этих материалов часто значительно отличаются от свойств
древесных материалов, для их соединения не могут быть реко-
мендованы традиционные клеи, хорошо склеивающие древесину.
Необходимо применение новых, ранее мало известных в дерево-
обработке клеев.
Как . правило, новые клеи отличаются от применяемых для
склеивания древесины клеев как по составу, так и по технологии
склеивания. Например, эпоксидные клеи имеют большую вязкость,
которая затрудняет их приготовление и нанесение; полиэфирным
и эпоксидным клеям свойственно выделение большого количества
тепла в процессе применения, что оказывает существенное влия-
ние на процесс приготовления и нанесения клеев. Каучуковые клеи
содержат в своем составе большое количество легколетучих огне-
опасных растворителей. Склеиваемые поверхности после нанесения
таких клеев необходимо сушить до полного или частичного удале-
ния растворителей. Часть новых клеев имеет повышенную вред-
ность по сравнению с используемыми в деревообработке клеями,
поэтому необходимы знания и строгое соблюдение соответствую-
щих правил по технике безопасности.
Современные синтетические клеи обеспечивают получение проч-
ных и долговечных соединений. Однако пока еще нет такого уни-
версального клея, который годился бы для склеивания любых
материалов, поэтому для каждой пары материалов необходимо
подбирать наиболее приемлемый клей. Это в первую очередь отно-
сится к склеиванию таких разнородных материалов, как древе-
сина, древесные плиты, металлы и пластмассы.
В зависимости от назначения клееных изделий к клеевым сое-
динениям предъявляются различные требования. Так, при соедине-
нии толстых стальных накладок с древесиной в несущих строи-
тельных конструкциях на клеевое соединение передаются большие
нагрузки, и поэтому оно должно быть высокопрочным и долговеч-
ным. Менее напряженные — клеевые соединения в трехслойных
щитах и навесных панелях, в которых фанера или древесные плиты
склеиваются с относительно малопрочным пенопластом. Достаточ-
ной прочностью должны обладать клеевые соединения при крепле-
нии пластмассовой фурнитуры к элементам мебели или при оклеи-
вании кромок щитов пластмассовыми обкладками. Сравнительно
3
малая прочность требуется в клеевых соединениях при облицовке
плит и щитов тонкими пластмассовыми и металлическими плен-
ками; это объясняется большой площадью склеивания и незначи-
тельными внешними нагрузками. Самую малую прочность имеют
клеевые соединения древесных материалов с эластичным пенополи-
уретаном (поролоном), так как прочность этого материала не-
велика.
В настоящее время склеивание разнородных материалов ис-
пользуется при изготовлении многих изделий. Соединение древес-
ных материалов с пластмассами и металлами позволяет не только
улучшить внешний вид изделий, но и рационально использовать
положительные свойства каждого из материалов и уменьшить
влияние отрицательных его свойств. Во многих случаях склеива-
ние— наиболее рациональный (а иногда и единственно возмож-
ный) способ соединения разнородных материалов.
Склеиванием можно получить надежные соединения больших
по площади тонких листовых материалов с основой, например при
облицовке щитов из древесных материалов тонкими пластмассо-
выми пленками. Никакими другими способами невозможно обес-
печить сплошное прочное соединение подобных материалов. Нане-
сение на поверхности древесных материалов защитных или упроч-
няющих покрытий также включает процесс склеивания, так как
готовые или образуемые в процессе нанесения пленки приклеи-
ваются к древесным материалам.
Соединения на современных высококачественных клеях в ряде
случаев более надежны и долговечны, чем соединения при помощи
металлических и тому подобных креплений. Этим и объясняется
все увеличивающийся интерес к использованию клеевых соеди-
нений.
Наряду с достоинствами склеивание разнородных материалов
имеет и определенные недостатки. К числу их относится некоторая
сложность процесса склеивания, вредность работы с клеями, отно-
сительно высокая стоимость и дефицитность некоторых клеев,
старение клеев в процессе эксплуатации и т. д.
Широкое применение клеев иногда сдерживается не столько
отрицательными их свойствами, сколько неудачным применением
клеевых соединений в опытных изделиях. Причина этого нередко
в недостаточно квалифицированном подходе к выбору клея без
учета всех его свойств, особенностей эксплуатации изделия с клее-
выми соединениями, а также в несоблюдении технологических ре-
жимов и условий склеивания.
В связи с этим в книге наряду с описанием клеев и их свойств
много внимания уделяется клееным изделиям, особенностям
использования различных клеев, главным образом применительно
к условиям современного механизированного производства.
В настоящей книге впервые обобщаются имеющиеся сведения
о склеивании древесных материалов с пластмассами и металлами.
Наряду с литературными данными широко использованы резуль-
4
таты научно-исследовательских работ, проведенных в ЦНИИ
строительных конструкций (ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко).
Часть вопросов не нашла полного отражения, а по некоторым
отсутствуют конкретные рекомендации. Естественно, что по мере
дальнейшего изучения и развития технологии склеивания разно-
родных материалов эти вопросы будут уточняться и дорабаты-
ваться. В связи с вышеизложенным автор примет все замечания
читателей и постарается учесть их в процессе дальнейшей
работы.
Автор выражает благодарность профессору Губенко А. Б. за
ценные замечания при работе над рукописью, а также Кормили-
цыной Р. В., Чистякову А. АГ, Баскакину Е. Н., Патуроеву В. В.,
Парини Е. П., Жиделевой В. К. и другим товарищам, оказавшим
большую помощь при подготовке настоящей книги.
Глава 1
ОПЫТ ИЗГОТОВЛЕНИЯ и ПРИМЕНЕНИЯ
КЛЕЕНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ РАЗНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Склеивание древесных материалов с пластмассами и метал-
лами применяется сравнительно недавно. Несмотря на это есть-
уже отдельные области, где такие соединения нашли широкое про-
мышленное применение и уже накоплен достаточно большой опыт
в осуществлении процессов склеивания. К таким областям в пер-
вую очередь относится приклеивание к древесным плитным мате-
риалам тонких пластмассовых пленок, склеивание обшивок из дре-
весных материалов со средним слоем из пластмасс в трехслойных
щитах и панелях и т. д. В ряде случаев склеивание разнородных
материалов только начинает применяться (например, армирование
металлом клееных деревянных балок) или же находится пока
в стадии экспериментальной разработки (армирование пенопласта
древесными стружками).
Есть основания предполагать, что по мере совершенствования
технологии получения и улучшения свойств существующих типов
смол и создания высококачественных новых клеев, обладающих
большой скоростью отверждения, высокими клеящими свойствами,
достаточной эластичностью и т. д., будут расширяться области при-
менения склеивания разнородных материалов.
В настоящей главе описывается имеющийся опыт применения
клеев для соединения разнородных материалов и области исполь-
зования конструкций из этих материалов.
Сведения о зарубежном опыте приведены в данной главе. Кон-
кретные данные по технологии склеивания отечественными клеями
будут приведены в последующих главах.
1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КЛЕЕВ
ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
С ПЛАСТМАССАМИ И МЕТАЛЛАМИ
В ЗАРУБЕЖНОЙ ПРАКТИКЕ
За рубежом наибольшее распространение для склеивания раз-
нородных материалов нашли каучуковые (неопреновые) клеи. Ха-
рактерной особенностью каучуковых, или контактных, клеев
является образование клеевой связи сразу после соединения по-
крытых клеем поверхностей. Это устраняет необходимость созда-
вать и сохранять давление для сжатия в течение всего периода
склеивания.
В большом количестве за рубежом выпускают, десятки марок
клее)з на основе каучуков. В США, например, в 1962 г. общее ко-
личество выпущенных клеев оценивалось в 400—500 млн. долла-
6
ров, причем для деревообработки использовались клеи стоимостью
80 млн. долларов. Каучуковые клеи из общего количества соста-
вили 23—26%. В 1965 г. потребление клеев по сравнению с 1962 г.
увеличилось почти на одну треть.
Каучуковые клеи применяют для склеивания самых различных
материалов. При помощи контактных каучуковых клеев можно
облицовывать древесину бумажным слоистым пластиком, шпоном,
пластмассовыми пленками, строганой фанерой. Особенно это эф-
фективно при облицовке гнутых поверхностей, кромок щитов
и т. д. Возможно склеивание такими клеями не только облицовок,
но также наружных обшивок самонесущих панелей.
Номенклатура клеев, выпускаемых в зарубежных странах, об-
ширна. Так, в США [1] фирмой «Эйрэбол мэньюфэкчуринг» выпус-
кается серия клеев на основе неопрена, таких, как Эйрепрен 837,
Эйрепрен 944, которые используют для склеивания древесных
плитных материалов и пластмасс между собой и с поливинилхло-
ридными жесткими листами. Универсальный клей Эйресикс 1050
этой же фирмы на основе каучуков служит для склеивания пено-
пласта и эбонита с древесиной и другими материалами.
Американская фирма «Болл и Ко» выпускает клеи Крипсотит
75 для склеивания пластмасс и металлов с древесиной. Фирма
«Энкло Кэмикл» выпускает клеи Энгло 1202, Энгло 1219 и др.,
также предназначенные для указанных выше целей.
Фирмой «Ройс Ассошиэйтс» (США) выпущен контактный клей
[2], приготовленный на водном основании и предназначенный для
наклеивания слоистых пластиков и других пленочных материалов
на листы клееной фанеры, древесностружечные и твердые древесно-
волокнистые плиты и другие листовые материалы.
Новый неопреновый клей [3] марки Бостик С-206-1341 фирмы
«Кемикал Компани» предназначен для приклеивания к древесно-
стружечным плитам бумажного слоистого пластика. Клей наносят
на поверхность пластика и плиты. Если пластик и плита имеют
прямолинейные поверхности, их пропускают один раз через при-
жимные вальцы, которые создают давление 5,3 кг}см2.
Применяют также способ, при котором детали предварительно
подогревают в терморадиационной сушилке до 120° С.
При облицовке профильных поверхностей используют тот же
метод, но давление обеспечивается приглаживанием специальным
инструментом. Клей содержит около 24% сухого остатка. Срок хра-
нения его в закрытом сосуде при комнатной температуре состав-
ляет около шести месяцев.
Фирмой «Тэствэс лэборэтери инк» [4] выпускается клей Перэ-
толь на основе синтетического латекса, относящийся к водно-
эмульсионному типу. Он содержит небольшое количество аро-
матического растворителя, который быстро испаряется после
нанесения. Применяют его для изготовления плит пола, стеновых
облицовочных плиток, для покрытия стен.
Новый контактный клей Каско Супер Контакт [5] склеивает
7
целый ряд пористых и непористых материалов, а также пригоден
для наклеивания слоев декоративного пластика на древесину, дре-
весностружечные плиты, фанеру и другие жесткие поверхности.
При надлежащей вязкости клей растекается легко и быстро,
что позволяет равномерно покрывать им большие площади. Клей
очень экономичен в употреблении: 1 кг достаточно, чтобы наклеить
почти 4,0 м2 декоративного пластика.
В ФРГ [6] разработан быстроотверждающийся контактный клей
марки КС 510 из синтетического каучука, служащий для приклеи-
вания изоляционных плит из жесткого пенопласта к древесным и
другим строительным материалам. Клеевое соединение выдержи-
вает температуру до 65° С, клей стоек к влаге, слабым кислотам и
щелочам. Его наносят на обе склеиваемые поверхности; на сильно
впитывающие поверхности наносят два слоя клея. Расход его со-
ставляет 300—350 г/ж2. Детали выдерживают до запрессовки на
воздухе в течение 10 мин. Добавлением растворителя клей доводят
до такой вязкости, что его можно наносить распылительным писто-
летом. Соотношение клея и разбавителя 70: 30.
Для приклеивания плит из жесткого пенопласта к влажному
основанию или невыровненной поверхности служит дисперсионный
клей КС 555, который перед использованием смешивают с цементом
в пропорции 1:1. Время схватывания зависит от состояния осно-
вания, а период жизнеспособности — от вида цемента; в обоих слу-
чаях это время составляет несколько часов. Окончательная проч-
ность склеивания достигается через два дня. Расход клея —
700->750 г/ж2.
В ЧССР используют неопреновый клей Алькапрен А-50 на ос-
нове хлоропренового каучука для приклейки сидений из пенополи-
уретана, декоративных слоистых пластиков к стенам из оштукату-
ренного бетона, а также поливинилхлорида к древесине, древесно-
волокнистым плитам и бетону.
Модификация каучуковых клеев различными смолами значи-
тельно повышает прочностные свойства и позволяет использовать
их в высокопрочных соединениях. За рубежом выпускается целый
ряд модифицированных каучуковых клеев (Скоурбэлд АФ-6, Метл-
боунд 4021, Пластилокс 608 и др.).
В США фирма «Миннесота Майнинг» производит неопренофе-
нольные клеи, пригодные для склеивания древесины с металлом.
Эти клеи выдерживают температуру выше 100° С.
Фирма «Скенестэди вермиш» выпускает клеи на основе неопре-
новых и нитрильных каучуков, модифицированных фенольной смо-
лой Скенестэди; введение этой смолы в каучук увеличивает адгези-
онную способность и долговечность его, улучшает влаго- и термо-
стойкость.
Более 20 лет за рубежом применяют клеи, полученные путем
смешивания водной дисперсии казеина и латекса натурального
каучука. Такие клеи, имеющие 30—40% сухого остатка, применяют
для склеивания древесины и древесных материалов с металлами.
8
В последнее время в США появились пленочные двухслойные
клеи, представляющие собой тканевую или иную основу, с одной
стороны которой нанесен каучуковый клей для приклейки к дере-
вянным и другим обшивкам, а с другой—клей с хорошими зазоро-
заполняющими свойствами для приклеивания к сотопласту.
Некоторые клеи [7], применяющиеся для обеспечения высокой
прочности соединения различных материалов, не требуют при
склеивании ни нагрева, ни давления. К числу таких клеев отно-
сится выпускаемый фирмой «Миннесота Майнинг» клей марки
ЕС-1368. Клеевой шов, полученный из него, имеет высокую проч-
ность на сдвиг, на отдир и морозостойкость. Этот водостойкий
клей сохраняет прочность и адгезионные свойства при температу-
рах выше 100°. Соединения на этом клее пластмасс, стали и алю-
миния с древесиной имеют прочность на сдвиг 35 кгс/см2, а древе-
сины с древесиной — до 21 кгс!см2 после выдерживания в течение
5 дней при комнатной температуре.
Клей серии 200 [8] на основе вязких полисульфидов затверде-
вает при комнатной температуре, образуя при этом каучукоподоб-
ную массу. В таком виде его используют для соединения элементов
верхнего строения пути. При этом рельсы приклеивают к под-
кладкам, а подкладки — к деревянным или железобетонным шпа-
лам. Приклеенные таким образом подкладки не перемещаются
относительно шпал при проходе подвижного состава и не допус-
кают проникновения в этом месте воды в древесину. В результате
срок службы шпал увеличивается.
Этот клей обладает высокими диэлектрическими свойствами,
поэтому его применяют для устройства изолирующих стыков.
Диэлектрическая проницаемость клея равна 10, сопротивление
электрическому току 12 ом, пробивное напряжение 12 кв!мм.
Тонкий слой клея, нанесенный на металлические, бетонные и
деревянные элементы, предохраняет их от коррозии и разрушения.
Кроме того, он упрощает устройство изолирующих стыков.
В Швеции [9] выпускается невозгораемый устойчивый против
ударов клеящий состав Сементекс М, пригодный для склеивания
древесины со слоистыми пластиками, металлами и бетоном.
По данным фирмы, этот клей обладает достаточной быстротой
отверждения, хорошей адгезией, высокой теплостойкостью, водоне-
проницаемостью, постоянством химического состава и высоким .со-
держанием сухого остатка. Сразу же после нанесения клей вы-
держивает нагрев до 75°, через 6 месяцев его теплостойкость повы-
шается до 100°.
Высокое содержание в клее сухих веществ имеет большое зна-
чение при нанесении его на такие адсорбирующие поверхности, как
древесина, древесностружечные плиты и т. д. Расход клея состав-
ляет 250—300 г/м2 склеиваемой поверхности.
Перспективны регенератные каучуковые клеи, так как для их
изготовления имеется большая сырьевая база. В США наиболее
распространен клей Бондмастер 458. Для приклеивания к фанере
9
стеклопластика или алюминиевой фольги используют клей на ос-
нове регенерата под фирменным названием Рэйбонд PH-82005.
Из приведенного выше обзора видно, что клеи на основе каучу-
ков наиболее широко используются в зарубежной практике для
склеивания разнородных материалов. В меньшей степени приме-
няются за рубежом клеи на основе термореактивных и термоплас-
тичных смол, хотя в ряде случаев они являются вполне пригод-
ными. Для приклеивания, например, бумажного слоистого пластика
к древесным материалам находят применение фенолформальдегид-
ные, карбамидные, поливинилацетатные и другие клеи.
Карбамидные клеи благодаря своей доступности получили наи-
большее распространение. Так, швейцарская фирма «Циба» наряду
с другими клеями выпускает мочевиноформальдегидные смолы
типа Аэролит, Мелокол, которые хорошо склеивают древесные ма-
териалы как между собой, так и со слоистым пластиком.
Например [10], клей Аэролит KL представляет собой мочевино-
формальдегидную смолу, смешанную с отвердителем L80. Время
отверждения при температуре в прессе 71° составляет 4—5 мин.
Если для слоистого пластика не рекомендуется превышение этой
цифры и рекомендуются болёе низкие температуры, можно при-
менять клей с соответственно более продолжительным временем
отверждения. При склеивании этим клеем не требуется особой
подготовки листов слоистого пластика, кроме обезжиривания по-
верхности. Эта операция очень важна, так как присутствие даже
незначительного количества жира ведет к снижению качества
склеивания. Клей Аэролит 300 и 306 с отвердителем IUX также
можно применять для подобных целей.
В ЧССР [11] для склеивания древесных материалов с пеноплас-
том используют мочевиноформальдегидную смолу Дукол, содер-
жащую не менее 65% сухого остатка с отвердителем— 15%-ным
раствором хлористого аммония в соотношении 10: 1. Для указан-
ных целей применяют также фенолформальдегидные смолы Ума-
кол В, содержащие до 80% сухого остатка, а в качестве отверди-
теля В1 (50%-ный раствор паратолуолсульфоновой кислоты в соот-
ношении 6: 1) и фенолформальдегидные смолы FR-63, содержащие
до 63% сухого остатка с порошкообразным отвердителем парафор-
мальдегидом в соотношении 2 : 3.
Прочность склеивания указанных материалов приведена
в табл. 1.
Из эпоксидных клеев наиболее распространены клеи типа
Аральдит и Эпикот. Эти клеи при склеивании с металлами обеспе-
чивают высокопрочные соединения. Однако есть данные [12] о том,
что водостойкость соединений древесины с металлами на эпоксид-
ных клеях невелика. Так, вымачивание образцов, склеенных клеем
Аральдит 102 (отвердитель—амин 952), в течение четырех дней
снижает прочность на 50%. Наблюдалось также снижение проч-
ности на 32—35% при хранении образцов (длина образца 70 мм,
ширина 25 мм, толщина трехслойной фанеры 4,2 мм, а приклеен-
10
ного к ней металла 1 мм) в атмосферных условиях в течение 2 лет
(табл. 2).
Таблииа 1
Прочность склеивания древесных материалов с пенопластами
Наименование клеев Предел прочности при скалывании, кгс-смг (в числителе) и плош разрушения пенопласта, % (в знаменателе) для пенопластов: адь
а поливинил б хлоридногс в г а полистир б ольного в г
Дукол 1. О 5,8 блицово", 5,4 ный мат 4,6 ериал — 7,5 фанера 2,9 5 мм 2,2 1,0 0,6
Умакол В 90 8,6 95 8,2 100 7,9 100 8,6 60 2,5 40 2,4 10 1,5 0 1,7
FR-63 90 8,9 100 80 8,8 60 90 7,5 90 80 8,6 90 100 2,7 100 80 2,6 50 30 1,3 30 90 1,4 30
II. Облицовочный материал — твердая древесноволокнистая плита
толщиной 3 мм
Дукол 7,6 7,6 6,3 9,7 2,3 2,2 0,9 0,5
75 60 60 70 40 10 0 10
Умакол В 7,6 7,3 4,2 5,9 2,4 2,4 1,5 1,9
90 100 100 100 100 70 30 100
FR-63 7,3 7,4 5,2 7,8 3,0 2,8 1,2 2,4
100 90 100 90 100 30 10 95
Примечание. Режим склеивания: нанесение клея только на облицовоч-
ный слой в количестве 300 г/лт2, давление запрессовки— 1 —1,5 кгс/см2, темпера-
тура склеивания для поливинилхлоридного пенопласта 50°, выдержка для фа-
неры 18 мин, для древёсноволокнистой плиты 15 мин\ для полистирольного пе-
нопласта соответственно 70°, 12 и 10 мин\ а — после склеивания; б — после недель-
ной выдержки; в — после трехдневного вымачивания; г — после трех циклов
вымачивания в течение 16 « и сушки при 40° в течение 8 ч.
Фирма «Циба» {13] рекомендует эпоксидные клеи типа Аральдит
для склеивания как однородных, так и разнородных материалов,
в том числе и древесины. Так как эти клеи дают высокопрочное,
но довольно жесткое клеевое соединение, в практике используется
модификация их нитрильным каучуком, повышающая стойкость
к отслаиванию, но снижающая температурный предел.
Из других модифицированных клеев за рубежом наиболее часто
применяют эпоксидно-фенольные клеи Эпон 4241, FPL-878T, ^Метл-
боунд 302 и др.
В ФРГ в клееболтовых соединениях применяют полиэфирные и
эпоксидные клеи. В частности, состав одной из марок полиэфирного
11
клея следующий (вес. частей): полиэфирная смола Вэстоупэль
LT — 100, катализатор — перекись бензоила — 3, инициатор —
10%-ный раствор диметиланилина в стироле—1,5, наполнитель —
молотый электрокорунд — 50.
Таблица 2
Прочность клеевых соединений алюминиевого сплава
с древесиной на эпоксидном клее холодного отверждения
Вид испытания Предел прочности при скалывании, кгс/см7- Разрушение по древесине, %
Контрольные испытания 60—80 30—60
Выдержка при нормальной температуре: 6 месяцев I год 2 года . . . 60—70 40—50 35—45 10—20 5—10 30—40
Выдержка в воде при 20° С: 4 дня . 3 месяца . 6 месяцев 30—45 30—40 10—25 10—30 20—30 0
Выдержка в атмосферных ус- ловиях:
3 месяца 1 год 2 года 50—60 40—55 40—50 10—20 5—10 5—10
Сначала смолу перемешивают с катализатором, затем вводят
инициатор и, наконец, добавляют наполнитель. Смесь тщательно
перемешивают. Клей такого состава начинает твердеть при 18° С
спустя 1 ч. С повышением температуры этот срок значительно
уменьшается.
В зарубежной практике используются термопластичные клеи,
которые наиболее эффективны при облицовке древесины слоис-
тыми пластиками. Отверждаясь, эти клеи остаются достаточно
эластичными, что частично устраняет воздействие напряжений,
возникающих в результате деформирования размеров склеенных
элементов. К этой группе относятся, в частности, так называемые ви-
ниловые (перхлорвиниловые) клеи.
Такие клеи должны содержать не менее 55—60% сухого клея-
щего вещества. Остальные 40% составляют вода и наполнители.
Клей наносят на слоистый пластик и основу вальцами. Затем клее-
вой слой подсушивают на воздухе до тех пор, пока он не пере-
станет липнуть. В зависимости от температуры окружающей среды
сушка может продолжаться 2—3 ч. Желательно, чтобы сушка была
12
более длительной. Например, получатся очень хорошие резуль-
таты, если клей нанесут вечером, а прессовать будут следующим
утром. Продолжительность прессования не должна превышать
10—15 мин.
Виниловый клей сравнительно эластичен, обладает прочностью
на разрыв, равной 60 кгс/см2, достаточно хорошо сопротивляется
воздействию тепла до 60°, но очень плохо — воздействию влаги.
Следовательно, этот клей нельзя применять в условиях постоян-
ного воздействия влаги.
Очень удобны в эксплуатации однокомпонентные поливинил-
ацетатные клеи. В Англии выпускается состав Клэм 7, представ-
ляющий собой белую поливинил ацетатную эмульсию, которая хо-
рошо приклеивает пенопласты к различным древесным материа-
лам. В частности, для этих целей используется клей Плас 17-22 [14].
Хотя этот клей имеет в своем составе растворитель, он не разру-
шает пенопласт. Клей необходимо наносить только на одну поверх-
ность пенопласта или материала, к которому его приклеивают.
Пенопласт следует укладывать на место и прижимать к поверх-
ности сразу же, пока не высох клей. Растворитель будет медленно
испаряться через пенопласт или через поверхность материала, на
который он наклеен. Начальное схватывание достаточно сильное,
поэтому плитки из пенопласта удерживаются даже в вертикаль-
ном положении без применения каких-либо механических крепеж-
ных средств. Окончательное склеивание наступает после полного
удаления растворителя. Скорость отверждения клея будет зависеть
от температуры и относительной влажности окружающего воз-
духа. В большинстве случаев не нужно покрывать клеем всю по-
верхность, а достаточно нанести клей только на края плиты, почти
не захватывая центральной части. После высыхания клей стано-
вится сравнительно водоупорным и может применяться при тем-
пературах от 15 до 70°. Он также не подвержен бактериологиче-
скому разложению.
К поливинилацетатным относится и клей AAL Флексибонд
[15] — эмульсия, изготовляемая фирмой «Трэгасин адхесивз». Она
позволяет склеивать все известные строительные материалы, в том
числе древесину, бетон, штукатурку, пробку и плитки. Пластифи-
цированная поливинилацетатная эмульсия содержит 53% твердых
веществ.
Фирма «Бостик» [15] выпускает водный клеящий состав Кера-
микл Тайл Адхесивз 4040, который, по данным фирмы, обеспечи-
вает быстрое крепление материалов. Соединение обладает высо-
кой теплостойкостью и водостойкостью.
К числу клеев, используемых для склеивания древесины, метал-
лов, пластмасс и других материалов, относится выпускаемый
в США [16] клей Истмен 910. Основной клеящий компонент его —
метил-2-цианакрилат. Метил-2-цианакрилат отверждается очень
легко, особенно в присутствии незначительного количества влаги.
Он может храниться в атмосферных условиях в течение нескольких
13
часов. Отверждение происходит после нанесения клея тонким
слоем на склеиваемые поверхности. Отличительные свойства этого
клея: способность склеивать поверхности при температуре окру-
жающей среды без добавления катализатора; быстрота схватыва-
ния; высокая прочность соединений различных материалов; объем
клея при полимеризации изменяется незначительно. В готовом
виде клей выпускают с пластификатором для повышения эластич-
ности соединения и с загустителем—для увеличения вязкости, что
облегчает его использование. Применение клея Истмен 910 огра-
ничивается его высокой стоимостью.
Зарубежными фирмами выпускается большое количество совме-
щенных клеев под различными фирменными названиями. В лите-
ратуре не приводится не только состав таких клеев, но даже не
указывается, к какому классу они относятся. Так, широко рекла-
мируется клей Трестобонд 658 для приклейки к древесным мате-
риалам листового поливинилхлорида. Однако состав и свойства
этого клея не описываются.
О клее Плайкол 905 известно лишь то, что он представляет
собой синтетическую каучук-смоляную эмульсию светлого цвета.
Им приклеивают тонкой и средней толщины поливинилхлоридные
листы и плитки к фанере, твердым древесноволокнистым плитам
и другим материалам. Им можно склеивать поливинилхлоридные
покрытия с подкладкой из джутовой ткани и другие виды поли-
винилхлоридных покрытий с волокнистой подкладкой. Этот клей
наносят из расчета 380 г на 1 м2 поверхности.
В настоящее время в зарубежной практике наибольшее рас-
пространение получили клеи для приклеивания к древесным ма-
териалам тонких облицовочных пластмасс и металлов, так как
в таких изделиях не требуется высокая прочность клеевых соеди-
нений.
Учитывая деформативность материалов, в большинстве случаев
используют каучуковые клеи. Этим объясняется, как это видно из
приведенного обзора, многообразие марок каучуковых клеев.
В последнее время за рубежом повысился интерес к высоко-
прочным клеевым соединениям. Отечественный опыт также под-
тверждает перспективность использования клеев для получения
таких соединений. В частности, использование высокопрочных
клеев позволит значительно расширить применение комбинирован-
ных строительных конструкций из древесины, пластмасс и метал-
лов, где клеевые соединения воспринимают значительные нагрузки.
2. КЛЕЕНЫЕ МНОГОСЛОЙНЫЕ ЩИТЫ И ПАНЕЛИ
Многослойные клееные изделия наиболее перспективны, так
как рационально конструируя и сочетая слои, можно получать
изделия с очень высокими механическими и эксплуатационными
характеристиками.
Например, плитные древесные материалы оклеивают тонкими
14
металлическими или пластмассовыми пленками или листами. Такая
уравновешенная конструкция по прочности значительно лучше, чем
прочные древесные плиты.
Армированные таким образом древесные материалы сочетают
хорошие физико-механические свойства с декоративными и легко
обрабатываются. Уже сейчас клееные щиты (например, фанера,
оклеенная с двух сторон алюминием) за рубежом находят ши-
рокое применение в высотном и малоэтажном строительстве, на
транспорте, в судостроении и других отраслях промышленности.
На ряде отечественных фанерных заводов в разные годы для спе-
циальных целей выпускалась фанера, оклеенная листовой сталью
и алюминиевыми сплавами.
Интересным примером применения армированной древесины
является построенное в 1958 г. в Кабуле выставочное здание [17].
Рамная конструкция здания состоит из алюминиевого сплава;
часть предварительно изготовленных стеновых элементов была из
армированной древесины — клееной фанеры с алюминиевой об-
шивкой. Приклеенные с внутренней стороны листы из оксидиро-
ванного алюминия не окрашивались, внешний слой покрывался
цветным лаком.
Покрытая фольгой фанера находит применение при облицовке
внутренних стен, а также при изготовлении порталов и дверей.
Швейцарская фирма «Келлер и Ко» выпускает плиты из клееной
фанеры с алюминиевой обшивкой под названием Кэлльпакс. Эти
плиты получили широкое распространение благодаря хорошим
тепло- и звукоизоляционным свойствам, довольно высокой проч-
ности и небольшому весу. Фирма производит армированные изде-
лия не только из клееной фанеры, но и из древесноволокнистых
плит и цельной древесины.
В ФРГ для обшивки стен и перегородок применяют плиты, из-
готовленные из водостойкой фанеры толщиной 12—16 мм и обли-
цованные листами из алюминиевых сплавов толщиной 0,6—0,9 мм.
При необходимости листы покрывают эмалью. Чтобы предотвра-
тить коробление плит ввиду большого коэффициента линейного
расширения алюминия, алюминиевые листы склеивают с фанерой
специальным клеем.
Другим примером применения армированной древесины для
архитектурных целей является кровельная конструкция открытой
концертной эстрады в Сиднее. Каркас конструкции состоит из сети
проволочных канатов, в которую вставляются фанерные плиты
размером 7,6X2,1 м, имеющие алюминиевую обшивку. Плиты на-
столько эластичны и гибки, что могут следовать максимальному
изгибу каркаса, обусловленному ветровой нагрузкой.
Для изготовления шкафов для современных кухонь француз-
ская фирма «Йохем» также предложила фанерные плиты с алю-
миниевой обшивкой. Мебель для Парижской Всемирной выставки
1962 г. состояла из предварительно изготовленных элементов —
фанеры толщиной 15 мм, облицованной с внешней стороны
15
алюминиевыми листами, покрытыми цветным лаком, а с внутрен-
ней— эмалированными алюминиевыми листами.
Состав, количество и способы соединения элементов армиро-
ванной древесины очень многообразны. Например, у двери со сред-
ним слоем из сотопласта обшивки изготовляют из анодированного
алюминия, наклеенного на древесноволокнистые плиты. Подобное
решение имеет конструкция двери, разработанная Американской
Ассоциацией жилищного строительства, но с тем отличием, что
кромки среднего слоя из сотопласта упрочняются рамкой из цель-
ной древесины.
К конструкциям, в которых сочетается алюминий и древесина,
относятся разработанные фирмой «Юнайтед стейтс плайвуд корп.»
(США) алюминиевые или стальные плиты, обшитые фанерой.
Область применения этих гибких декоративных плит — прежде
всего внутренние перегородки, а также изделия мебельной про-
мышленности и производство кузовов.
В ЦНИИСК ведется наблюдение за трехслойными панелями из
древесных материалов, поверхность которых оклеена фольгой. Не-
смотря на то что панели уже несколько лет эксплуатируются в ат-
мосферных условиях, за прошедшее время не было отмечено каких-
либо повреждений конструкций.
Многие предприятия как в нашей стране, так и за рубежом вы-
пускают трехслойные щиты, у которых древесные плиты или фа-
нера оклеены с двух сторон тонкими пластмассовыми листами или
пленками. В частности, Усть-Ижорский фанерный комбинат постав-
ляет фанеру, покрытую с двух сторон бумажно-смоляным покры-
тием. На ряде московских мебельных фабрик древесноволокнистые
плиты оклеивают такими пленками и используют для изготовления
кухонной мебели.
В Англии фирма «Е. Шерри Лимитед» в большом количестве
выпускает древесноволокнистые плиты под названием Хомапас и
Хомапак с бумажно-смоляным покрытием.
Хомапас представляет собой твердые древесноволокнистые
плиты, на лицевую сторону которых наклеен декоративный слой
из пластмассы, а на обратную — слой бумаги, пропитанный мела-
миновой смолой. Это обеспечивает двустороннюю изоляцию, что
расширяет область их применения. Материал этот прочен и, не-
смотря на твердость, легко поддается сверлению и распиловке;
в нем хорошо держатся шурупы. Все это делает Хомапас пригод-
ным для изготовления мебели и для отделки помещений.
В Польше (г. Нида) работает специальный цех по покрытию
древесностружечных и древесноволокнистых плит бумажно-смоля-
ными пленками [18]. Мощность цеха составляет 1 млн. л/2 плит
в год.
Многие фирмы в США («Саусвест форест индастриз», «Бойс
Кэскейд корп.», «Индермоунтэн Лайбер Ко») выпускают деревян-
ные клееные панели, оклеенные с обеих сторон пропитанной смо-
лами крафт-бумагой. Размены панелей от 0,6X2,5 до 0,6X5 м и
16
толщиной 16—20 мм. Несмотря на то что для изготовления клее-
ных панелей используют пиломатериалы IV сорта, выпускаемая
продукция отличается высоким качеством и находит широкое при-
менение.
Правильно обработанная, наклеенная на древесные материалы
и пропитанная смолой бумага может скрыть пороки древесины,
обеспечить хорошую поверхность для покраски, увеличить проч-
ность древесных материалов.
В США имеется опыт применения в наружных условиях древес-
ных плитных материалов с бумажными облицовками. Облицован-
ную клееную фанеру применяют для внешних обшивок стандарт-
ных домов заводского изготовления и бетонных опалубок, а обли-
цовочный шпон — для упаковочных стандартных ящиков.
В 1953 г. Мэдисоновской лабораторией лесных продуктов по-
строено здание, в котором стеновые панели облицованы бумагой,
пропитанной водостойкой смолой. После 5 лет эксплуатации все
панели оказались в хорошем состоянии [19].
На стадионе «Камп Рендал» в 1954 г. были установлены окле-
енные бумагой сиденья из пиломатериалов размером 50,8X31 см.
Облицовка состояла из четырех слоев бумаги, пропитанной смо-
лой. Систематический осмотр этих сидений в течение 6 лет пока-
зал удовлетворительное качество облицовок.
В практике современного строительства все более широкое
распространение получают строительные конструкции в виде трех-
слойных стеновых и кровельных панелей из пластмасс и древесных
плитных материалов. Трехслойные панели с обшивками из тонких
листовых материалов и легким теплоизоляционным или конструк-
ционным средним слоем дают возможность широко комбинировать
разнообразные материалы. В значительной степени этому способ-
ствует использование синтетических клеев, обеспечивающих боль-
шую прочность и долговечность соединений.
Сочетание пластмасс с другими прогрессивными материалами
(алюминием, асбестоцементом, фанерой, древесностружечными и
древесноволокнистыми плитами) позволяет создать комплексные
конструкции, в которых в наибольшей степени используются поло-
жительные качества каждого материала.
Большую область применения могут найти панели с использо-
ванием для обшивок фанеры, клееных щитов, древесноволокнистых
и древесностружечных плит, защищенных атмосферными покры-
тиями. Сравнительная доступность этих материалов и их относи-
тельно низкая стоимость позволяют значительно расширить при-
менение эффективных комбинированных конструкций.
В конструктивном отношении многослойные панели можно под-
разделить на две основные группы: первую группу составляют па-
нели со сплошным средним слоем из конструктивных пластмасс
(пенопласта, сотопласта); ко второй группе относятся панели
с несущим каркасом из деревянных брусков или металлических
профилей, пустоты между ребрами которых заполняются различными
17
теплоизоляционными материалами. К этой же группе относятся
панели со средним слоем из древесноволокнистых сот.
Наиболее приемлемы конструкции, у которых обе обшивки
выполнены из одного и того же материала. Наряду с этим в по-
следнее время в строительстве получили распространение трех-
слойные панели с комбинированными обшивками. Для наружной
обшивки используют, как правило, водонепроницаемые, атмосферо-
стойкие материалы — алюминиевые сплавы или плакированную
пластмассой сталь и асбестоцемент, упрочненный стеклопластиком.
Внутреннюю обшивку выполняют из менее дефицитных и относи-
тельно дешевых материалов — древесноволокнистых и древесно-
стружечных плит, фанеры.
Вместе с тем конструирование комбинированных панелей
представляет определенные трудности. Чтобы избежать сильного
коробления панелей, материалы для наружной и внутренней обши-
вок необходимо подбирать с учетом возможных температурно-
влажностных деформаций. При расчете необходимо учитывать
также деформацию каркаса ребристых панелей, который, как отме-
чалось, в большинстве случаев изготовляют из древесины.
Наиболее просты в изготовлении трехслойные панели со сред-
ним слоем из пенопласта и обшивками из древесных плит или фа-
неры. В эксплуатации такие панели также предпочтительнее других
типов панелей.
Панели покрытий с обшивками из фанеры толщиной 6,35 мм
были испытаны на поперечный изгиб. Пенопласт имел объемный
вес 32,64 и 96 кг/м3. Прогиб измеряли при каждом увеличении
нагрузки. Пролет составлял 4,11 м, толщина панелей изменялась
от 50,8 до 152,4 мм. На рис. 1, а показана зависимость между на-
грузкой и деформацией. Кривая в своей основной части прибли-
жается к прямой линии, но по мере достижения нагрузкой макси-
мального значения деформация опережает увеличение нагрузки.
Из 36 испытанных панелей около половины разрушились по об-
шивкам; разрушение было вызвано большой величиной пролета и
соответственно большим изгибающим моментом. Средний слой
разрушался примерно в ’/з испытанных панелей. Разрушения про-
исходили от диагонального растяжения или сдвига. Для панелей
с пенопластом объемным весом 32,0 кг!м3 среднее разрушающее
напряжение сдвига составляло 1,40 кгс!см2. Это указывало на то,
что пенопласт с большим объемным весом увеличивает жесткость
и прочность панелей, однако не в той степени, которая была бы
пропорциональна его объемному весу, поэтому дальнейшие испы-
тания проводили с пенопластами малого объемного веса.
Эта серия испытаний показала, что даже под относительно
кратковременной нагрузкой деформация панелей продолжает воз-
растать без увеличения нагрузки. Хотя эти панели могли выдер-
живать умеренные нагрузки, было очевидно, что постоянная
нагрузка вызовет чрезмерный прогиб, поэтому для уменьшения
18
Нагрузка, кг
Рис. 1. Результаты испытаний клееных панелей с фанерными обшивками:
а — панели без обрамления; объемный вес среднего слоя: / — 32 кг)м\ 2 — 64 ке/.и3; 3 — 96 кг1лР\ б - панели с обрамлением и средним слоем
из пенопласта объемным весом 32 в — панели только со средним слоем /, только с обрамлением 2 и со средним слоем и обрамлением 3
ползучести применили продольные деревянные бруски для обрам-
ления панелей, которые крепились к обшивкам на клею.
На рис. 1,6 показаны зависимости прогиба от нагрузки для
панелей шириной 0,61 м, толщиной 63,5 мм и длиной 1,78 м.
Обшивки — из фанеры дугласовой пихты толщиной 6,35 мм. Ши-
рина продольных брусков 19,1 мм. Объемный вес пенопласта
45,0 кг/м3. Было испытано 70 панелей.
В результате проведенных испытаний различных видов пане-
лей были определены несущие функции каждого элемента панели.
На рис. 1,в показаны результаты этих испытаний. Были испы-
таны панели только со средним слоем, только с продольными
брусками, а также со средним слоем и брусками. Полученные ре-
зультаты позволили судить об относительной прочности и жест-
кости панелей различных конструкций. Все панели имели обшивки
из фанеры дугласовой пихты толщиной 6,35 мм.
После того как были определены прочность и жесткость пане-
лей под кратковременной нагрузкой, изучалось поведение панелей
в условиях, имитирующих эксплуатационные, при переменных тем-
пературах и длительных нагрузках. Основной целью первой серии
испытаний было наблюдение за поведением панелей со средним
слоем из пенополистирола под воздействием переменных темпе-
ратур.
Выбранные температурные пределы составляли 21 и 82°, на-
грузка равнялась 48,8 кгс/м2. Для создания повышенных темпе-
ратур применяли инфракрасный нагрев.
Интенсивное высыхание верхней фанерной обшивки под воздей-
ствием инфракрасных лучей вызывало усадку фанеры. Это в свою
очередь приводило к изгибу панелей. Однако, поскольку в усло-
виях эксплуатации на панели, как правило, укладывают кровель-
ное покрытие, фанера будет высыхать медленнее.
Для того чтобы определить ползучесть, температура и влаж-
ность поддерживались постоянными.
На рис. 2 показаны результаты испытаний панелей под нагруз-
ками, превышающими нормальные расчетные нагрузки примерно
на 50%. Одни панели имели и бруски, и средний слой, другие
панели — только средний слой. Из графика видно, что после
300 дней постоянной нагрузки деформация перестает возрастать.
Это относится к панелям как с продольными брусками, так и без
них. По истечении 400 дней деформация панелей без брусков на
67% больше, чем у панелей с брусками.
По данным Ренселаэрского политехнического института [20],
клееные панели, обшитые фанерой, со средним слоем из пенопласта
можно рассчитывать по обычным формулам для расчета трехслой-
ных конструкций.
Для стеновых панелей с минимальным запасом прочности, рав-
ным 5, разрушающая нагрузка при рабочем напряжении 13—
26 кгс/см2 составит 1788 ка/пог. м\ она зависит от величины на-
грузки, при которой разрушение не вызывает продольного изгиба
20
всей панели. Такая нагрузка возможна при длине панели от 2,4 до
7,8 м и толщине от 76 до 203 мм.
Клееные панели, у которых древесные материалы сочетаются
с пластмассами, могут иметь различное конструктивное выполне-
ние и использоваться в различных сооружениях.
Рассмотрим некоторые виды клееных многослойных панелей.
В панелях со сплошным заполнением средний слой, как уже
отмечалось, должен обеспечивать устойчивость сжатой обшивки и
воспринимать местные нагрузки. Кроме того, средний слой должен
обеспечивать достаточную теплоизоляцию и быть предельно лег-
ким, так как он составляет основную массу всей конструкции.
Рис. 2. Деформативность клееных панелей под нагрузкой во времени:
1 — средняя величина без учета обрамления; 2 — средняя величина с учетом обрамления
Для среднего слоя используют в основном полистирольные,
в отдельных случаях поливинилхлоридные и полиуретановые пено-
пласты. Эти материалы отличаются малым объемным весом, низ-
кой тепло- и звукопроводностью, сравнительно высокими механи-
ческими показателями. В большинстве случаев пенопласты хими-
чески стойки, имеют низкие коэффициенты водопоглощения и
влагопроиицаемости.
В Англии выпускают трехслойные панели, средний слой кото-
рых выполнен из вспененного полистирола Венсел, а наружные об-
шивки— из фанеры или твердых древесноволокнистых плит [21].
При необходимости древесноволокнистые плиты облицовывают
поливинилхлоридом или меламином Плаймел. Панели выпускают
стандартных размеров 2438X1220 мм, толщиной 51 мм. При весе
20—22 кг/м2 панели обладают достаточной жесткостью. Теплотех-
нические свойства их характеризуются в основном показателями
пенополистирола; например, теплопередача панели толщиной 51 мм
составляет 0,62 ккал/м2 • ч • град.
Аналогичные панели выпускают под фирменным названием
Венеста и Экспандед полистирол плайвуд ламинейт. Их исполь-
зуют для сооружения перегородок, стен, павильонов и т. д.
21.
К конструкциям со сплошным заполнением можно отнести так-
же панели, средним слоем которых является сотопласт. Обычно
сотопласты изготовляют из плотной бумаги, пропитанной смолами.
Ячейки сотопласта заполняют мипорой или перлитом.
В Москве на ДОКе № 3 Главмоспромстройматериалы выпус-
каются двери трехслойной конструкции, у которых средний слой
состоит из бумажного сотопласта. Оклеиваются они древесноволок-
нистыми плитами. По периметру дверное полотно обрамлено дере-
вянными брусками, а поверхность его облицована бумажным смо-
ляным покрытием.
Рис. 3. Панель со средним слоем из древесно-
волокнистых сот
В качестве среднего слоя могут быть использованы полутвер-
дые экструзионные древесностружечные плиты, в состав которых
введены антисептики и антипирены. Есть опыт применения и дру-
гих материалов. Во Франции, например, выпускают плиты Пано-
лен, изготовленные из прессованной льняной костры с карбамид-
ным связующим. Эти плиты оклеивают асбестоцементом, древесно-
волокнистыми плитами и используют в качестве навесных стеновых
панелей. В Норвегии в качестве среднего слоя используют пробко-
вое дерево.
Как уже отмечалось, широкое распространение в строительстве
получили панели с каркасом из деревянных брусков или металли-
ческих профилей, оклеенных с двух сторон плитными древесными
материалами. В таких конструкциях каркас выполняет несущие
функции и целиком воспринимает сдвигающие усилия.
Для теплоизоляции внутрь панелей укладывают минераловат-
ные плиты, стекловолокно, бумажно-альфолевую изоляцию, изоля-
ционные древесноволокнистые плиты и другие материалы.
Разновидность таких конструкций — панели со средним слоем
из древесноволокнистых сот (рис. 3). Ячейки сот заполняют деше-
22
выми мягкими утеплителями — минеральным войлоком, мипорой,
перлитом и т. д.
Примеры использования ребристых панелей есть в нашей прак-
тике и за рубежом. Канадская фирма «Крэналь Броус» изгото-
вила сборные трехслойные панели для покрытий павильона тор-
гового центра [22]. Верхняя и нижняя обшивки их выполнены из
листов фанеры толщиной 6,4 мм, соединенных внахлестку со срезом
кромки на ус; средний слой — ребристый из трех- или четырех-
слойной фанеры. Длина панели 4,7 м, толщина 32 мм, перекрывае-
мый пролет 4,2 м. Обшивка соединяется со средним слоем на клею
с запрессовкой гвоздями.
Панели подвесных потолков, состоящие из сотовой решетки,
оклеенной металлическими обшивками, выпускались Карачаров-
ским механическим заводом в Москве.
В настоящее время накоплен значительный опыт применения
в различных областях строительства клееных комбинированных
конструкций с использованием древесных плитных материалов,,
пластмасс и тонких металлов.
Многослойные стеновые панели, плиты покрытий и перегородок
применяют в жилищном и производственном строительстве,,
в стандартном домостроении, в сборно-разборном строительстве,,
в постройках с агрессивной средой (например, складах минераль-
ных удобрений) и различных сельскохозяйственных сооружениях.
Объем применения таких конструкций в различных странах с каж-
дым годом увеличивается.
Так, в 1960 г. в Детройте (штат Мичиган, США) был построен
завод [20] по производству предназначенных для жилищного строи-
тельства панелей с обшивкой из фанеры и средним слоем из пено-
пласта. В течение года здания с такими панелями были смонтиро-
ваны в 15 штатах США, включая Аляску, а также в Бразилии и
Австралии.
Панели нашли также применение при строительстве морозиль-
ных камер и других подобных помещений. Ширина панелей для
этой цели составляет 1,2 м, максимальная длина 7,3 м. Характе-
ристика таких панелей дана в табл. 3.
Массовое производство панелей и их поставку осуществляет
фирма «Купперс». Только за последние 2,5 года фирма смонти-
ровала из таких панелей более 100 зданий объемом до 100 тыс. аг3.
На рис. 4 показан момент монтажа дома из клееных пане-
лей [23].
Процесс изготовления стеновых панелей прост. Применяют
прямую форму, аналогичную форме для изготовления железобетон-
ных стеновых панелей. Материал для внутренней и внешней об-
шивки (например, фанерные листы) помещают внутрь формы.
Затем в образовавшуюся полость засыпают гранулы полистирола,
который затем вспенивают. Одновременно со вспениванием пено-
полистирол прочно приклеивается к материалу обшивок. Панель
вынимают из формы готовой к монтажу на строительной площадке.
23
Таблица 3
Показатели теплопередачи панелей холодильников
Толщина панелей, мм Теплопередача панелей, ккал!.и2• град.
первого типа второго типа
наружных внутренних наружных внутренних
76 0,39 0,44 0,45 0,58
102 0,31 0,34 0,35 0,36
127 0,25 0,28 0,28 0,29
152 0,21 0,23 0,23 0,24
203 0,17 0,17 0,18 0,18
Примечание. Панели первого типа имеют наружную и внутреннюю об-
шивки из фанеры, облицованной алюминием; панели второго типа — обшивки
из еловой фанеры толщиной 6 мм. Показатели даны для панелей длиной 3,6 м.
Рис. 4. Монтаж клееных комбини-
рованных панелей
По данным фирмы, эти панели не только очень легкие и удобные
при работе, но имеют хорошие изоляционные и прочностные свой-
ства. Считают, что панели конкурентноспособны по стоимости
с традиционными строительными
- • конструкциями и что для сбор-
1 ки 6-комнатного дома требуется
; 35 чел.-ч.
Американская фирма «Коуелл
Индастриз» выпускает строитель-
ные детали для передвижных до-
мов. Основное изделие фирмы —
панели для пола толщиной 79 мм,
длиной до 4,2 м. Панель пред-
ставляет собой сотовый средний
слон из бумажного сотопласта
с обшивкой из клееной фанеры.
Кромки панелей укреплены дере-
вянными рейками. Между собой
панели соединяют в шпунт и гре-
бень.
Фирма выпускает также сте-
новые и кровельные панели, в ко-
торых вместо сотопласта используют полистирольный пенопласт
толщиной 37 мм. Такие панели в настоящее время используют при
строительстве не только передвижных домов, но и многоэтажных
зданий.
Фирма «Алкоа» близ Питсбурга (США) построила здание,
стены и кровля которого выполнены из трехслойных панелей. Кро-
вельные панели толщиной 75 мм изготовлены из полистирольного
24
пенопласта, оклеенного с двух сторон алюминиевыми листами.
Стеновые панели толщиной 50 мм оклеивали с наружной стороны
алюминием, а с внутренней — древесноволокнистыми плитами, по-
крытыми с одной стороны фольгой, которую использовали для
пароизоляции. С наружной стороны алюминиевая поверхность стен
и кровли была покрыта эмалью.
В США фирмой «Мэйджер Рилти Корпорейшен» выпущены для
продажи сборные дома заводского изготовления, в которых в ка-
честве несущей конструкции покрытия использованы полые балки
из полиэфирного стеклопластика сечением 30,5X7,6 см. Наружные
стены дома площадью 74,4 м2 выполнены из модульных много-
слойных панелей, позволяющих трансформировать здание с изме-
нением его габаритов.
Средний слой стеновых панелей выполнен из пенополиуретана,
наружный — из листового алюминия, покрытого защитным слоем
лака на основе акриловой смолы, и внутренний — из фанеры типа
мультиплекс. В панели вмонтированы алюминиевые профили. Тол-
щина панелей стен 45 мм, толщина многослойных панелей плоского
покрытия 50 мм. Отличительная особенность этого дома в том, что
он смонтирован без применения болтов, шурупов и гвоздей. Все
соединения выполнены на клею на основе эпоксидной смолы. По-
лые балки из полиэфирного стеклопластика одновременно служат
каналами для системы воздушного отопления помещений и для
прокладки электропроводки.
К бескаркасным домам с несущими панелями из пластмасс от-
носится также небольшой дом (полезная площадь 66 м2), соору-
женный в 1962 г. фирмой «Холидей» в Милане (Италия). Панели
наружных стен и плоского покрытия в нем имеют средний кон-
структивный слой из жесткого пенополиуретана, наружный облицо-
вочный слой из листового алюминия и внутренний — из фанеры.
Высокая конструктивная жесткость и прочность этих панелей по-
зволили монтировать здание без несущего каркаса. В настоящее
время предполагается наладить серийное изготовление этих домов.
На международной выставке в Турине (Италия) был соору-
жен сборный дом со стальным несущим каркасом; в панелях
ограждающих конструкций рационально использована пластмасса.
Проект рассчитан на серийное изготовление одноквартирных сбор-
ных домов жилой площадью 48 м2. В основу планировки здания
положен модуль 1,2 м. Стены смонтированы из панелей размером
1,2X2,4X0,05 м\ средний слой из сотопласта. Сотопласт облицован
с обеих сторон фанерой и заключен в деревянную обвязку [20].
Трехслойные панели со средним слоем из пенопласта и обшив-
кой из фанеры или древесноволокнистых плит изготовляют в Анг-
лии и применяют в качестве стен, перегородок, при строительстве
сборно-разборных павильонов, магазинов и коттеджей.
В Англии чердачные перекрытия одноэтажных сборных деревян-
ных коттеджей делают из трехслойных панелей — пенопласта, окле-
енного с обеих сторон древесноволокнистыми плитами [24]. Коэффи-
25
циент теплопередачи такой трехслойной панели 0,6 ккал[ч- м2 • град,
т. е. выше аналогичных показателей многих обычных конструкций
чердачных перекрытий.
Монтаж сборно-разборного дома-коттеджа продолжается
60 мин. Собирают дома из трех секций общей площадью 44 м2.
При изготовлении элементов дома наряду с древесиной широко
применяют и другие древесные материалы. Так, для внутренней
обшивки предусмотрены древесноволокнистые плиты, водостойкая
фанера и т. д.
Высокая транспортабельность многослойных конструкций по-
зволяет успешно применять их для сооружений за полярным кру-
гом, в труднодоступных горных районах и т. д. [25].
Жильем и лабораторией для научно-исследовательской группы
альпинистской экспедиции в Гималаях в 1960—1961 гг. служил
сборно-разборный дом из фанерных панелей. Конструкция дома
отличалась достаточной прочностью, высокими теплоизоляцион-
ными свойствами, легкостью монтажа и транспортабельностью.
Собранный почти из 100 взаимостыкуемых фанерных панелей дом
эксплуатировался в течение 6 месяцев на высоте 5790 м. При пере-
носке сборные элементы упаковывали в кипы весом по 27 кг.
В качестве среднего слоя в указанных панелях был использован
пенопласт под фирменным названием Марлей. Для поддержания
внутри дома температуры 204-25°С при наружной температуре
—33° достаточно было керосиновой печки.
За рубежом в различных областях строительства наиболее ши-
роко распространены панели с обшивками из разных материалов.
При строительстве деревообделочной фабрики в ФРГ одна
стена производственного корпуса была выполнена из легкой ком-
бинированной конструкции — пенопласта, облицованного с внутрен-
ней стороны древесностружечными плитами, а снаружи — волнис-
тыми асбестоцементными листами.
Трехслойные навесные панели производственного здания
в г. Нантера (Франция) имеют наружную обшивку из гофрирован-
ного алюминия, а внутреннюю — из лакированной клееной фанеры.
В качестве среднего слоя в указанных панелях был использован
полистирольный пенопласт.
Комбинированные конструкции перспективны для строительства
пансионатов и домов отдыха. Мытищинский комбинат синтетиче-
ских изделий и материалов по проекту Моспроекта изготовил опыт-
ные образцы домиков для летнего отдыха на два-три человека.
Домики собраны из стеновых и потолочных панелей со средним
слоем из пенопласта ПС-Б. Для наружной обшивки использован
полиэфирный стеклопластик, для внутренней — древесностружеч-
ные и волокнистые плиты. Такие домики, площадью 9 и 17 л/2,
с верандой 6 м2 весят всего 500—800 кг, и на сборку их затрачи-
вается 6—8 человеко-часов.
Красноярский научно-исследовательский институт по строитель-
ству разработал проект одноквартирного жилого дома для строи-
26
тельства в отдаленных районах Сибири [26]. Размер дома в плане
6x9 м. Вес 5 т. Ограждающие конструкции выполнены из комби-
нированных панелей. Количество типоразмеров стеновых пане-
лей — 3, панелей потолка — 3, панелей пола — 2, перегородок — 6.
Основной элемент дома — трехслойная панель размером.
1,5X3,1 м. Панель имеет каркас из деревянных реек размером
50x60 мм. Снаружи она оклеена листовым алюминием, изнутри —
водостойкой фанерой. Утеплителем служит пенопласт ПС-Б тол-
щиной 80 мм. Максимальный вес панелей 60 кг.
В ЦНИИСК разработаны и осуществлены проекты передвиж-
ных домиков для геологоразведочных экспедиций. Панели этих
Рис. 5. Перегородочная трехслойная панель с декоративным
покрытием
домиков имеют наружную обшивку из алюминия, а внутреннюю —
из древесноволокнистых плит. Каркас деревянный, средний слой
из пенопласта ПС-Б. Так как домики предназначены для опытной
эксплуатации, панели склеивали различными клеями — эпоксид-
ными, каучуковыми и фенольными. В настоящее время опытные
образцы домиков эксплуатируются Таймырской геологической
экспедицией.
Древесные плитные материалы широко применяют также для
изготовления перегородок. В этом случае (как и в наружных пане-
лях) наиболее распространена трехслойная конструкция из пено-
пласта, оклеенного древесными материалами. Такие панели наряду
с хорошими прочностными показателями обладают сравнительно
малой звукопроницаемостью. Они легкие; например, панель раз-
мером 1,20X2,40X0,05 м весит всего 22 кг. Ее могут переносить и
монтировать один-два человека (рис. 5).
За рубежом много фирм выпускают перегородные панели. Так,
в Англии для перегородок используют панели Венеста. Они со-
стоят из жесткого пенопласта, облицованного твердыми древесно-
волокнистыми плитами. Несмотря на малый вес, эти панели обла-
дают большой прочностью и жесткостью. Один человек может
переносить плиту площадью 3 лг2 и толщиной 50 мм.
27
3. СКЛЕИВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ С МЕТАЛЛАМИ
В НЕСУЩИХ конструкциях
Так как современные синтетические клеи могут обеспечивать
высокопрочное соединение древесины с металлами, во многих стра-
нах исследуются возможности усиления и упрочнения деревянных
конструкций путем включения в них металла, прочно склеиваемого
с древесиной. Характерный пример такого применения — армиро-
вание клееных деревянных балок сталью и устройство клеесталь-
ных шайб на деревянных конструкциях.
Ассоциация научных исследований древесины и содействия
расширению ее применения в Англии изучала [27] возможность по-
вышения прочности деревянных многослойных брусьев путем вклю-
чения в них металлических стержней. Установлено, что при высо-
кокачественном склеивании древесины с металлом несущая спо-
собность брусьев и их жесткость могут существенно увеличиваться.
Так, если в брус сечением 20,3X70,7 см включить металлический
стержень, занимающий лишь 0,75% общей площади поперечного
сечения бруса, он сможет заменить брус сечением 20,3X88,9 см.
К аналогичному выводу пришли исследователи в ЧССР и Шве-
ции [28]. В этих странах были изготовлены армированные деревян-
ные балки, которые в краевых зонах имели вклеенные круглые и
четырехугольные стальные элементы. Склеивание производилось
фенолформальдегидным клеем. Для фермы арочного сечения
можно было тем самым уменьшить высоту на ’/ео пролета, тогда
как обычно высота ферм может составлять лишь ’Ло-
Наблюдения за балками в процессе эксплуатации показали, что
каких-либо отрицательных последствий из-за различия в свойствах
металла и древесины не было обнаружено.
На инженерном факультете Университета в Белфасте (Англия)
и в лаборатории лесных продуктов в Мэдисоне (шт. Висконсин,
США) также проводилось исследование [29], [30] предварительно
напряженных деревянных балок. Цель исследований — установить
возможность повышения несущей способности и уменьшения ползу-
чести деревянных балок путем предварительного напряжения их
различными способами.
Первые опытные образцы балок в Белфасте предварительно
напрягали выгибанием их кверху, т. е. в сторону, противоположную
изгибу от внешней нагрузки. После выгибания балки армировали
высокопрочными стальными проволоками, которые закладывали
в пазы, предусмотренные на нижней и верхней поверхностях балок,
и приклеивали к древесине клеем на основе эпоксидной смолы.
Возникающие от нагрузки усилия изгиба воспринимались в основ-
ном проволокой, а срез — древесиной. Несущая способность таких
балок по сравнению с обычной значительно возросла, но ползу-
честь частично сохранилась, поскольку древесина ползет не только
от нормальных, но и от срезывающих усилий. Попытка исключить
ползучесть путем передачи усилий среза на вертикальные стальные
28
шпонки, вклеенные по концам балки между двумя ее половин-
ками, также не увенчалась успехом, главным образом из-за вытя-
гивания самой проволоки.
В дальнейшем был испытан другой способ предварительного
напряжения — не выгибанием балки, а напряжением арматуры.
С этой целью были изготовлены две опытные клеефанерные балки
таврового сечения с пролетами 3,65 и 7,3 м со стенками высотой
30 и 51 см и полками соответственно шириной 30 и 46 см. Стенка
первой балки была выполнена из трех листов фанеры толщиной
13 мм с боков и 6 мм в середине, а полка — из одного листа тол-
щиной 13 мм. Стенка второй балки выполнена из двух листов фа-
неры толщиной 13 мм, наклеенных на каркас из брусков сечением
ЗХ 10 см, а полка — из фанеры толщиной 25 мм.
Напрягаемая арматура была расположена не только в растя-
нутой зоне, как это делается в железобетонных конструкциях, но
и в сжатой, так как древесина работает на сжатие не лучше, чем
на растяжение. Первая балка была напряжена в каждой зоне
одной проволочной нитью диаметром 7 мм, а вторая — четырьмя
такого же диаметра. Для создания разностороннего напряжения
и восприятия срезывающих усилий проволока в обеих зонах была
изогнута по параболе и заделана на концах балки в общие
блоки — один неподвижный и другой подвижный. При натяжении
домкратом нижней арматуры реактивное давление передавалось
подвижному блоку и заставляло его сжимать верхнюю арматуру
с такой же силой, с какой растягивается нижняя. Выпучиванию
сжатой арматуры препятствовала полка и направляющий паз
в среднем слое стенки, а во второй балке, кроме того, обоймы,
надетые на концы проволочных пучков.
Этот способ предварительного напряжения оказался эффектив-
нее выгибания балки. Каждая проволока балки длиной 3,65 м
была напряжена с силой 4,3 т. Такие же по величине, но противо-
положные по направлению внутренние нормальные силы согласно
расчету возникали от внешней нагрузки на балку, приложенной
в четырех точках и составляющей 2,4 т. Если учесть, что сре-
зывающие усилия воспринимались изогнутой арматурой, в дре-
весине почти никаких напряжений и деформаций от внешней на-
грузки не могло возникнуть. Это было подтверждено опытом. Через
месяц после приложения нагрузки прогиб посредине балки соста-
вил ничтожно малую величину (0,35 мм или менее 0,0001 пролета)
и оставался неизменным в течение последних четырех месяцев.
Ползучесть практически была исключена.
В балке пролетом 7,3 м не удалось осуществить напряжение
проволоки с той же силой, что и в первой балке, так как сжатые
проволоки выпучивались, прорвав наружный слой фанерной стенки
у одного конца балки. После заделки повреждения каждая про-
волока была напряжена с силой 3,1 т. Внешняя нагрузка на балку
прилагалась в восьми точках частями и была доведена до 9,4 т.
При этом максимальное напряжение в древесине достигло 90 кг!см2,
29
а прогиб в середине пролета 8,5 мм, что соответствовало расчету.
Затем балка была подвергнута ускоренному испытанию на ползу-
честь путем многократного изменения температурного и влажност-
ного режимов в течение 17 суток. В результате этих испытаний
было отмечено некоторое приращение прогиба. Однако после
уменьшения нагрузки на балку до 80% от первоначальной ползу-
чести не наблюдалось. При доведении балки до разрушения ока-
залось, что запас прочности при этом равнялся двум. Разрушения
проволоки не произошло, и после снятия нагрузки упругие силы
проволоки вернули балку почти в начальное положение.
Испытания в Мэдисоне проводились над шестью парами клее-
ных балок из дугласовой пихты пролетом 5,2 м, сечением 12,7Х
Х28 см. Одна из балок каждой пары предварительно напрягалась
в растянутой зоне полосой сечением 1,5X127 мм из высокопрочной
стали с временным сопротивлением 16 500 кг!см2\ другая балка
(контрольная)—не напрягалась. Напряжение осуществлялось
следующим образом. Сначала к концам стальной полосы приклеи-
вали захваты с утолщениями. Затем захватами полосу натягивали
с усилием 10 700 кгс/см2 и в таком положении приклеивали
к низу балки. После отверждения клея захваты отделяли для по-
следующего использования. Все балки были доведены до разруше-
ния. Испытания показали, что предварительно напряженные балки
по сравнению с ненапряженными обладают приблизительно
в 2,5 раза большей несущей способностью.
Как английские, так и американские исследователи отмечают,
что в области изучения предварительно напряженных деревянных
балок сделаны лишь первые шаги. Многие вопросы требуют даль-
нейшего исследования, но уже сейчас можно сделать вывод о том,
что предварительное напряжение деревянных балок позволяет по-
высить их несущую способность и, если не исключить, то по крайней
мере уменьшить ползучесть.
Армирование клееных балок металлом уже начинают исполь-
зовать на практике. Так, шведская фирма «АБН Тонсон» в г. Эслев
запатентовала и изготовляет армированные клееные деревянные
балки прямоугольного и двутаврового сечения [31].
Балки прямоугольного сечения (рис. 6) армируют четырьмя
стержнями диаметром 14 мм. Они имеют постоянную ширину, рав-
ную 7 см, и высоту от 14 до 50,4 см с интервалом 2,8 см. В зави-
симости от высоты балки выпускают 14 типоразмеров.
Балки двутаврового сечения производят двух типов. Балки пер-
вого типа (рис. 7) армируют восемью стержнями диаметром 14 мм.
Они имеют ширину полки 18,2 и высоту от 22,4 до 58,8 см с интер-
валом 2,8 см. Балки второго типа армируют 12 стержнями
диаметром 14 мм. Эти балки имеют ширину стенки, равную
10 см, ширину полки 24,0 и высоту от 42,0 до 78,4 см с интерва-
лом 2,8 см.
Оба типа двутавровых балок выпускаются 14 типоразмеров.
В описанных выше конструкциях металлические элементы вво-
30
дятся для усиления конструкции. В других случаях металл выпол-
няет иные функции, например служит для ускорения процесса
склеивания.
Фирма «Эрвингтон Мэшин Юрке» (г. Портленд, штат Орегон,
США) предложила [32] принципиально новый способ склеивания
деревянных многослойных строительных конструкций и создала
поточную линию для склеивания балок и элементов любой длины.
Для отверждения связующего используется электронагрев. Прин-
ципиальная новизна способа состоит в том, что между отдельными
склеиваемыми пластинами древесины прокладывают два слоя су-
хой фенольной клеящей пленки, между которыми закладывают
Рис. 7. Армированные
двутаврового сечения
Рис. 6. Армирован-
ная деревянная
балка прямоуголь-
ного сечения
тонкую алюминиевую фольгу. Набранный пакет из пластин древе-
сины, клеящей пленки и фольги загружают в одноэтажный гидрав-
лический пресс и прикладывают вертикальное и горизонтальное
давление. К выступающим из пакета концам фольги подключают
ток; под действием электронагрева связующее отверждается.
Поточная линия состоит из гидравлического пресса, трансфор-
матора, пульта управления, стола для набора пакета и укладки
его на транспортер, транспортера подачи пакетов в пресс и выноса
-склеенного элемента. Длина пресса 4,8 или 9,8 ж; по особому за-
казу изготовляют прессы длиной от 2,4 до 29 м.
Цикл прессования длится до 12 мин, давление прессования
•8,5—14 кгс!см2, максимальная температура прессования 193°, мини-
мальная— 137° С. Для нагрева используют однофазный перемен-
ный ток частотой 60 гц, напряжением 25—440 в при удельной мощ-
ности 0,7 вт на 1 см2 поверхности клеевой прослойки. Влажность
склеиваемой древесины составляет от 6 до 16%. Рекомендуется
склеивать древесину в течение 24 ч с момента обработки склеивае-
мых заготовок.
В настоящее время для нагрева используют специальную алю-
миниевую фольгу и фенольную клеящую пленку Plyophen 24—
31
402 PGL. Однако в ближайшее время предполагают применить
клеящую пленку, представляющую собой алюминиевую фольгу, по-
крытую с двух сторон слоем связующего, которое после нанесения
высушивается.
Поскольку данный способ изготовления многослойных клееных
конструкций — процесс непрерывный, практически в гидравличе-
ском прессе можно склеивать балки и элементы любой длины. Этот
способ пригоден для изготовления как прямолинейных, так и кри-
волинейных конструкций и деталей. Преимущества разработанного
метода следующие: кратковременный цикл прессования (от 5 до
Рис. 8. Сопряжения на клесстальпых шайбах
12 мин) по сравнению с другими способами склеивания; безопас-
ность и дешевизна эксплуатации оборудования; разнообразное
применение, так как в одном прессе можно склеивать многослой-
ные элементы различной длины и формы. Немаловажно улучшение
санитарно-гигиенических условий труда, так как применяется су-
хая клеящая пленка и не выделяется свободный фенол.
Производительность поточной линии, оснащенной гидравличе-
ским прессом длиной 9,8 м, составляет от 37 до 113 м3 клееных
элементов за 8 ч работы (в зависимости от размеров поперечного
сечения изготовляемых элементов).
Интересный пример использования клеевых соединений древе-
сины н металла — сопряжение на клеестальных шайбах. Этот вид
соединений впервые был предложен и разработан А. Б. Губенко
и В. Н. Силиным [33].
Сопряжение на клеестальных шайбах состоит из металлических
пластинок, приклеенных к деревянным элементам (рис. 8), и сталь-
ного болта, установленного, как правило, в центре пластинки.
Для удобства сборки и разборки отверстия в деревянных эле-
ментах делают с припуском; это обеспечивает опирание болта
только на металл. С шайбы усилие передается на древесину
32
через клеевой шов, который работает на сдвиг так, как и прилегаю-
щие слои древесины.
Изготовление элементов, приклейку шайб и рассверливание
отверстий для болтов целесообразно производить заранее на за-
воде, а на строительной площадке осуществлять лишь сборку на
узловых болтах. Таким образом, конструкции на клеестальных
шайбах максимально удовлетворяют условиям индустриализации
строительства.
Рис. 9. Образцы для испытаний клеестальных шайб
Сопряжения на клеестальных шайбах позволяют выполнять кон-
струкции любого очертания, а также применять небольшое число
монтажных элементов крупного сечения. В отличие от других со-
пряжений они не дают ослабления в узлах, так как ослабление
болтового отверстия компенсируется сечением приклеенных сталь-
ных шайб.
Все вышесказанное было подтверждено испытаниями образцов
на клеестальных шайбах в натуральную величину площадью склеи-
вания 380—400 см2. Испытания проводились на образцах двух
видов (рис. 9) с деревянными элементами сечением 180X90 мм и
стальными шайбами размером 280X140X6 мм. Болтовые отвер-
стия диаметром 36 и 40 мм располагались в центре шайбы.
Металлические накладки приклеивали на клее КБ-3, металл
был загрунтован подслоем БФ-2. Давление запрессовки 10 кгс/см2.
Склеивание проводилось с нагревом и на холоду. Образцы испы-
тывали в специальных приспособлениях.
33
При испытании образцов на растяжение вдоль волокон были
получены довольно высокие стабильные прочностные результаты
(рис. 10). Разрушение образцов происходило, как правило, по дре-
весине.
Кроме статических испытаний, образцы были подвергнуты ис-
пытаниям на пульсирующую нагрузку. Разрушение образцов проис-
ходило после 2170—2763 тыс. циклов при нагрузке 18—20 т. При
этом нагрузка превышала расчетную в 2,13—2,36 раза. Разруше-
ние происходило от скалывания по древесине.
Рис. 10. Зависимость среднего скалывающего напряжения от величины относи-
L
тельного эксцентриситета Р=——
Наряду с клеестальными шайбами перспективны также клееме-
таллические соединения: клееболтовые, клеевинтовые и т. д.
Клеевые соединения, как правило, хорошо работают на чистый
сдвиг или равномерный отрыв, поэтому при проектировании необ-
ходимо стремиться к созданию конструкций, в которых они рабо-
тали бы на эти виды нагрузок и возможно меньше на неравномер-
ный отрыв.
Однако в тех случаях, когда необходимо создать особо прочные
соединения, хорошо работающие на сдвиг, равномерный или не-
равномерный отрыв, выбрацию и т. д., в ряде случев можно при-
менять комбинированные соединения (сочетание клеевых с меха-
ническими креплениями).
В зависимости от конструкции соединения и условий его работы
клеевые соединения могут выполнять разные функции: они могут
быть основными, а заклепки или винты и болты ставят в неболь-
шом количестве только для дополнительного крепления, чтобы пре-
дохранить изделия от разрушения под действием неравномерного
34
отрыва; весь прочностной расчет ведется на заклепки или винты,
а клей служит лишь для более равномерного распределения напря-
жений в соединении, повышения герметичности соединения и т. д.
и при расчетах не учитывается.
В комбинированных соединениях один вид соединения как бы
дополняет другой, в результате чего устраняются недостатки од-
ного и другого.
В указанных выше соединениях металлические крепежные эле-
менты при постановке выполняют одновременно и запресовочные
функции. Так, в клееболтовых соединениях после нанесения клея
элементы соединяются и стягиваются болтами. Натяжение произво-
дится в два приема: частичное натяжение до загустевания клея и
натяжение до расчетной величины после частичного отверждения
клея.
В заводских условиях целесообразно наносить на контактируе-
мые металлические поверхности тончайшие покрытия из клея для
защиты металла от коррозии; на строительной площадке наносят
еще слой клея, после чего соединение стягивают болтами.
4. ЗАЩИТА И УПРОЧНЕНИЕ
ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ПЛАСТМАССАМИ И МЕТАЛЛАМИ
Выше уже отмечалось, что для улучшения свойств древесные
плитные материалы с двух сторон облицовывают тонкими метал-
лическими или пластмассовыми листами. Такие покрытия наряду
Рис. 11. Фрагменты трехслойных панелей,
обшивки которых защищены различными
тонкими покрытиями
с защитными функциями упрочняют материал и позволяют исполь-
зовать его как самостоятельные конструктивные элементы. Наряду
с этим аналогичные покрытия могут служить для защиты и упроч-
нения поверхностей древесных материалов, которые чаще всего ис-
пользуют в многослойных конструкциях и деталях (например, об-
шивки трехслойных панелей) (рис. 11).
35
Рис. 12. «Лодка, поверхность которой
покрыта поливинилхлоридной плен-
кой
В настоящее время определилось несколько видов покрытий, ко-
торые уже используются или имеют перспективы к использованию.
К ним относятся бумажные смоляные покрытия, листовые и пленоч-
ные армированные (стеклопластиковые) и неармированные (поли-
винилхлоридные) и т. д. пластмас-
сы, листовые металлы (алюми-
ниевые сплавы).
Поливинилхлорид применяют
в виде чистых пленок и пленок
на тканевых основах, в виде
твердых отделочных листов и т. д.
В ФРГ на основе поливинилхло-
рида разработана фольга толщи-
ной 0,2—0,4 мм для отделки дре-
весностружечных плит с блестя-
щей и матовой поверхностью.
Для приклеивания ее к древесно-
стружечным плитам применяют
дисперсионные, латексные и не-
опреновые клеи. Под названием
Бенефоул [34] выпускается плен-
ка, которую наклеивают на основание с подстилающим слоем из
стеклоткани, пропитанной битумом.
Для покрытия вертикальных поверхностей используют поли-
винилхлоридную фольгу под названием Фурпит, толщиной 0,3—
0,4 мм. Выпускают ее различ-
ных рисунков и цветов. На
внутреннюю сторону фольги
нанесено связующее, которое
при 90—100° С становится пла-
стичным. Для напрессовки
фольги применяют метод горя-
чего прессования; давление
прессования 3—5 кг/см2.
Под названием Миполам
Рис. 13. Автомобильный прицеп, поверх-
ность которого покрыта поливинилхло-
ридной пленкой
выпускается пластик, приме-
няемый для изготовления об-
кладок для дверей [35]. Двер-
ные обкладки, сделанные из
этого пластика, имеют утолщенный профиль, позволяющий достичь
хорошей звукоизоляции и бесшумно закрывать дверь.
На тканевой основе выпускают облицовочный материал под
названием Ивопаль. Материал этот долговечен, устойчив к на-
греву и старению. Наклеивают его на древесные материалы каучу-
ковыми клеями.
Из жесткого поливинилхлорида фирма «Ренолит» выпускает
пленку, которую специальными клеями наклеивают на все дре-
весные материалы, а также на металлические листы. Пленка имеет
36
хорошую окраску, обладает стойкостью к атмосферным и хими-
ческим влияниям, к свету, водонепроницаема. Так как она под-
дается глубокой вытяжке, ею можно покрывать детали сложных
форм, например кузова автомобилей, лодок и т. д. (рис. 12 и 13).
Фирма «Ренолит» применила также древесностружечные плиты,
облицованные указанной пленкой, для наружных стен павильона
выставки в Швейцарии.
Фирма «Транско» (ФРГ) поставляет оборудование для непре-
рывной отделки поливинилхлоридом деревянных деталей сечением
50X60 мм любой формы [36].
Широкое применение получили поливинилхлоридные покрытия
r Англии, где выпускается фольга под фирменным названием Тел-
стик [37] с нанесенным на обратную сторону клеем. Эта фольга
становится клейкой при применении давления с нагревом.
Покрытие под названием Феблон 1075 [38] выпускается фирмой
«Коммэришел плэстикс». Этот материал водонепроницаем, эласти-
чен, легко разрезается и не поддерживает горения. Феблон изго-
товляют из смеси поливинилхлоридных смол листами толщиной
0,2 мм. Для отделки и защиты поверхностей, в том числе из дре-
весных плитных материалов, в Англии широко используют полу-
жесткую поливинилхлоридную пленку Виниласт. По данным
фирмы, эта пленка увеличивает прочность материала и придает
ему красивый внешний вид. Ее выпускают с рисунком, гладкую и
рельефную с большим разнообразием цветов.
Листами из твердого поливинилхлорида облицовывают дере-
вянные промывочные химические ванны, поскольку он химически
инертен и не загрязняет содержащиеся в ваннах вещества [39].
Фирма «Георгия-Пак Корпорейшен» выпускает отдельные фа-
нерные листы размером 2438 X 1228 X 9,5 мм, покрытые сна-
ружи пленкой Каско-Дар с небольшим количеством минераль-
ной посыпки. Их используют в качестве внешней обшивки стен и
кровли.
Фирма «Холлингс-Хэд» применяет для покрытия состав на ос-
нове виниловой смолы Кокун. Положительные качества состава —
повышенная стойкость к коррозии, необходимая в условиях при-
морского климата, и возможность нанесения на листы различной
геометрической формы. Кровельное покрытие здания плаватель-
ного и теннисного клуба в Бриджгэмптоне было выполнено путем
нанесения на фанеру этого состава толщиной 0,8 мм. Крыша имела
сложную зубчатую форму. При нанесении покрытия на гребнях и
впадинах зубцов, а также в местах рабочих швов снизу уклады-
вали полосы стеклоткани. Долговечность такого состава по резуль-
татам предварительных испытаний составляет 10 лет, после чего
для обновления покрытия может быть нанесен свежий слой.
В СССР покрытия на основе поливинилхлорида используют
пока еще мало, в основном для облицовки древесностружечных
плит, служащих для изготовления мебели и внутренней отделки
помещений.
37
В нашей стране нет положительного опыта использования поли-
винилхлоридных покрытий для конструкций, эксплуатируемых в на-
ружных условиях. Это объясняется тем, что промышленность пока
еще не освоила выпуск долговечного, морозостойкого поливинил-
хлорида. Несмотря на это, оклеивание древесных материалов поли-
винилхлоридными покрытиями перспективно. Выбор таких покры-
тий обусловлен рядом их положительных свойств, а также нали-
чием большой сырьевой базы для получения поливинилхлорида.
Эффективным защитным покрытием является тонкий слой
стеклопластика, наносимый на обшивки панелей из древесных плит-
ных материалов.
В г. Норт-Ванкуверт (Канада) покрытие здания выполнено из
плит, которые состоят из стандартных листов многослойной фанеры
толщиной 19 мм, наклеенных на раму из деревянных брусков [34].
Поверхность плиты покрыта цветным стеклопластиком. Швы между
плитами также заделаны стеклопластиком.
В Финляндии фирма «А. Альстрот» производит твердые древес-
новолокнистые облицовочные листы под названием Мэни. Лицевая
сторона листов покрыта полиэфирным стеклопластиком, имеющим
цветную поверхность, гладкую или с разбивкой желобками на
квадраты. Обратная сетчатая сторона покрыта эмалью горячей
сушки с целью предохранения от воздействия перепадов влаж-
ности окружающей среды. Поверхность стеклопластика отличается
высокой износостойкостью, теплостойкостью (100—200° С) и водо-
непроницаемостью. Листы предназначаются для облицовки стен
в кухнях, ваннах, больницах, молочных кафе, лабораториях и т. д.
Размеры выпускаемых листов следующие: длина 1600, 1900,
2400 мм, ширина — 60—120 мм, толщина — 3,1 мм.
В СССР в ряде научно-исследовательских институтов ведутся
работы по разработке и исследованию покрытий на основе стекло-
пластика. В частности, в ЦНИИСК разработана технология по-
крытия стеновых и кровельных панелей защитно-упрочняющим
слоем из полиэфирного стеклопластика.
Очень разнообразно применение древесных материалов, наруж-
ная поверхность которых оклеена тонким бумажным слоистым
пластиком или же на поверхность которых напрессованы бумажные
смоляные пленки. Такой комбинированный материал используют
для изготовления кухонной мебели, оборудования для магазинов,
облицовки стен ванных и других помещений.
В Англии, например, выпускают санитарные кабины типа Флек-
сен, изготовленные из фанеры, оклеенной декоративным пласти-
ком [39]. Некоторые серии кабин (типа Флексометалл) изготовлены
из фанеры, на поверхность которой наклеены алюминиевые или
оцинкованные стальные листы.
Институт санитарной техники и Калининградский домостроитель-
ный комбинат (Московская область) разработали два способа по-
крытия древесностружечных плит в процессе изготовления [40].
Первый из них заключается в облицовке обычных плит бакелитовой
38
или меламиноформальдегидной пленкой. Испытания показали, что
древесностружечные плиты, облицованные двумя-тремя слоями ба-
келитовой или меламиновой пленки, достаточно влагостойки: 1 м2
такого покрытия обходится 30—40 коп. Другой способ состоит
в облицовке древесностружечных плит порошковыми пластмас-
сами. В процессе производства плит на стружечную массу кладут
лист бумаги, смоченный с обеих сторон смолой или клеем. Затем
поверхность бумаги засыпают пресс-порошком. Заготовленные
плиты прессуются между металлическими поддонами при темпе-
ратуре 140—150° С и удельном
давлении 18—22 кгс{см2.
Промежуточный слой бумаги,
пропитанный смолой, служит для
скрепления пластмассового по-
крытия со стружкой. Кроме того,
жидкая смола, смачивая частицы
лресс-порошка, позволяет сильно
снизить удельное давление прес-
сования. Объемный вес получен-
ных плит с прочным, влагостой-
ким декоративным покрытием
составляет 600—700 кг}м3.
Пластмассовые покрытия
используют при изготовлении
самых разнообразных изделий.
Например, фанерную опалубку для бетона облицовывают пласт-
массой. Ее применяют для бетонирования на месте или для завод-
ского бетонирования, что дает возможность получать бетон с глад-
кой поверхностью. Такая опалубка прочна в эксплуатации; даже
если вибратор задевает ее, значительных разрушений поверхности
опалубки не происходит. На рис. 14 показаны опалубочные экспе-
риментальные фанерные щиты, поверхность которых покрыта раз-
Рис. 14. Фанерные щиты опалубки,
поверхность которых покрыта пласт-
массовыми слоями
личными пластмассовыми слоями.
Фанерные щиты используют в качестве скользящей опалубки
при строительстве железобетонных силосных башен.
В литературе приводятся данные [41] об изготовлении экспе-
риментальных слаломных лыж, покрытых стеклопластиком и поли-
этиленом. Слаломные лыжи с применением стеклопластика и поли-
этилена были испытаны Федерацией горнолыжного спорта и полу-
чили хорошую оценку.
Глава II
ОСОБЕННОСТИ СКЛЕИВАНИЯ
РАЗНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ СВОЙСТВА
Для того чтобы обеспечить высококачественное склеивание
таких разнородных материалов, как древесина, пластмассы и ме-
таллы, нужно в первую очередь знать свойства этих материалов
и особенности их склеивания. При конструировании клееных изде-
лий следует максимально использовать физико-механические свой-
ства клеевых соединений, которые в значительной степени зависят
от свойств склеиваемых материалов.
1. ОСОБЕННОСТИ СКЛЕИВАНИЯ
РАЗНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Образование клеевых соединений и их поведение при эксплуа-
тации связаны с целым рядом довольно сложных процессов. Даже
при склеивании древесины, несмотря на то что оно уже приме-
няется многие десятилетия, до настоящего времени нет ясного
объяснения сущности процесса склеивания. Такое положение еще
в большей степени относится к склеиванию разнородных материа-
лов— металлов и пластмасс с древесиной.
Некоторое представление об основных закономерностях, проис-
ходящих при склеивании, можно получить, последовательно рас-
сматривая отдельные стадии этого процесса. Условно процесс
образования и работы клеевых соединений можно представить
в виде следующих этапов:
1. Нанесение клеев на склеиваемые поверхности.
2. Переход клея в твердое или высоковязкое состояние, харак-
теризуемое образованием твердой клеевой прослойки (отвержде-
ние клея).
3. Увеличение прочности клеевой прослойки (когезионная проч-
ность) и связи ее со склеиваемыми материалами (адгезионная
прочность).
4. Совместная работа клеевой прослойки и склеиваемых мате-
риалов под действием нагрузки, термического расширения, увлаж-
нения и других факторов.
Нанесение клеев. Известно, что высококачественное склеивание
получается в том случае, если клеевое вещество по всей площади
соприкасается со склеиваемыми поверхностями. Тогда в резуль-
тате взаимодействия клея с материалом и изменения физико-хими-
ческого состояния его при определенных условиях получается
прочное соединение. При нанесении клей должен хорошо смачивать
40
поверхность и растекаться по ней тонким и непрерывным слоем.
Это требование удовлетворяют большинство из рассматриваемых
в книге смоляных клеев. Обычно жидкие клеи имеют низкое по-
верхностное натяжение, что благоприятствует растеканию их по
поверхности. На смачивающие свойства клея влияет его природа
и вязкость, а также способ подготовки поверхности. Так, клеи,
содержащие большое количество наполнителей, медленно расте-
каются по поверхности. Однако нагрев изменяет вязкость клея, раз-
жижает его, а это способствует лучшему растеканию его. Во всех
случаях загрязнение поверхностей пылью или жиром ухудшает
смачивание клеем.
При нанесении на древесину клей проникает во все поры и не-
ровности, тем самым увеличивая действительную площадь кон-
такта с материалом. Характер такого проникновения для разных
клеев различен и зависит от их смачивающих свойств, вида древе-
сины и т. д.
Переход клея из жидкого в высоковязкое и затем твердое со-
стояние. Этот процесс для различных клеев может происходить
по-разному, так как используемые клеи могут представлять собой
растворы, дисперсии или расплавы высокомолекулярных веществ,
способных при переходе в твердое состояние образовать пленку,
прочно соединяемую со склеиваемыми материалами. Поэтому
отверждение (затвердевание) клея может вызываться химическими
реакциями полимеризации или поликонденсации, удалением раство-
рителя, охлаждением и т. д.
Обычно основная часть клея — смола. Кроме того, в состав клея
входят растворители, пластификаторы, наполнители и другие ве-
щества. При отверждении под действием химических катализато-
ров, тепла или улетучивания растворителей часть компонентов клея
вступает в химическую реакцию или связывается иным путем, обра-
зуя клеевую прослойку.
В процессе перехода клея из жидкого состояния в высоковязкое
или твердое наблюдаются значительные усадки многих клеев. Од-
нако в этот период клей еще довольно пластичный; в нем не возни-
кают большие внутренние напряжения.
Образование когезионной и адгезионной связи. По мере отверж-
дения клея увеличивается прочность клеевой прослойки и сила
сцепления ее со склеиваемыми материалами. Для разных клеев
есть определенные пределы увеличения указанных показателей.
Кроме того, эти показатели зависят также от характеристик склеи-
ваемых материалов. Клеевой шов нельзя рассматривать только
как слой клея между поверхностями соединяемых деталей. Клеевой
шов — это представляющая собой единое целое композиция из клее-
вой прослойки и двух прилегающих к ней разнородных материалов.
Прочность его зависит от механических свойств как клея, так и
оклеиваемого материала, в частности древесного. Если прочность
материала, соединенного самым лучшим клеем, низкая, то и шов
будет непрочным, поэтому нельзя оценивать качество склеивания
41
без учета прочности самого материала, так как из-за низкой проч-
ности его можно неправильно характеризовать прочностные свой-
ства клеев.
В качестве критерия оценки качества склеивания целесооб-
разно принимать так называемую относительную прочность кле-
евого шва, т. е. процентное отношение прочности шва к прочности
древесины, поэтому образцы для испытания прочности клеевых
швов из разнородных материалов должны быть приближены воз-
можно в большей степени к типу образца, предусмотренного для
испытания прочности древесины. При склеивании древесины вы-
сокопрочными клеями чаще всего требуется, чтобы прочность
склеивания превышала прочность древесины, т. е. чтобы разруше-
ние при испытании происходило не по клеевой прослойке или гра-
нице ее с древесиной, а по самой древесине. В некоторой степени
это условие сохраняется и при склеивании разнородных материа-
лов, так как древесный материал менее прочен, чем металлы,,
многие пластмассы и клеи. Однако при склеивании разнородных
материалов свойства материалов резко отличаются друг от друга,
поэтому и к клеям предъявляются другие требования. Если для
соединения стали с древесиной требуется высокопрочный эпоксид-
ный или фенолформальдегидный клей (т = 80—100 кгс!см2), то для
соединения пенопласта с древесноволокнистой плитой могут быть
использованы менее прочные поливинилацетатные или карбамид-
ные клеи, так как даже при т = 5—6 кгс}см2 разрушение проис-
ходит по материалу. Различные требования предъявляются также
к соединениям на жестких и эластичных клеях, условия работы
которых различны.
Одним из главных требований, практически касающихся всех
клеев и материалов, является хорошая адгезия клеев к склеи-
ваемым материалам.
Под адгезией понимается сцепление, возникающее между двумя
приведенными в соприкосновение поверхностями. При склеива-
нии— это сцепление между клеем и склеиваемой поверхностью.
Однако для прочного склеивания, как уже отмечалось, требуется
не только хорошая адгезия клея к материалу, но и прочная коге-
зионная связь частиц внутри клеевой прослойки.
Предложен целый ряд теорий, объясняющих процесс склеива-
ния. Несмотря на недостатки этих теорий, почти в каждой можно
найти частичное объяснение сущности процессов, происходящих
при склеивании древесных материалов с пластмассами и металлами.
Несомненно, что адгезия зависит от многих факторов: вида клея,
природы подложки, способа склеивания, применяемых режимов
и т. д. Каждый из этих факторов влияет по-разному.
Ранее многие исследователи считали, что преобладающую роль,
при склеивании материалов играет механическая адгезия. Она осу-
ществляется благодаря проникновению клея в капилляры соединяе-
мых деталей (эффект зацепления). В последнее время предпочте-
ние отдается химической, электрической и другим теориям.
42
Целый ряд примеров убедительно показывает, что при опреде-
ленных условиях механической адгезией пренебрегать нельзя.
В первую очередь это относится к склеиванию древесины, имеющей
очень пористую структуру. Даже при холодном способе склеива-
ния клей под действием внешнего давления проникает в поры
древесины, образуя при отверждении механическое сцепление
с ней.
Еще более наглядно образуется механическая связь при склеи-
вании с нагревом. Так, при высокочастотном склеивании в резуль-
тате кратковременного сильного нагрева клей расширяется, ча-
стично испаряется и, занимая большой объем, проникает на зна-
чительную глубину в поры древесины; при этом образуется широко
разветвленный клеевой шов.
На образование механических связей оказывает влияние
структура и свойства склеиваемого материала. Как правило, клей
легко проникает в поры древесины, хорошо смачивает стенки кле-
ток и после отверждения увеличивает действительную площадь
-склеивания. Пенопласты также имеют пористую структуру, однако
из-за плохой смачиваемости и герметичности пор некоторых марок
пенопласта (например, ПС-1, ПС-4) клей при испытании легко
отстает от стенок пор. В данном случае слабая механическая адге-
зия частично объясняется плохой специфической (химической)
адгезией клея к пенопласту. Однако, учитывая малую прочность
пенопласта, даже небольшой адгезионной связи часто бывает до-
статочно, чтобы происходило его разрушение.
При склеивании гладких поверхностей (металлов, листовых
пластмасс) механическая адгезия имеет меньшее значение, чем при
-склеивании таких пористых материалов, как древесина. Вместе
с тем, при увеличении, которое дает обычный или электронный
микроскоп, установлено, что многие, казалось бы, ровные поверх-
ности имеют шероховатости. Даже при современном состоянии тех-
ники полирования очень трудно обработать поверхности значитель-
ных размеров, чтобы они имели неровности в пределах 100—2000А.
•Способствуют ли они адгезии, пока не установлено, но само уве-
личение действительной площади соприкосновения поверхностей,
по-видимому, увеличивает адгезию.
Несмотря на наличие механической адгезии, большое значение
при склеивании разнородных материалов должно быть отведено
явлениям специфической (химической) адгезии.
Имеются различные объяснения специфической теории адгезии.
Предполагают, что прочность склеивания обусловливается специ-
фическими межмолекулярными силами физико-химического харак-
тера, действующими между склеиваемыми поверхностями (поверх-
ностное натяжение, химические связи и др.).
Адсорбционная теория рассматривает образование связи между
клеящим веществом и склеиваемым материалом, как результат
действия межмолекулярных сил. В процессе склеивания проис-
ходит перемещение молекул клея к поверхности материала и
43
полярные группы молекул клея приближаются к полярным участкам
материала. При достаточно близком расстоянии между молеку-
лами клея и материала начинают действовать молекулярные силы,
приводящие к образованию химических связей. Этим и объясняется
хорошая склеиваемость полярного материала древесины фенол-
формальдегидными клеями, имеющими полярный характер.
Прочностные свойства клеев зависят от прочности связи между
отдельными молекулами, т. е. от когезии групп, входящих в состав
клея. Опыт показывает, что модификация многих клеев значи-
тельно улучшает их прочностные свойства.
Если молекулы полимера или их участки способны к интенсив-
ному тепловому движению, возможно сшивание обоих слоев в ре-
зультате диффузии молекул или их участков из одной фазы в дру-
гую и образование в результате этого прочной связи между клеевой
прослойкой и материалом. Если клей наносят в виде раствора,
а склеиваемый материал (пластмасса) способен набухать или рас-
творяться в этом растворе, может также происходить заметная
диффузия молекул клея в материал. При этом исчезает резкая
граница между клеем и поверхностью материала (например, при
склеивании некоторых поливинилхлоридных покрытий с древе-
синой перхлорвиниловым клеем).
При склеивании древесных материалов с металлами и другими
материалами для объединения явлений, происходящих на границе
клей — металл, более пригодна электрическая теория адгезии, рас-
сматривающая процесс склеивания как контактную электризацию-
при сближении двух диэлектриков или диэлектрика и проводника.
В основу этой теории положено представление о том, что клей и
материал тождественны с конденсатором, обкладками которого
являются заряды двойного электрического слоя. Процесс отрыва
клея от материала аналогичен разведению обкладок микроконден-
сатора до наступления газового разряда. Характерным примером,
иллюстрирующим электрическую теорию, является приклеивание
алюминия к древесине (на границе клей — металл).
По всей вероятности, основными факторами, обусловливаю-
щими адгезию, в большинстве соединений являются химические
или молекулярные силы, хотя и влиянием механической адгезии
нельзя пренебрегать. Считают [47], что вся адгезия а функцио-
нально зависит от механической и специфической ас адгезии:
a==f(ac, аа). (1>
Однако природа этой зависимости будет меняться от условий
склеивания. Очевидно, вся адгезия представляет собой величину,,
составленную из двух функций, одна из которых определяет меха-
ническую, а другая — специфическую адгезию:
«=/1(«м) + /2(ас)- (2>
Функции fi и f2 в свою очередь зависят от ряда независимых
переменных величин — физико-механических (состояние поверх-
44
ности, прочность сцепления, пористость материала) и физико-хи-
мических (химический состав и строение клея, полярность, вяз-
кость и поверхностное натяжение). Второе уравнение, очевидно,
представляет собой частный случай первого. Для совершенно глад-
ких поверхностей величина ам приближается к нулю и a = f(ac).
Если поверхности отличаются шероховатостью или шероховаты
и пористы и подвергаются растяжению, то ас = 0 и уравнение при-
нимает вид a = f(aM). При испытании на сдвиг шероховатых по-
верхностей, когда соединяемые детали удерживаются вместе при
помощи определенного давления, как это бывает в несмазанных
движущихся частях, ас приближается к нулю, а а = f (ам). При этом
пё учитываются ни свойства склеиваемых материалов (будет ли
это древесина лиственных или хвойных пород, металл или пла-
стик), ни прочность клеевой пленки, и пределы упомянутых ве-
личин, вероятно, никогда не равны нулю. Однако бывают случаи,
когда Ом или ас представляют собой такие ничтожно малые вели-
чины, что ими можно пренебречь.
Экспериментальным путем при помощи химического изменения
поверхности древесины с целью уменьшить специфическую адгезию
при условии, что сами поверхности заметно не изменяются, можно
определить относительное влияние специфической и механической
адгезии. Этот метод заключается в обработке поверхности древе-
сины силаном.
Опыты показали, что незначительное изменение химического
состава поверхности древесины вызывает уменьшение химического
сродства ее с клеем и тем самым уменьшает прочность склеивания
(табл. 4).
Таблица 4
Сравнительные исытания на скалывание образцов с обработанной и
необработанной поверхностью
Образцы из сосны Клей Прочность склеивания на скалывание, кгс’:см
Необработанные Мочевиноформальдегидный Фенолформальдегидный 202,5 214,1
Обработанные моно- силаном Мочевиноформальдегидный Фенолформальдегидный 30,6 36,9
При склеивании разнородных материалов клей обычно сопри-
касается с разными по природе поверхностями (древесный мате-
риал— клей — пластмасса или металл), поэтому одно соединение
может рассматриваться с точки зрения различных теорий склеива-
ния. Действительно, если эпоксидным клеем склеивается сталь
с древесиной, то адгезионные связи на границе древесина — клей
можно объяснить наличием механической и специфической адге-
зии; на границе клей — металл влияние механической адгезии
45
незначительно, а связь объясняется химическим и электростатиче-
ским взаимодействием двух материалов.
Совместная работа материалов и клеевой прослойки. При
склеивании разнородных материалов (особенно таких жестких, как
металл и некоторые пластмассы) с древесными материалами
совместная работа клеевой прослойки и материала является ре-
шающей, так как она определяет в конечном счете надежность
соединений. Опыт показывает, что можно подобрать клей с очень
хорошей адгезией к тому или иному материалу, однако клеевое
соединение в процессе эксплуатации будет иметь значительно
меньшую прочность, чем прочность самих материалов и клеевой
прослойки. Так, высокопрочные эпоксидные клеи имеют хорошую
адгезию к древесине и металлам, однако склеенные образцы даже
после непродолжительной выдержки в наружных условиях резко
снижают свою прочность. Причин для этого много: различие
в коэффициентах линейного расширения материалов и клея, рео-
логические изменения в клеевой прослойке и материалах, кон-
центрация напряжений из-за неправильной конструкции клееного
изделия или образца и т. д. К сожалению, многие из указанных
причин мало или вообще не изучены. Этим и объясняются еще
довольно частые неудачи на практике с клеевыми соединениями
из разнородных материалов.
Основная причина снижения прочности или разрушения образ-
цов и изделий—возникновение и развитие в клеевом соединении
напряжений. Если величина напряжений значительно меньше адге-
зионной и когезионной прочности, клеевое соединение может
эксплуатироваться нормально. Однако довольно часто эта вели-
чина бывает равной или даже превышает прочность материала и
клеевой прослойки, а также адгезионную связь между клеем и ма-
териалом. В таких случаях клеевое соединение будет иметь мини-
мальную прочность и после приложения даже незначительных
внешних нагрузок может разрушиться.
Основные причины возникновения напряжений в клеевых соеди-
нениях следующие:
упругие деформации запрессовываемых при склеивании мате-
риалов;
реологические изменения клея в процессе отверждения и
эксплуатации клееных изделий;
различие в свойствах (коэффициента линейного расширения и
модуля упругости и др.) клея и склеиваемых материалов;
неуравновешенность клееной конструкции;
приложение внешних нагрузок.
Рассмотрим влияние этих причин на возникающие в клеевых
соединениях напряжения.
На практике склеиваемые детали никогда не бывают идеально
ровными; им свойственно определенное коробление, изгиб, местные
неровности на поверхности и т. д. Склеиваемые поверхности, при-
ложенные друг к другу, особенно в условиях нагревания и давле-
46
ния, создадут действительную площадь соприкосновения. При этом
выявится или упругая, или пластическая деформация в зависи-
мости от вязко-упругих свойств материалов, их поверхностной ше-
роховатости, давления и других факторов.
В напряженном состоянии детали в прессе прочно соединяются
отверждаемым клеем. При этом бывают температурные деформа-
ции материалов, если склеивание происходит с нагревом. После
снятия давления детали стремятся принять первоначальное поло-
жение, создавая тем самым в клеевых швах определенное напря-
женное состояние. При слабой когезионной или адгезионной проч-
ности эти напряжения могут стать причиной разрушения клеевого
соединения.
Таким образом, клеевые соединения сразу же после склеива-
ния имеют определенные остаточные напряжения, которые в даль-
нейшем будут суммироваться с другими видами напряжений.
Несмотря на явное наличие и действие остаточных напряжений,
до последнего времени в практике склеивания они не определялись
и не учитывались.
Следующий очень существенный вопрос — возникновение внут-
ренних напряжений в клеевых швах вследствие реологических
изменений материала клеевой прослойки. В первую очередь это
относится к высокопрочным термореактивным клеям (фенольным,
карбамидным и т. д.).
Экспериментальные работы, проведенные ЦНИИСК и Инсти-
тутом физхимии АН СССР, показали [42], что величина внутрен-
них напряжений зависит от многих факторов и в первую очередь
от природы смолы, вида и количества наполнителя, количества до-
бавляемых отвердителей, режимов отверждения и др. Существенно
также и то, в каких условиях находится клеевая прослойка. Так,
напряжения в клеевых швах значительно больше (рис. 15, а), чем
в покрытиях, несмотря на применение одного и того же связую-
щего; характер же кривых кинетики нарастания внутренних на-
пряжений одинаков.
Опыты показали, что внутренние напряжения достигают зна-
чительной величины лишь после перехода клея в твердое состоя-
ние. В дальнейшем происходит определенная релаксация напря-
жений (рис. 15,6).
На величину внутренних напряжений оказывает влияние при-
рода склеиваемых поверхностей. Как видно из предыдущего ри-
сунка, несмотря на то что разница между коэффициентами линей-
ного расширения фенолэпоксидного клея и алюминия в 2 раза
меньше, чем разница между этими же коэффициентами для клея
и стекла, внутренние напряжения в клеевом шве, сформированном
между поверхностями стекло — алюминий, в 2 раза больше, чем
между поверхностями стекло — стекло. Это объясняется тем, что
адгезия фенолэпоксидного клея к алюминию оказалась в 1,5—
2 раза больше, чем к стеклу.
47
Порода древесины также оказывает
напряжений. Из рис. 15, в, на котором
внутренних напряжений от толщины
[43] влияние на величину
представлена зависимость
полиэфирного покрытия,
Рис. 15. Внутренние напря-
жения в клеевых швах и по-
крытиях
а — нарастание внутренних на-
пряжений в клеевых швах (1—
3) и в покрытиях (4—6) из раз-
личных связующих: полиэфир-
ного (кривые 1,6), фенолэпок-
сидного (2, 4 в мин) и эпоксид-
ного (3, 5 в ч); б — нарастание
внутренних напряжений в покры-
тии 3 и клеевых швах из фенол-
эпоксидного клея, сформирован-
ных между поверхностями стек-
ло—алюминий 1 и стекло—стек-
ло 2; в — зависимость внутрен-
них напряжений от толщины
покрытий из лака ПЭ-220, сфор-
мированных на поверхности:
1 — ореха; 2 - березы, 3 — дре-
весностружечной плиты
видно, что с увеличением размера пор древесины граница внутрен-
них напряжений смещается в глубь подложки. Наибольшее сме-
щение наблюдается в древесностружечной плите и древесине ореха.
При одинаковой толщине пленки наибольшие внутренние напряже-
ния наблюдаются в покрытиях, сформированных на поверхности
ореха, наименьшие—на поверхности древесностружечной плиты.
Физико-механические характеристики и внутренние напряжения
клеевой прослойки не являются постоянными и меняются во вре-
48
мени. Соответственно меняется и адгезионная прочность. Объяс-
няется это старением клея, которое, как показал опыт, может
продолжаться длительное время. Однако наиболее интенсивные
изменения характеристики клея происходят в первый период
эксплуатации клеевых соединений.
Изменение физико-механических характеристик клеевой про-
слойки происходит не только вследствие химических процессов
старения клея. Клеевая прослойка может давать усадку, набухать
или расширяться под действием увлажнения, нагрева и т. д. Так
как клеевая прослойка находится не в свободном состоянии, а свя-
зана с двух сторон с материалами, из-за указанных воздействий
изменяются как внутренние напряжения в этой прослойке, так и
адгезия клея к материалу.
При совместной работе разных материалов, связанных между
собой клеевой прослойкой, важное значение имеет идентичность
характеристик материалов и клея. Чем меньше будет разница в их
свойствах, тем меньшие напряжения будут возникать в клеевых
соединениях в процессе их эксплуатации. Однако на практике
чаще всего приходится склеивать материалы с резко отличаю-
щимися характеристиками. Это видно, в частности, из табл. 5, где
приведены данные, характеризующие коэффициенты линейного
расширения некоторых материалов и полимерных продуктов,
являющихся основой клеевых композиций [12].
Таблица 5
Значения коэффициентов линейного расширения
Наименование материалов Коэффициент линейного расширения К • 10~®
24
11
8,8—12,0
Алюминий
Сталь
Стекло
Древесина:
параллельно слоям . .
перпендикулярно слоям
Хлоркаучук . . .
Поливинилбутираль
Полиэфиры . . .
Эпоксидная смола ....
Фенолформальдегидная смола
Карбамидная смола
2,6—9,5
32,5—61,5
120—130
80—220
80—100
60—70
25—60
25—30
Наиболее важной характеристикой, определяющей возможность
совмещенной работы разных материалов, является модуль упру-
гости и коэффициент линейного расширения.
Склеивание разнородных материалов надежно лишь в том слу-
чае, когда оба материала имеют одинаковые или близкие мо-
дули упругости в направлении, параллельном клеевым швам. Если
49
модули упругости у склеиваемых материалов различны, у одного
из них он должен быть значительно меньше, чтобы при воздействии
температурно-влажностных факторов он мог следовать за другим.
Именно такими свойствами обладают пенопласты и сотопласты
при склеивании с более жесткими древесными материалами. В дру-
гих случаях, когда оба материала жесткие, следует применять
эластичный клей с малым модулем упругости. Если указанные
требования не соблюдаются, в швах клеевых соединений, особенно
эксплуатируемых в наружных условиях, возникают большие внут-
ренние напряжения, значительно снижающие прочность склеива-
ния, а в отдельных случаях даже вызывающие самопроизвольное
разрушение клеевых соединений.
Следовательно, важнейшая задача при склеивании разнородных
материалов—выбор клеевых композиций, имеющих после отверж-
дения наиболее приемлемый модуль упругости.
Низкомодульные клеи не обладают большой прочностью при
разрыве, но они в значительной степени способны воспринимать
деформации. Вследствие низкого модуля упругости в клеевой про-
слойке не возникают значительные напряжения, так как даже
большое растяжение или сжатие клеевой прослойки или склеивае-
мых материалов не вызывает больших напряжений в клее.
Характерные представители низкомодульных клеев — клеевые
композиции на основе каучуков. К высокомодульным клеям в пер-
вую очередь относятся эпоксидные клеи. Задача модификации
эпоксидных и других клеев каучуками — увеличение эластичности
клеев без существенного снижения их прочности.
Различные свойства материалов, особенно при использовании
высокопрочных клеев, могут вызывать значительные деформации
склеиваемых изделий. Если, например, к фанере с одной стороны
приклеить алюминиевый лист, в клееной конструкции возникнут
большие напряжения. Если применен высокопрочный клей с боль-
шим модулем упругости и в клеевом шве не могут релаксироваться
возникающие напряжения, происходит деформация (в данном слу-
чае изгиб) всей конструкции. Если же к фанере с другой стороны
приклеить слой, имеющий аналогичные алюминию характеристики,
конструкция уравновесится и деформироваться не будет. Из этого
следует, что при конструировании клееных изделий необходимо
стремиться к максимально возможному уравновешиванию кон-
струкций, позволяющему до минимума снизить их деформации и
тем самым улучшить эксплуатационные характеристики.
При конструировании клееных изделий необходимо учитывать
свойства клеевых соединений и правильно их использовать. Проч-
ность клеевых соединений в большой степени зависит от конструк-
ции соединения и видов нагрузок, действию которых соединения
подвергаются при работе.
Известно, что клеевые соединения лучше всего работают на
равномерный отрыв, в то время как неравномерный отрыв —
самый невыгодный вид работы клеевого соединения. Если это не
50
учитывается, при приложении нагрузки в клеевых соединениях
могут возникнуть недопустимые напряжения.
В тех случаях, когда возможно избежать появления неравно-
мерного отрыва, используют эластичные клеи или по краям в ме-
стах наибольшего сосредоточения напряжений ставят дополни-
тельные металлические крепления. Зная, с какими трудностями
можно встретиться на практике при склеивании разнородных ма-
териалов, необходимо очень тщательно подходить к выбору каж-
дого параметра, начиная от подбора клеев, конструирования из-
делий и кончая режимами склеивания и хранением клееной про-
дукции.
2. МАТЕРИАЛЫ И ИХ СВОЙСТВА
Древесные материалы. Древесина и ее свойства довольно хо-
рошо освещены в литературе, поэтому остановимся лишь на тех ее
свойствах, которые имеют наибольшее значение при конструиро-
вании клеевых соединений из разнородных материалов.
Наибольшее изменение размеров древесины происходит при
увлажнении и высыхании. Влажность древесины складывается
из содержащейся в ней связанной и свободной влаги. Испарение
свободной влаги обычно не вызывает изменения размеров древе-
сины; испарение связанной влаги происходит при усушке дре-
весины. Наиболее сильно изменяются размеры поперек волокон.
В среднем полная (т. е. от точки насыщения стенок волокон до
абсолютно сухого состояния) линейная усушка вдоль волокон со-
ставляет 0,1—0,3%, поперек волокон радиальная — 3—5% и тан-
гентальная — 6—10%. Объемная усушка в среднем равняется 12%.
Усушка до воздушно-сухого состояния составляет примерно
72 полной, а до комнатно-сухого состояния % полной. Изменение
размеров древесины при разбухании и усушке — основная при-
чина разрушения клеевых соединений разнородных материалов.
Расширение древесины от тепла характеризуется коэффициен-
том линейного расширения, величина которого небольшая (для
•ели вдоль волокон равен 5,4• 10-6, поперек волокон 34,1 «Ю-6).
Механические показатели древесины при 15%-ной влажности
приведены в табл. 6 [44].
Таблица 6
Механические показатели некоторых пород древесины
Порода древесины Пределы прочности, кгс!смг при
растяжении вдоль волокон сжатии вдоль волокон статическом изгибе скалывании вдоль волокон
Сосна 1150 466 877 65—66
Ель 1223 423 774 53—62
Дуб 1288 520 935 85—104
51
Модуль упругости при растяжении и сжатии вдоль и поперек
волокон чаще всего колеблется от 100 до 150 тыс. кгс{см2.
Менее освещены в литературе свойства плитных древесных ма-
териалов, так как по мере усовершенствования технологии их из-
готовления физико-механические показатели их изменяются.
Наиболее стабильный и отработанный в настоящее время ма-
териал— фанера. Благодаря высокой прочности она является хо-
рошим конструкционным материалом для обшивок трехслойных
клееных конструкций. В зависимости от клеев, применяемых при
склеивании, в строительных конструкциях допускается примене-
ние фанеры повышенной водостойкости марок ФСФ, склеенной
фенолформальдегидными клеями, и фанеры средневодостойкой ма-
рок ФС или ФБА, склеенной соответственно карбамидными или
альбумийо-казеиновыми клеями. Используемая фанера должна
иметь сорт не ниже ВВ по ГОСТ 3916—55. Объемный вес фанеры
изменяется в зависимости от породы древесины и составляет для
березовой 640 кг/л/3, ольховой — 580 кг{м\ сосновой — 540 кг(м3.
Широко используют в комбинированных конструкциях дре-
весноволокнистые и древесностружечные плиты.
Древесноволокнистые плиты выпускают пяти типов
(ГОСТ 4598—60):
сверхтвердые с объемным весом не менее 950 кг!м?, твердые
с объемным весом не менее 850 кг!м\ полутвердые с объемным
весом не менее 400 кг/л/3, изоляционные отделочные с объемным
весом не менее 250—350 кг!м\ изоляционные с объемным весом
до 250 кг/м?.
В качестве обшивок многослойных панелей можно применять
два вида древесноволокнистых плит: сверхтвердые и твердые.
Сверхтвердые плиты рекомендуется применять для наружных
обшивок, твердые — для внутренних. Сверхтвердые плиты при
изготовлении пропитываются синтетическими водостойкими смо-
лами или высыхающими маслами с последующей термической об-
работкой.
Широкое применение находят твердые и сверхтвердые плиты
при изготовлении сотовых решеток для трехслойных панелей.
Обычно эти решетки оклеивают алюминием, листовой сталью или
асбестоцементом.
Плиты имеют длину 1200—3600 мм, ширину— 1000—1800 мм,
толщину — 3 и 4 мм.
Пределы прочности сверхтвердых плит при изгибе 500, сжатии
и растяжении 2390, сдвиге — 200 кгс/см2. Расчетное сопротивление
соответственно равно 300, 200 и 120 кгс(см2. Модуль упругости при
растяжении, сжатии и изгибе 50 000, а сдвиге — 20 000 кгс[см2.
Водопоглощение твердых древесноволокнистых плит за 24 ч
составляет до 30%, а разбухание — до 20%.
Древесностружечные плиты (ГОСТ 10635 — 63) выпускают
объемным весом от 650 до 850 кг[м3 длиной 2500—3500 л/л/, шири-
ной 1250—1750 мм, толщиной 6—32 мм.
52
При кратковременном действии нагрузки предел прочности
плит при изгибе и сжатии составляет 120 кгс!см2, а при растяже-
нии — 80 кгс!см2. Расчетное сопротивление составляет соответ-
ственно 60 и 40 кгс!см2, модуль упругости 20 000—25 000 кгс!см2~
Водопоглощение и разбухание плит за 24 ч— до 30%.
Пластмассы. Одним из наиболее распространенных в дерево-
обработке материалов из пластмасс является бумажный слоистый
пластик (ГОСТ 9590 — 61). Он представляет собой листовой мате-
риал, получаемый путем горячего прессования специальных бумаг,
пропитанных синтетическими термореактивными смолами.
По ГОСТ 9590 — 61 изготавливают листы бумажного слоистого*
пластика толщиной 1,0; 1,3; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0 мм, с откло-
нением ±10%, длиной от 1000 до 3000 мм, шириной от600 до 1600 мм
с отклонением +5 мм. Цвет, размеры и толщина листов устанавли-
ваются спецификацией заказчика. Лист может иметь лицевую по-
верхность как с одной стороны, так и с обеих сторон.
В качестве связующих при изготовлении пластика используют
мочевипо-мел аминовую смолу ММ-54-У и бакелитовый лак. Этими
смолами в специальных машинах пропитывают, отжимают валь-
цами и сушат бумаги, которые по назначению делятся на
две группы. К первой группе относятся бумаги для внутренних
слоев пластика, изготовленные из сульфатной небеленой целлю-
лозы, ко второй — бумага для покрытия поверхностных слоев,
пластика, так называемая кроющая бумага, изготавливаемая
из белой облагороженной сульфитной целлюлозы повышенной
прочности.
В зависимости от назначения кроющая бумага делится на
наполненную и не на пол ней и у ю. Наполнителем для
цветной бумаги служит белый пигмент — литопон, а для белой —
двуокись титана. В качестве красителей применяют термостойкие
пигменты и кубовые красители. Ненаполненная бумага предназна-
чается для нанесения на нее типографским способом разного рода
рисунков и текстур. Кроющие бумаги пропитывают бесцветной
прозрачной карбамидной смолой.
Бумагу для внутренних слоев пропитывают фенолформальде-
гидной смолой, которая придает материалу высокую удельную
ударную вязкость и водостойкость.
При формовании пакета во избежание коробления пластика
слои бумаги пропитывают одинаковыми смолами. На 1 мм hqji-
щины пластика обычно требуется 11 листов бумаги.
Пакеты для каждого листа пластика перекладывают листами
нержавеющей стали и прессуют под давлением 100 kzcJcm2 при
температуре 130—140° С и выдержке 4 мин на 1 мм толщины.
По окончании выдержки весь пакет охлаждают до температуры
20—30° С, не снижая давления.
За рубежом бумажные слоистые пластики выпускают во мно-
гих странах под разными фирменными названиями: Мелакарт
(ГДР), Полирей (Франция), Дэпонайт, Лиманит, Формайка
53
(США), Хомапал, Панаке (Англия), Альтрапа, Дуранал (ФРГ),
Формалиитти, ИКИ (Финляндия) и т. д.
Бумажный слоистый пластик характеризуется следующими по-
казателями [45]:
Удельный вес, г/сж3 ..... 1,4—1,5
Теплостойкость по Мартенсу, °C . . 120—140
Коэффициент линейного расширения
10-6 мм!м • град.............. 20—25
Твердость по Бринеллю, кгс}мм2.......... 25—27
Предел прочности при растяжении, кгс/сж2 800—1200
Предел прочности при изгибе, кгс!см2 8—15
Водопоглощение за 24 ч, мг!дм2 . 150—250
Стойкость к кипячению, мин.................. 60
Модуль упругости при кратковременном дейст-
вии нагрузки, кгс{см2 . . , 170 000
Режимы изготовления, а следовательно, и характеристики и
размеры зарубежных марок бумажного слоистого пластика ко-
леблются в значительных пределах. Так, пластик Дэпонайт изго-
тавливают под давлением 7—18 кгс/см2 из специальной бумаги,
пропитанной диаллилфталатовой смолой Дэпонайт. Пакет прес-
суют при температуре 154,4° С и давлении 15,8 кгс!см2. Для от-
верждения требуется 10 мин. Пластик можно свертывать в рулон,
тогда как пластики из меламиновой и фенольной смол изготавли-
вают большими, тонкими и твердыми листами.
Дэпонайт устойчив против воздействия влаги и щелочен.
На него оказывают действия отбеливающие составы, содержащие
хлор и краски. Пластик Дэпонайт в виде прозрачных слоев при-
меняют для крышек столов, фанерованных орехом.
В Японии [46] фирма «Тойк Коутс индастриз Инк» производит
тонкий пластик под названием Иленейсит. Бумагу в этом пластике
пропитывают полиэфирной смолой с катализатором — перекисью
-бензоила. Пластик предназначается для декоративного покрытия
.древесных материалов, асбестоцементных и металлических листов
и других материалов.
В Финляндии пластик Формалиитти прессуют при температуре
140° С и давлении 45 кгс!см2 в течение 20 мин. Прочность его
:при изгибе по длине составляет 965—1215 кгс/сж2, в попереч-
ном направлении 1025—1030 кгс}см2, твердость по Бринеллю —
-28,3 кгс!мм2.
Кроме бумажного слоистого пластика, иногда используют пла-
стик, в состав которого входят слои шпона, ткани и т. д.
В Англии [47] разработана технология производства износостой-
ких декоративных слоистых пластиков, которые по внешнему виду
мало отличаются от натурального шпона. Для пропитки его полу-
чена эластичная термореактивная смола (торговая марка Бутон)
на основе сополимера нефтяного происхождения. Смолу приме-
няют в виде 55%-ного раствора в толуоле.
Как правило, слоистый пластик изготавливают одновременно
с приклеиванием его к основе. С двух сторон основы кладут шпон,
54
причем с лицевой стороны кладут шпон более дорогих сортов.
Шпон, положенный с обратной стороны основы, предотвращает
коробление. Шпон и основу склеивают прокладкой из бумаги,,
пропитанной фенольной смолой. С лицевой стороны шпон покры-
вают нетканой акриловой тканью, пропитанной смолой Бутон.
Прессование в многоэтажном прессе продолжается 15—30 мин прц
температуре 150—170° С и давлении от 7 до 14 кгс)см2.
Расходуя определенное количество смолы и применяя по-раз-
ному обработанные плиты в прессе, получают различные поверх-
ности — от глянцевой до матовой. Для усиления глянца увеличи-
вают количество смолы, наносимой на поверхность шпона, накла-
дывают на него два слоя акриловой ткани (каждый содержит
смолы 143z/jw2).
Применение силиконовой бумаги в качестве прокладки между
пластиком и плитой пресса — наиболее распространенный способ
получения матовой поверхности.
Эластичный пластик, используемый для оклеивания кромок или
наклеивания на поверхность детали при помощи обычных клеев,
изготовляют следующим образом. Шпон с двух сторон покрывают
нетканой акриловой тканью, пропитанной смолой Бутон, и пакет
прессуют обычным путем. Чтобы придать шпону большую эластич-
ность, применяют подкладочный слой полиэтиленовой пленки.
Со стороны полиэтиленовой пленки кладут прокладку из сили-
коновой бумаги. Такие пластики можно без растрескивания согнуть
вокруг стержня диаметром 5 см.
Для приклеивания эластичного пластика используют карбамид-
ный или каучуковый клей. Поверхность полиэтиленовой пленки,
на которую наносят клей, нужно предварительно шлифовать.
Пластики на основе смолы Бутон стойки к действию высокой
температуры и химических реактивов, кипящей воды, а также ми-
неральных масел при температуре 180°С.
В УкрНИИМОД [48] разработан фанеропластик на основе бу-
маг, пропитанных синтетическими смолами, и микрошпона из дре-
весины твердых лиственных пород.
Этот материал используют для облицовки древесноволокнистых
и древесностружечных плит, клееной фанеры и др. Его наклеивают
на основу пленочным клеем ММПК, бакелитовой пленкой и жид-
кими карбамидными клеями.
В зависимости от назначения фанеропластик покрывают с одной
или с двух сторон микрошпоном. Размеры фанеропластика сле-
дующие: длина 1500 мм, ширина 850—1000 мм, толщина 1—3 мм
и более. Он может быть использован при изготовлении мебели,
строительных деталей, облицовки кабин пароходов и самолетов
и для других целей, где необходима высококачественная отделка
поверхности.
Другими распространенными пластмассовыми материалами
являются стеклопластики, состоящие из стекловолокнистых напол-
нителей, склеенных синтетическими связующими. Наполнитель.
55
может быть в виде непрерывного направленного волокна (стекло-
пластики типа СВАМ, АГ-4С и др.), рубленого стекловолокна (по-
лиэфирные стеклопластики) и стеклянной ткани (стеклотек-
столиты).
Стеклопластики на основе рубленого волокна наиболее пер-
спективны для комбинированных конструкций. Их получают чаше
всего методом напыления, при котором рубленые стеклянные нити
смешиваются при распылении со связующим и напыляются тон-
ким слоем на непрерывно движущуюся ленту. Отверждение свя-
зующего происходит в специальных камерах при температуре
до 100° С.
Указанным способом изготавливают полиэфирные стеклопла-
стики, содержащие до 25—30% стекловолокна. Они отличаются
высокой светопрозрачностью (до 85%) при прочности на растя-
жение около 900 кгс/см2 и модуле упругости около 70 000 кгс/см2.
Объемный вес материала — около 1400 кг/м?, водопоглощение
за 24 ч — не более 1 %.
Представляют интерес также стеклопластики типа «Глакрезит»,
которые изготавливают методом прессования на основе фенольных
(крезольных) смол с добавкой гипса или талька. Содержание
смолы в стеклопластике — около 50%. Этот материал обладает
малыми прочностными показателями (прочность на растяжение
около 450 кгс/см2, модуль упругости — около 70 000 кгс/см2),
однако он сравнительно дешев.
В некоторых случаях могут быть использованы высокопрочные
стеклопластики типа СВАМ (прочность на растяжение 5000—
9500 кгс/см2, модуль упругости 350 000—750 000 кгс/см2) и стекло-
текстолиты (предел прочности на растяжение 4000 кгс/см2, мо-
дуль упругости 240 000 кгс/см2).
К наиболее распространенным листовым и пленочным мате-
риалам из пластмасс относится поливинилхлорид, получаемый по-
лимеризацией винилхлорида с инициаторами — перекисями.
Поливинилхлоридный порошок перерабатывают в листы, пленки
и т. д. методом вальцевания или прессования.
В чистом виде поливинилхлорид используют мало, так как из-
делия из него имеют повышенную хрупкость. Для улучшения его
свойств добавляют стабилизаторы (аминокислоты, соду и др.)
и пластификаторы (дибутилфталат, сополимеры винилхлорида
с винилацетатом и др.). Эти добавки увеличивают прочность поли-
мера, приводят к снижению температуры замерзания и большему
удлинению при разрыве.
В зависимости от количества пластификатора поливинилхлорид-
ные материалы делятся на жесткие, полужесткие и
мягкие с содержанием пластификатора соответственно 0—10%,
10—30 и свыше 30%.
Жесткий поливинилхлорид обладает достаточно высокой проч-
ностью. Предел прочности его при растяжении доходит до
500 кгс/см2, сжатии — 600 кгс/см2, изгибе—800 кгс/см2, ударная
.56
вязкость до 100 кгс • см/см2, теплостойкость материала — до 65° С
по Мартенсу.
Модуль упругости материала при кратковременном действии
нагрузки составляет 25 000—30 000 кгс!см2. При повышении тем-
пературы до 40° С показатели механических свойств уменьшаются
в 2 раза, а при температуре до 60° — в 3 раза.
В клееных изделиях поливинилхлорид чаще всего используют
в виде пленок для облицовки древесных материалов.
Основным сырьем для изготовления пленок служат выпускаемые
в СССР поливинилхлоридные смолы марок ПФ-1, ПФ-2, ПФ-3,
ПФ-4. Наиболее распространена смола марки ПФ-4.
Для прозрачной и укрывистой отделки древесных материалов
поливинилхлоридные пленки должны содержать не более 15—20%
пластификатора. Такое количество пластификатора обеспечивает
требуемую твердость пленкам (не более 8—10 кгс!мм2 по Бри-
неллю) .
Светостойкость пленок значительно повышается при введении
двуокиси титана, сажи, кумарон-инденовых смол. Для получения
непрозрачных пленок в поливинилхлорид, кроме вышеперечислен-
ных компонентов, вводят наполнители и красители. В качестве на-
полнителей используют тонкоизмельченные инертные вещества:
тальк, мел, кварцевую муку, барит и др.
В качестве красителей используют различные пигменты — брил-
лиантовую зелень, пигмент желтый, голубой и др., а также жиро-
р а с т в о р и м ы е к р а с и т с л и.
При облицовке древесных плит, кроме облицовочных пленок,
используют клеящие пленки, которые содержат в своем составе
до 40% дешевого наполнителя (диатомита) и около 5—10% эпок-
сидной смолы, обеспечивающей после отверждения высокую адге-
зию покрытия к поверхности древесных материалов.
Возможно получение непосредственно на древесных плитных
материалах поливинилхлоридного покрытия из поливинилхлорид-
ных паст, представляющих собой смесь размягченной пластифика-
тором поливинилхлоридной смолы с добавкой стабилизаторов, пиг-
ментов и наполнителей. Пасту наносят на древесину в количестве
300—350 a/jw2, покрывают полированными листами и прессуют под
давлением 8—10 кгс/см2 при температуре t = 165° в течение 15 мин
с последующим охлаждением в прессе до 20° С. Таким образом,
на поверхности древесных плит образуется пленка с хорошими де-
коративными качествами.
Таким же образом изготавливают пленки на бумажной основе.
Обычно толщина прозрачной пленки составляет 0,3±0,02 мм и
укрывистой 0,5±0,02 мм.
Физико-механические показатели пленок приведены в табл. 7 [49].
Из плитных пластмассовых материалов, используемых в клее-
ных комбинированных конструкциях, наиболее распространены
и перспективны полистирольные пенопласты.
Пенопластами называют материалы с системой изолиро-
57
данных, не сообщающихся между собой ячеек, содержащих газ или
<смесь газов, и разделенных тонкими стенками. Пенопласты могут
быть получены различными методами и на основе разных полиме-
ров. В зависимости от вида исходного сырья и способа изготовле-
ния пенопласты обладают разными объемными весами, прочностью,
.влагостойкостью и т. д.*
Таблица 7
Основные физико-механические показатели пленок
Физико-механические показатсли
Наименование показателей
облицовочные клеящие
Объемный вес, г/слт3
Толщина, лш . .
Предел прочности, kzcJcm2:
при растяжении
при сжатии ....
Твердость по Бринеллю,
кгс!мм2....................
Температура размягчения, °C
Температура разложения, °C
Водопоглощение за 24 ч, %
1,3-1,4
0,3—0,6
200
500—600
10—12
80—100
180
0,5—0,6
1,3
0,25
100
300
80—100
180
0,6—0,7
Для изготовления комбинированных клееных конструкций пред-
ставляют интерес жесткие полистирольные и в меньшей степени
фенольные пенопласты. В производстве мебели используют эла-
стичный пенополиуретан (поролон).
Наиболее ценные свойства полистирольных пенопластов —
малый объемный вес и хорошие теплоизоляционные свойства. На-
пример, слой пенопласта толщиной 2,5 см с объемным весом 15—
ВО кг!м? по теплозащитной способности эквивалентен слою бе-
тона, толщиной 130 см, слою древесины толщиной 15 см п
.слою древесноволокнистых плит толщиной 8 см [50]. Пенопласты
обладают сравнительно малой прочностью, особенно полпстп-
рольные беспрессовые пенопласты (типа ПС-Б). Более высокие
показатели у пенопластов прессового изготовления (типа ПС-4
и ПС-1 и др.).
Сочетание беспрессовых полистирольных пенопластов с древес-
ными материалами позволяет в полной мере использовать их поло-
жительные свойства (малый вес и хорошие теплотехнические свой-
ства), уменьшая недостаток — малую их прочность.
Наша промышленность выпускает [50] большой ассортимент
различных пенопластов: полистирольный беспрессовый пенопласт
ПС-Б (ТУ МХП 50—64), прессовые ПС-1 (ТУ МХП 3202—54)
и ПС-4 (ТУ МХП 509—54, 78—56). Механические свойства поли-
стирольных пенопластов прессового изготовления приведены
в табл. 8.
58
Таблица 8
Механические свойства полистирольных пенопластов [51]
Наименование показателей Объемный вес кг'м3
40 60 80 100 200
Предел прочности, кгс/см2-.
при сжатии 2,0 5,0 7,0 9,0 20
при растяжении . . 2,0 5,0 7,0 9,0 20
при сдвиге . 2,0 4,0 5,5 7,0 —
Модуль упругости, кгс/см2-.
при сжатии 120 300 400 600 1000
при растяжении 120 300 400 600 1000
при сдвиге . 80 150 190 220 —
Примечание. Теплостойкость пенопласта
60—65° С.
Свойства пенопластов беспрессового изготовления зависят от
технологии вспенивания: по автоклавному способу, при помощи
острого пара или нагрева ТВЧ. При правильно выбранной техно-
логии (например, по методу теплового удара) механические пока-
затели пенопластов при равном объемном весе мало отличаются
от показателей материала прессового изготовления.
Фенольные пенопласты получают из фенолформальдегидных
смол путем вспенивания. Основные механические свойства фе-
нольных пенопластов следующие:
Объемный вес, г/см3 .... 0,03 до 0,08
Прочность при сжатии, кгс/см2 . . 0,6—2,0
Прочность при растяжении, кгс/см2 0,3—2,5
Прочность на изгиб, кгс/см2 0,6—2,8
Модуль сдвига, кгс/см2 . 14—27
Усадка при получении пен . 1/400
Фенолформальдегидные заливочные пенопласты имеют неко-
торую адгезию (табл. 9) к древесностружечным и древесноволок-
нистым плитам (по данным П. В. Годило).
Эластичные полиуретановые пенопласты получают беспрессо-
вым методом путем смешивания полиэфиров и изоцианатов. В про-
цессе поликонденсации происходит обильное выделение углекис-
лого газа, который вспенивает образующийся полимер.
Эластичный пенополиуретан имеет минимальную прочность и
не является конструкционным материалом; он хорошо склеивается
с древесными материалами каучуковыми клеями.
К пластмассовым материалам, используемым в клееных ком-
бинированных конструкциях и деталях, относятся сотопласты,
имеющие вид пчелиных сот. Сотопласты характеризуются регулярно
59
Таблица 9
Прочность склеивания заливочных фенольных пенопластов
с древесными материалами
Наименование показателей Сосна Фанера не обработан. Фанера зашкурен. ДСП не обработан. ДСП зашкурен. двп
Предел прочности при испытании образцов на скалывание, кгс!см? 0,55 0,56 0,67 0,38 0,83 0,70
Примечание. Во всех случаях характер разрушения адгезионный (по
границе пенопласта с древесным материалом).
повторяющимися полостями, имеющими правильную геометриче-
скую форму. Изготавливают их из бумаги, ткани и других
материалов, чаще всего пропитанных термореактивными смолами.
Характеристика сотопластов приведена в табл. 10 [52].
Характеристика сотопластов различных видов
Таблица 10
Материал сот Размер сот, мм Объемный вес, кг’м' Предел прочности, кгс/сЛ? Модуль упругости, кгс[см?
при сдвиге при сжатии
Хлопчатобумажная ткань, пропитанная фенолформальдегид- ной смолой ПЛ 60 8,1 16,5 427
То же ... . . . П,1 140 22,2 71,7 1169
Крафт-бумага, пропи- танная той же смолой П,1 60 9,7 17,6 539
То же ... ... П,1 90 15,2 52 1260
Алюминиевая фольга толщиной 0,05 мм с клеевой пленкой 9,53 75 6,3 13,8 2800
То же толщиной 0,08 мм 9,53 70 11 26 4760
Для изготовления щитовой мебели и дверей применяют непро-
питанный бумажный сотопласт.
Металлы. Наиболее перспективно в комбинированных конструк-
циях применение алюминия и его сплавов. Тонкие алюминиевые
листы используют в качестве наружных слоев трехслойных щитов
и панелей. Аналогичное применение находит и тонкая листовая
сталь.
Для защиты и упрочнения поверхности древесных материалов
могут быть использованы тонкие алюминиевые сплавы, сталь, пла-
кированная пластмассами, и т. д. В настоящее время благодаря
небольшой толщине и атмосферостойкости наиболее экономична
60
алюминиевая фольга. Отечественная промышленность производит
алюминиевую фольгу толщиной 0,015—0,200 мм. Изготавливают
фольгу из алюминия марок АД, АД1 (ГОСТ 4784—49), АО, АОО
(ГОСТ 3549 — 55) и более чистых (99, 85%) сортов алюминия.
Фольгу выпускают в виде листов размером 440X500 мм и в ру-
лонах шириной 440 мм. В настоящее время промышленность осваи-
вает производство фольги в рулонах шириной до 1200 мм.
Для защиты древесных материалов, эксплуатируемых в наруж-
ных условиях, используют фольгу марок АД, АДЬ толщиной 0,06,
0,1; 0,2; 0,5 мм, обладающую наибольшей атмосфероустойчи-
востью.
Глава III
КЛЕИ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
С ПЛАСТМАССАМИ И МЕТАЛЛАМИ
Склеивание древесных материалов с пластмассами и метал-
лами— сравнительно новый процесс, поэтому сейчас еще нельзя
строго разграничить, для склеивания каких сочетаний материалов
пригодны клей той или иной группы. Еще труднее дать рекоменда-
ции для каждой конкретной марки клея, тем более, что количе-
ство их беспрерывно увеличивается. Вместе с тем для некоторых
клеев уже есть определенные данные, позволяющие судить об их
пригодности для склеивания разнородных материалов (древесины,
пластмасс и металлов). Ниже рассматриваются лишь те группы
клеев, которые уже применяют для склеивания древесных мате-
риалов как между собой, так и с другими материалами.
Ввиду разнообразия клеев и различных свойств соединяемых
материалов можно сформулировать общие требования к ним:
клеи должны иметь хорошую адгезию к склеиваемым материа-
лам. При испытании образцов разрушение в основном должно про-
исходить по наиболее слабому материалу,
желательно, чтобы коэффициенты линейного расширения и
модули упругости клеев и склеиваемых материалов были близкими по
величине, в противном случае следует использовать эластичные
низкомодульные клеевые составы;
в процессе эксплуатации клеи не должны значительно изменять
своих свойств, т. е. клеевые соединения должны иметь достаточно
высокую длительную прочность в процессе эксплуатации;
клеи должны быть нейтральными к склеиваемым материалам,
т. е. не вызывать коррозии металлов или не способствовать ее раз-
витию;
клеи должны быть достаточно технологичными, т. е. легко пере-
мешиваться при приготовлении, наноситься наиболее доступными
механизмами, иметь требуемую жизнеспособность, отверждаться
в необходимые сроки, обеспечивать непрерывное автоматизирован-
ное производство;
вредность клеев для работающих должна быть минимальной;
клеи должны быть дешевыми.
В настоящее время еще нет таких клеев, свойства которых
в равной степени удовлетворяли бы все указанные требования.
Так, эпоксидные клеи имеют хорошую адгезию к большинству
склеиваемых материалов и обеспечивают высокопрочное соедине-
ние, однако стоимость и вредность их высоки, клеевое соединение
имеет большую жесткость и плохое сопротивление неравномерному
отрыву; каучуковые клеи дают более эластичное, но менее прочное
62
соединение. Карбамидные клеи не обеспечивают стойкого соедине-
ния при эксплуатации в наружных условиях, имеют плохую адге-
зию к металлам; вместе с тем они относительно мало вредны, де-
шевы и малодефицитны.
В настоящее время наша промышленность располагает доста-
точным ассортиментом клеев, и при квалифицированном их вы-
боре можно склеивать практически все древесные материалы с ме-
таллами, пластмассами, стеклом, резиной и другими материалами.
Успехи в развитии химии дают основание полагать, что указанные
возможности с каждым годом будут расширяться.
1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ КЛЕЕВ И ИХ СОСТАВ
Классификация и общая характеристика клеев. Клеи можно
классифицировать по разным признакам: теплостойкости (малой,
средней и повышенной), основному компоненту клея — смоле
(эпоксидные, фенольные и т. д.), способу отверждения (холодного
или горячего отверждения), водостойкости, назначению (конструк-
ционные и неконструкционные клеи) и т. д.
Каждая классификация имеет свои достоинства и недостатки.
Учитывая то, что одни и те же клеи могут быть использованы
для склеивания различных материалов, в книге принята класси-
фикация по типу основного компонента клея — смолы. Эта клас-
сификация условна, так как в состав модифицированных клеев
могут входить несколько смол (например, фенолэпоксидные), при-
чем количество основных компонентов может быть разным.
Основные группы и марки клеев для склеивания древесных
материалов между собой, с пластмассами и металлами представ-
лены в схеме (см. стр. 64).
Наиболее распространены и перспективны термореактив-
ные клеи. Они представляют собой растворы различных полиме-
ров или их смесей в органических растворителях или мономерных
продуктах. Особенность клеев этой группы в том, что при отверж-
дении они образуют неплавкие и нерастворимые продукты, обла-
дающие хорошей теплостойкостью и клеящей способностью.
Отверждение термореактивных смол чаще всего происходит
в присутствии кислых или щелочных катализаторов или отверди-
телей при нормальной или повышенной температуре. К недостат-
кам этих клеев можно отнести повышенную хрупкость, поэтому
часто термореактивные клеи (с целью придания им пластичности)
модифицируют термопластичными и другими смолами и каучу-
ками.
Особенностью термопластичных клеев, относя-
щихся ко второй группе, является термопластичность, т. е. спо-
собность при нагреве размягчаться. Из-за недостаточной тепло-
стойкости области применения термопластичных клеев менее ши-
роки, чем у термореактивных клеев. Термопластичные клеи также
чаще всего применяют в виде растворов полимеров в органических
63
>:
ста
со
Сзо
растворителях или в мономерах (в виде начальных продуктов по-
лимеризации).
Основным свойством каучуковых клеев, относя-
щихся к третьей группе, является повышенная эластичность, увели-
чивающая прочность клеевых соединений при неравномерном от-
рыве и способствующая склеиванию материалов с различными
свойствами. В отличие от клеев первых двух групп, при склеива-
нии которыми изделия необходимо выдерживать под давлением
определенное время, при склеивании каучуковыми клеями давле-
ние может быть приложено лишь на короткий срок, необходимый
для осуществления сплошного контакта склеиваемых поверхностей,
поэтому каучуковые клеи иногда называют контактными.
В настоящее время есть большое количество марок клеев, от-
носящихся к той или иной группе. Клеи, относящиеся к одной
группе (например, эпоксидные, фенолформальдегидные и т. д.),
обычно имеют общие характеристики, которые приведены в табл. 11.
Данные, приведенные в таблице, дают лишь общее представле-
ние о свойствах отдельных видов клеев. Так как даже на основе
одной и той же смолы можно приготовить различные клеи, свой-
ства этих клеев будут различными. Например, в таблице приведены
температурные режимы склеивания на холоду и с нагревом. По-
давляющее количество клеев имеет в своем составе отвердители,
поэтому трудно строго разделить их на клеи горячего и холодного
отверждения. Кроме того, подбирая комбинированные отвердители,
можно добиться отверждения клеев в широких интервалах темпе-
ратур. Одни и те же отвердители позволяют отверждать некоторые
клеи как на холоду, так и с нагревом.
Часто в процессе нагрева при склеивании указанными клеями
не происходит полного отверждения, поэтому рецептуру клея под-
бирают таким образом, чтобы в период после нагрева за счет
действия отвердителей происходило бы полное отверждение его.
Во время нагрева клей из жидкого состояния должен перейти
только в твердое; при этом адгезионная и когезионная прочность
клеевой прослойки должна обеспечивать прочное соединение склеи-
ваемых поверхностей, т .е. иметь так называемую разборную проч-
ность.
От изменения вида и количества отвердителя зависит жизне-
способность клеев. Причем, как и скорость отверждения, жизнеспо-
собность клеев можно менять в довольно широких пределах.
Прочностные показатели при испытаниях на сдвиг для боль-
шинства клеев определяются прочностью наиболее слабого мате-
риала. При неравномерном отрыве разрушение почти всегда проис-
ходит на границе клей — материал или по клею.
Относительный характер имеют также данные о водостойкости
клеев, так как водостойкость во многом определяется уменьшением
прочности материалов, в первую очередь древесных. Различ-
ные клеи одного класса могут иметь разную водостойкость.
Так, мочевиноформальдегидные имеют среднюю водостойкость,
65
Таблица 11
Свойства основных видов клеев
Клеи Максимальная жизнеспособность, ч Режимы склеивания Рабочая температура эксплуатации Атмосферо- стойкость Вредность
давление, кг с/ см'1 темпера- тура, °C выдержка под давлением
Эпоксидные 1,0-2,5 0,1-1,0 16-20 60-90 24-30 ч 20—30 мин До 80-100 Хорошая Выше средней
Фенолформальдегидные 1,5—2,5 2—3,5 больше 24 0,5-5,0 16-20 60-90 130-150 20-25 ч 20—30 мин 8—12 мин До 100-120 Отличная Большая
Резорциноформальде- гидные 3,0-3,5 0,5-5,0 16-20 60-80 20-25 ч 15—25 мин То же То же То же
Карбамидные 2-3 3-4 более 24 0,5-3,0 16-20 80-90 120-130 16-24 ч 20—35 мин 7—10 мин До 80-100 Средняя Средняя
Полиэфирные 3-4 0,1-1,0 16-20 60-80 25-40 ч 30—45 мин До 80—100 Хорошая Большая
Поливинилацетатные Практически не ограничена 0,5—5,0 18-20 80 2-4 ч 15 мин До 60 Ниже средней Малая
Перхлорвиниловые Более 24 0,5 15-20 60 1-2 ч 10—15 мин 60-80 Средняя Выше средней
Каучуковые До 6 месяцев 0,5-1,0 16-20 90-95 Контакт до 10 мин До 80 Средняя Средняя
а мочевино-меламиноформальдегидные клеи отличаются повышен-
ной водостойкостью.
Вредность клеев, относящихся к одной группе, также различна.
Например, фенолформальдегидный клей ВИАМБ-3 имеет в своем
составе до 20% вредного для здоровья свободного фенола, а клей
КБ-3 — до 4%. Перхлорвиниловый клей на таких растворителях,
как циклогексанон, дихлорэтан, толуол, более вреден, чем на
метиленхлориде.
Клеи могут быть поставлены и использованы как в виде жид-
костей, так и в виде пленок, порошков. Клеи марок Б, БФ, 88-Н
и другие представляют собой готовые композиции; клеи других
М’арок готовят на месте потребления из отдельных компонентов.
Большинство клеев используют в жидком виде (КБ-3, ПН-1, К-17
и т. д.); они остаются жидкими и хорошо текучими в начальной
стадии процесса склеивания. Некоторые клеи (БФ, 88-Н и т. д.)
с целью удаления растворителя сушат после нанесения на склеи-
ваемые поверхности.
Важным вопросом является выбор соответствующего вида и
марки клея для соединения тех или иных пар материалов.
В табл. 12 представлены ориентировочные данные о возмож-
ности и целесообразности использования различных видов клеев
для склеивания тех или иных материалов.
Конкретные экспериментальные данные по прочности склеива-
ния различными клеями приводятся в последующих главах книги.
Однако отметим, что по ряду клеев экспериментальных данных
вообще нет или они имеют только лишь разведывательный ха-
рактер, поэтому на практике вполне возможны уточнения приве-
денных в книге данных.
Клеи и их состав. Различные виды и марки клеев отличаются
друг от друга как по составу, так и по свойствам. Описание и ре-
цептурный состав их приводятся ниже.
Эпоксидные клеи. Клеи на основе эпоксидных смол уни-
версальны. Благодаря высоким адгезионным, механическим и элек-
трическим свойствам эти клеи используют для склеивания самых
различных материалов — металлов, пластмасс, древесины, бе-
тона и т. д.
Наряду с хорошей адгезией эпоксидные клеи при отверждении
почти не выделяют летучих веществ, усадка клеев не превышает
2—4%, а в большинстве случаев составляет менее 1%.
Эпоксидные смолы представляют собой линейные полимеры,
содержащие в молекуле эпоксидные (оксиэтиленовые) группы.
Смолы получаются при конденсации эпихлоргидрина с дифенило-
пропаном в присутствии хлористого натрия. В результате взаимо-
действия смол с отвердителями образуются полимеры с трехмер-
ной сетчатой структурой.
Отверждение эпоксидных смол (клеев) происходит при помощи
основных или кислотных отвердителей. Из кислотных отвердителей
наиболее часто используют малеиновый или фталевый ангидриды,
67
Таблица 12
Применимость различных клеев для склеивания древесных материалов
с пластмассами и металлами
Склеиваемые материалы: древесина и материалы на ее основе с
Клеи древесными материалами алюминиевыми сплавами сталью пенопластом полистироль- ным бумажным слоистым пластиком стеклопласти- ком поливинил- хлоридом органическим стеклом
Эпоксидные . . В Р Р в В в Р В
Фенолформальде-
гидные . . . Р Р * р * Р Р Р В И
Бутвар-феноль-
ные ... В в В н В н В н
Резорцинофор-
мальдегидные Р Р * р * в р р в в
Полиэфирные . В н Н в В р в в
Карбамидные р н н р р в в в
Полиуретановые в в в в в в в в
Поливинилацетат-
ные р в в р в н в 11
Перхлорвиниле-
вые в н *** в *** в в в *** р в
Каучуковые р р р р ** р в р в
Примечания:
1. Приведенные рекомендации — ориентировочные и
ваться с учетом условий работы клеевых соединений.
2. Обозначения: Р — рекомендуются, В — склеивание
комендуются.
должны
корректиро-
возможио, II — не ре-
* Клей холодного отверждения с подслоем по металлу.
** Склеивание с одновременным вспениванием пенопласта. Клеевой шов
предварительно подсушен.
*** За исключением модифицированных клеев (типа ПЭД-Б), которые ре-
комендуются.
а из основных — полиэтиленполиамин (ПЭП) и гексаметилендиа-
мин (ГМДА, кубовые остатки его).
Алифатические амины и некоторые низкомолекулярные полиа-
миды отверждают смолы при нормальной температуре, а ангид-
риды кислот, ароматические амины и амиды кислот — при нагре-
вании. При использовании аминов жизнеспособность эпоксидных
композиций обычно не превышает нескольких часов; применение
малеинового ангидрида позволяет получить составы с жизнеспо-
собностью более суток.
Отечественной промышленностью выпускаются различныё
марки эпоксидных смол: Э-40, ЭД-5, ЭД-6 и др. Для использова-
ния в качестве клеев наиболее приемлема смола ЭД-5.
68
На основе смолы ЭД-5 приготавливают различные клеевые со-
ставы. Как правило, в состав клея, помимо смолы, входят различ-
ные модификаторы и разбавители (полиэфиры, дибутилфталат
и др.), наполнители (цемент, кварцевый песок, древесная мука)
и отвердители (полиэтиленполиамин, кубовые остатки гекса-
метилендиамина и др.).
Техническая характеристика смолы ЭД-5 согласно ТУ
ЛСНХ 33029 — 59 следующая:
Внешний вид Вязкая жидкость
светло-коричневого цвета
Удельный вес (не браковочный) г/см9 1,2—1,3
Содержание летучих, %, не более 2,0
Содержание эпоксидных групп, %,
не менее 16
Время отверждения с МДА при
120° С, лшн, не более.......... 10
По фенолфталеину реакция должна
быть............................. нейтральной
Вязкость при температуре 40° С, спз не выше 2500
Для склеивания различных строительных конструкций и других
изделий [53] используют различные клеи на основе смолы ЭД-5 и
ЭД-6*. Состав некоторых клеев приведен в табл. 13.
Таблица 13
Состав эпоксидных клеев (вес. частей)
Наименование компонентов ТУ или ГОСТ Содержание для марок
ЭПЦ-1 ЭПЦ-2 ЭОРЦ-1
Эпоксидная смола ЭД-5 ТУ ЛСНХ 33029 — 59 100 100
Эпоксидная смола ЭД-6 СТУ 30—14026 — 63 — -— 100
Полиэфир МГФ-9 ТУ БУ—17 —56 20—30 — —
Полиэфир ТГМ-3 ТУ БУ — 17—56 — 20—30 —
Окситерпеновый раство- СТУ 12 12—110 — 62 — — 40
ритель
Кубовые остатки ГМДА ТУ 1036 — 59 25 25 30
или полиэтилснполиа- ТУ 49—2529 — 62 10 10 15
МИИ
Портландцемент или ГОСТ 970 — 61 100—200 200 200
вибромолотый кварце- ГОСТ 9077 — 59
вый песок
Опыты показали, что указанные клеи могут быть использованы
также для склеивания древесных материалов с металлами и неко-
торыми пластмассами. Состав клеев при этом несколько изме-
няется, главным образом за счет уточнения вида и количества
наполнителей.
* Исследование клеев для изготовления строительных конструкций прово-
дится в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко канд. техн, наук А. С. Фрейдиным
и другими сотрудниками.
69
Для улучшения свойств эпоксидных клеев (повышения эластич-
ности и теплостойкости, улучшения технологических характери-
стик) эпоксидные смолы часто модифицируют различными смо-
лами, каучуками и другими веществами. Так, эпоксидно-фенольные
клеи отличаются стойкостью к продолжительному воздействию
высоких температур. Преимущество их — сочетание хорошей адге-
зии эпоксидной смолы с хорошей теплостойкостью фенольной. Эти
клеи часто применяют в виде пленки, армированной стеклотканью,
для склеивания металла с металлом. Ввиду малой теплостойкости
древесных материалов эти клеи не представляют большого ин-
тереса.
За рубежом широко распространены эпоксидно-полиамидные
клеи, так как они пригодны для склеивания многих жестких и эла-
стичных материалов: металлов, резин, стекла, керамики, пласт-
масс и древесины. Добавление к эпоксидным клеям полиамидов
придает клеевому соединению определенную эластичность, но не-
сколько снижает сопротивление ползучести при высоких темпе-
ратурах и химическую стойкость.
Эпоксидные смолы способны реагировать с жидкими полисуль-
фидными полимерами в присутствии органических аминов. К клеям
такого типа относится компаунд К-153 (СТУ 30—14161—64), ко-
торый представляет собой смолу ЭД-5, пластифицированную поли-
эфиром МГФ-9 и тиоколом НВ. В состав клея на 100 вес. частей
смолы входят 20 вес. частей тиокола, 10 вес. частей полиэфира
МГФ-9, 23 вес. частей кубовых остатков ГМДА или 12—15 вес. ча-
стей полиэтиленполиамина. Клей К-153 можно использовать как
с наполнителем, так и без него.
С целью повышения эластичности эпоксидные смолы модифи-
цируют низкомолекулярным каучуком С КН-26—1, который совме-
щается с эпоксидной смолой.
Для склеивания металлов с древесными материалами пред-
ставляют интерес, например, клеи К-134, К-147 и К-139, рецептура
которых приведена в табл. 14.
Таблица 14
Рецептура эпоксидно-каучуковых клеев (вес. частей)
Наименование компонентов Содержание для марок
К-134 К-147 К-139
Эпоксидная смола ЭД-5 100 100 100
Полиэфир МГФ-9 75 25 20
Каучук СКН-26 — 1 200 70 20
Полиэтиленполиамин 25 18 18
Портландцемент 100—200 100—200 100—200
Фенолформальдегидные клеи. Клеи на основе фенол-
формальдегидных смол нашли широкое применение как в дерево-
70
обрабатывающей промышленности, так и в других отраслях на-
родного хозяйства для склеивания пластмасс, металлов и других
материалов. Эти клеи обеспечивают высокопрочные водостойкие
клеевые соединения, отличаются хорошими технологическими свой-
ствами, сравнительно доступны и дешевы.
Для склеивания древесных материалов между собой, а также
с металлами (через подслой) и пластмассами наибольший интерес
представляют клеи на основе смолы Б (КБ-3), СП-2 (СП-2) и
ВИАМ Б (ВИАМ Б-3).
Для склеивания металлов между собой и с некоторыми дру-
гими материалами применяют очень распространенные модифици-
рованные фенолформальдегидные клеи. Например, фенольно-кау-
чуковые клеи применяют для склеивания металла с металлом
и с древесиной в условиях, когда особое значение приобретает
стойкость к вибрации и низким температурам.
Представляют интерес фенольно-эпоксидные клеи. В разрабо-
танном в ЦНИИСК [53] клее ФЭ-10 к фенолформальдегидной
смоле Б добавляют 10% эпоксидной смолы ЭД-5 и наполнитель —
5—8% древесной муки. Отверждение клея происходит при 140—
150°. Для ускорения процесса отверждения в этот клей можно до-
бавлять резорциноформальдегидную смолу ФР-2 или дифеноль-
ну ю смолу ДФК-8.
Хорошо известны клеи на основе фенолформальдегидной смолы,
модифицированной поливинилформалем или поливинил бутир ал ем.
Эти клеи имеют высокий предел прочности на сдвиг при комнат-
ной температуре, снижающийся при повышении температуры. Их
выпускают в виде растворов, эмульсий, пленок или в виде двух
отдельных компонентов (жидкая фенольная смола и порошок
поливинилформаля).
Фенолформальдегидные смолы, модифицированные ацеталями
поливинилового спирта, нашли в нашей стране широкое примене-
ние для склеивания разнородных материалов, в том числе дре-
весины с металлами.
В нашей стране широко известны фенолполивинилбутиральные
клеи типа БФ (БФ-2, БФ-4, БФ-6).
Клеи типа БФ представляют собой спиртовые растворы резоль-
ной фенолформальдегидной смолы, совмещенной с поливинилбути-
ралем. Резольная смола обеспечивает способность клея к отверж-
дению под воздействием тепла, а поливинилбутираль — хорошие
адгезионные свойства. В зависимости от соотношения этих компо-
нентов клеи разных марок предназначаются для различных видов
склеивания.
Клеи БФ-2 и БФ-4 применяют для склеивания металлов, дре-
весины, стекла, пластмасс и кожи. Клеи БФ-3 и БФ-5 обладают
хорошей адгезией к стеклу и стекловолокну. Их применяют
в производстве стеклотекстолита.
Клей БФ-6 применяют в основном для склеивания тканей.
Кроме того, его используют для приклеивания тканей к металлам
71
и для соединения пластмасс с металлами. В состав этого клея,
кроме резольной смолы и поливинил бутир аля, входят мягчители,
пластификаторы и некоторое количество канифоли.
Клеи БФ-2 и БФ-4 представляют наибольший интерес. Ими
можно склеивать древесину, пластмассы, металлы, а также можно
использовать в качестве подслоя для защиты металла от разру-
шающего действия кислотных отвердителей, входящих в состав
фенолформальдегидных клеев холодного отверждения (склеива-
ние с подслоем).
Основные свойства клеев БФ-2 и БФ-4 приведены в табл. 15.
Таблица 15
Характеристика клеев БФ-2 и БФ-4
Наименование показателей
Вязкость по Форд-Энглеру,
сек . .............
Сухой остаток, % •
Прочность склеивания алюми-
ниевых сплавов, кгс}см2-.
при комнатной температу-
ре, не менее . .
при 60° С, не менее .
Термостойкость после нагрева
пленки, нанесенной на белую
жесть, в течение 6 ч при
180° С
Эластичность по шкале
НИИСК ..................
Морозостойкость при минус
60° (визуально) . . . .
Клей
БФ-2 БФ-4
30—60 30—60
14—17 10—13
100 100
65 60
— Отсутствие трещин на сги- бе образца '(в холодном со- стоянии)
3 1
Отсутствие трещин на образце
Обычно клеи БФ-2 и БФ-4 наносят на поверхность в несколько
слоев. После высыхания первого слоя наносят второй слой. После
высыхания второго слоя склеиваемые части плотно прижимают
друг к другу (р = 3-ь5 кгс/см2) для обеспечения хорошего контакта
и выдерживают определенное время при /=140—160° С. Длитель-
ная термообработка не ухудшает прочности склеивания; недоста-
точный прогрев является причиной недостаточной прочности клее-
вого шва. После термообработки изделия охлаждают; при этом
рекомендуется не снимать прижимное давление до окончания про-
цесса охлаждения.
72
Если склеивание необходимо производить при температурах
менее 100°, следует применять клей БФ-4. В таких случаях нужно
снижать температуру подсушки и отверждения до 60° С, а время
склеивания принять равным 2—3 ч.
Недостаток клеев типа БФ состоит в том, что отверждение их
происходит при нагреве склеиваемых изделий.
Клеи БФ-2 и БФ-4 применяют как в жидком виде, так и в виде
комбинаций их с пленочными клеями этих же марок [54].
Пленки получают путем налива жидкого клея на поверхность
стекла или поливинилхлоридного пластиката и последующего уда-
ления растворителя. Обычно толщина пленок составляет 0,15—
0;20 мм. Пленки можно хранить длительное время, однако со вре-
менем прочность склеивания ими несколько уменьшается.
Резорциноформ альдегидные клеи. Наряду с фенол-
формальдегидными клеями в практике находят применение также
резорциноформальдегидные клеи. В нашей стране эти клеи исполь-
зуют пока мало из-за дефицитности и высокой стоимости ре-
зорцина.
Наряду с высокой водостойкостью достоинством резорцино-
формальдегидных смол является также способность быстро от-
верждаться на холоду в присутствии как кислых, так и щелочных
катализаторов.
Наиболее известным отечественным клеем является клей ФР-12,
состоящий из резорциноформальдегидной смолы КФ-12 и отвер-
дителя — параформальдегида. При склеивании на холоду в смолу
вводят 18% отвердителя, а при высокочастотном склеивании —
6,5—8% к весу смолы.
Жизнеспособность клея 3—4 ч, рН = 7,2-г-7,4, концентрация —
70%. Срок хранения смолы 6 месяцев.
Полиэфирные клеи и связующие. Полиэфирные
смолы образуются, например, при реакции взаимодействия ангид-
ридов ненасыщенных двухосновных кислот (малеинового ангид-
рида и др.) с двухатомным спиртом (диэтиленгликолем и др.).
Адгезионные свойства полиэфиров обусловлены наличием в мо-
лекуле полимера карбоксильных и гидроксильных групп. Ненасы-
щенные полиэфирные смолы могут быть превращены в твердые
пленки без потерь летучих веществ, так как стирол сополимери-
зуется с полиэфирами. Переход из жидкого состояния в твердое
происходит при помощи инициаторов, обычно перекисей, которые
вводят непосредственно перед применением клея; отверждение воз-
можно при различных температурах — от комнатной до 100°
и выше.
В нашей стране для склеивания стеклопластиков и других ма-
териалов большое распространение получили полиэфирные смолы
типа ПН. Применяемая в большом количестве смола ПН-1 пред-
ставляет собой продукт поликонденсации диэтиленгликоля с ангид-
ридами фталевой и малеиновой кислот. Выпускают смолу ПН-1
в виде раствора в стироле.
73
Отверждение полиэфирной смолы может быть ускорено путем
нагрева, введения перекисных соединений и т. д. Скорость от-
верждения ее увеличивается при введении ускорителей, в качестве
которых наиболее часто используют нафтенат кобальта. В случае
использования ускорителей отверждение может проходить при
температуре 15—30° С. Для отверждения в комнатных условиях
в качестве инициатора применяют перекиси метилэтилкетона, цик-
логексанона и др. Инициаторы можно вводить в смолу в виде
паст или раствора в мономере. Для холодного отверждения при-
меняют также систему перекись бензоила—-третичные амины
(диметиланилин).
При использовании в качестве инициатора перекиси бензоила
в зависимости от типа полиэфиров процесс отверждения проходит
обычно при температуре 80—150°. Систему отвердителей (инициа-
тор й ускоритель) обычно выбирают в зависимости от требуемого
температурного режима отверждения клея.
Выпускаемые в СССР смолы [55] ПН-1, ПН-2, ПНМ-2, ПН-3,
ПН-4, ПН-7, ПНМ-8, ПН-10 и ПН-11 применяют в основном как
связующие для армированных пластиков; смолы ПН-1 и ПН-2 —
смолы общего назначения, содержащие стирол, ПН-11—общего
назначения, но не содержит летучего мономера, ПН-3 и ПН-4 —
с повышенной теплостойкостью (в отвержденном состоянии);
ПНМ-2 и ПНМ-8 — связующие, предназначенные для изготовле-
ния светопрозрачных панелей из стеклопластиков, ПН-10 — смола
с повышенной стойкостью к действию воды и кислот.
В качестве клеев и связующих для склеивания и покрытий дре-
весных материалов наиболее применимы смолы ПН-1 и ПН-2.
При склеивании древесных материалов со стеклопластиками
можно использовать клеи как без наполнителей, так и с наполни-
телями — цементом, каолином, древесной мукой и т. д. Связую-
щее, используемое для нанесения защитно-упрочняющих слоев из
стеклопластика на древесные материалы, всегда содержит напол-
нитель.
Основной состав наиболее распространенного клея ПН-1 (без
наполнителя) приведен в табл. 16.
Таблица 16
Состав полиэфирного клея ПН-1
Наименование компонентов ТУ или ГОСТ Содержание вес. частей
Полиэфирная смола ПН-1 Г идроперекись изопропилбен- СТУ-30-14086-63 100
зоила (гипериз) Нафтенат кобальта (10%-ный ВТУ БУ-11-53 3—4
раствор в стироле) ВТУ ЛСНХ 33104-60 8—10
Пр имечание. Нельзя допускать непосредственного смешивания нафте-
ната кобальта и гипериза, так как при этом происходит взрыв.
74
Карбамидные клеи. Клеи на основе карбамидных смол
наиболее распространены в деревообрабатывающей промышлен-
ности. Они обладают высокой адгезионной способностью к древес-
ным материалам, быстро отверждаются, сравнительно мало
вредны. Для их производства имеются богатые источники сырья,
стоимость их невелика. Мочевиноформальдегидные клеи обеспечи-
вают прочное клеевое соединение, однако при одновременном воз-
действии влаги и нагрева прочность соединений значительно сни-
жается. Повышенную водостойкость имеют клеи, модифицирован-
ные меламином. Карбамидные клеи обладают хорошей адгезией
не только к древесине, но и к бумажному слоистому пластику,
пенопласту и некоторым другим материалам.
Мочевиноформальдегидные смолы получаются в результате
реакции конденсации мочевины с формальдегидом в присутствии
щелочных катализаторов. В нашей стране синтезировано большое
количество клеящих мочевиноформальдегидных смол [56], которые
используют для склеивания деталей мебели, фанеры и строитель-
ных деталей.
В табл. 17 приведена характеристика наиболее распространен-
ных смол, которые могут быть использованы для склеивания дре-
весных материалов с пенопластом, бумажным слоистым пласти-
ком и т. д.
В качестве отвердителей смол применяют соединения, способ-
ные повышать концентрацию водородных ионов в смоле (аммо-
нийные соли, щавелевую, молочную и лимонную кислоту).
При склеивании на холоду чаще всего используют 10%-ный
водный раствор щавелевой кислоты, добавляемый в количестве
10—25% от веса смолы, а при склеивании с нагревом — хлорис-
тый аммоний в виде порошка (1—3%) или водного раствора 15—
20%-ной концентрации. Хлористый аммоний в отличие от других
отвердителей не только повышает активную кислотность среды, но
и соединяется с формальдегидом, содержащимся в клее в свобод-
ном виде.
Мочевиноформальдегидные смолы выпускают и используют
чаще всего в жидком виде. Наряду с этим применяют порошкооб-
разные смолы. Смолы, высушенные при определенных условиях,
обладают меньшей реакционной способностью и поэтому могут
сохраняться более длительное время [57].
Порошкообразные карбамидные смолы представляют собой бе-
лые мелкодисперсные порошки. Из-за высокой гигроскопичности и
низкой теплостойкости эти смолы следует хранить в закупоренной
таре в сухом помещении при температуре не выше 20°.
Содержание влаги в порошкообразном клее — не более 5%,
pH водного раствора — не ниже 7. Жизнеспособность водного рас-
твора— не менее 2 суток, а после добавления отвердителя — от 2
до 8 ч.
Для приготовления клея в воду при постоянном перемеши-
вании добавляют отвешенное количество порошка. Перемешивание
75
Oi
Свойства мочевиноформальдегидных смол
Таблица 17
Наименование показателей Марки смол
МФ-17 МФ М-19-62 М-60 М-70 МФСМ
Концентрация, % Не менее 70 Не менее 65 65-70 57-63 67-70 64-70
Коэффициент рефракции 1,475-1,500 1,465-1,468 1,468-1,475 1,448-1,452 1,470-1,475 1,458-1,472
pH 6,5-8,0 6,5-8,0 5,5-6,5 6-7 6-7 7,2-8
Вязкость, сек. по ВЗ-4 —— — 60-300 90-240 60-300 60—240
Вязкость, °ФЭ 30-150 30-150 — — — —
Содержание свободного фор- мальдегида, % 2,5—3,5 3-4 1,2 1-1,5 1,5-2,5 1-1,2
Жизнеспособность с 1 % NH4C1, ч 24-48 2-15 Более 6 2-8 0,5-2,0 10-30
Время отверждения с 1 % NH4C1, сек 90-120 60-100 60-100 50-60 30-50 10-100
Срок хранения в месяцах 4 2 4 2 3-4 1-1,5
Способ склеивания ГорячийJI хо- лодный Горячий и холодный Горячий Горячий и хо- лодный Горячий и хо- лодный Горячий
производят при температуре 20—22° до получения однородного раст-
вора. Затем в раствор добавляют 0,5—1 % тонко измельченного
порошка хлористого аммония и массу перемешивают.
Относительно невысокая водостойкость мочевиноформальдегид-
ных клеев заставляет искать пути устранения этого недостатка.
Известны работы ЦНИИФ, НИИПМ и других организаций по
совмещению мочевиноформальдегидных смол с меламином, резор-
цином, фурфуролом и латексами.
Работы Р. 3. Темкиной [58] показали, что наиболее рациональна
совместная конденсация мочевины и меламина с формальдегидом
(клей ММС). Наибольшая водостойкость получается при исполь-
зовании мочевино-меламиновой смолы 60%-ной концентрации.
Рецептура смолы ММС, разработанной ЦНИИФ, следующая:
вес. частей молей
Мочевина 100 1,66
Меламин.......................... 66 0,52
Формалин, 37%-ный раствор 322 3,97
Смола ММС представляет собой однородную сиропообразную
жидкость светло-серого цвета. Она достаточно стабильна; при 20°
ее можно хранить в течение 3—4 месяцев.
Отверждение клеев на основе мочевино-меламиноформальде-
гндной смолы ММС может быть с нагревом; отвердитель—1—3%
хлористого аммония.
Смолы ММФ, разработанные НИИПМ, и смолы ММ-61, по-
лученные УкрНИИМОД, по своим свойствам аналогичны смоле
ММС.
Испытания, проведенные в ЦНИИСК, показали, что мочевино-
мсламиноформальдегидные клеи типа ММС, отвержденные с на-
гревом, обеспечивают вполне водостойкое клеевое соединение, не
уступающее по водостойкости соединениям на фенолформальде-
гидных клеях.
В ЦНИИФ [58] изучалась возможность совмещения карбамид-
ных клеев с различными латексами. Эти работы показали, что
совмещенные композиции обеспечивают образование эластичного
клеевого шва при содержании не менее 20% латекса. Клеящие
свойства таких составов мало отличаются от клеящих свойств
чисто карбамидных смол.
С увеличением количества добавляемого к смоле латекса до
соотношения 1 : 1 прочность склеивания снижается.
Полиуретановые клеи. Клеи на основе полиуретановых
смол обладают хорошей адгезией ко многим материалам. Высокие
клеящие свойства их обусловлены наличием полярных групп в мо-
лекулах полимеров, а прочность—трехмерным строением конеч-
ных продуктов.
Полиуретаны [12] образуются в результате реакции между
полиизоцианатами и гидроксилсодержащими полифункциональ-
ными соединениями. Для изготовления клеев чаще всего применяют
77
не полиуретаны, а продукты, являющиеся исходными компонентами
для их получения. Образование полимера происходит в процессе
склеивания.
Из отечественных клеев наибольшее распространение нашел
полиуретановый клей ПУ-2. Он представляет собой композицию на
основе продукта конденсации алифатической дикарбоновой кис-
лоты с многоатомными спиртами (продукт 24) и полиизоцианата
(продукт 102-Т). Клей приготовляют непосредственно на месте
потребления в следующем соотношении (вес. частях):
Продукт 24 (50%-ный раствор в ацетоне)
(ВТУ МХП КУ-387 — 54) . . 200
Продукт 102-Т (ВТУ ВХ-05 —58)...... 100
Портландцемент марки 400 (ГОСТ 970 — 41) 25
Склеивание клеем ПУ-2 можно производить как на холоду, так
и с нагревом. При температуре около 100° выдержка под давле-
нием составляет 4—5 ч, а при температуре 18—20° — трое суток.
Максимальная прочность достигается спустя 20—30 суток.
Полиуретановые клеи применяют реже эпоксидных, хотя они не
уступают последним по своим адгезионным свойствам. Это в ос-
новном объясняется большой токсичностью клеев, обусловленной
наличием в их составе изоцианатов, вызывающих раздражение
слизистых оболочек, дыхательных путей и общую слабость. При
использовании таких клеев должны особенно строго соблюдаться
требования техники безопасности.
Клеи на основе поливинилацетата. Поливинилаце-
татные клеи благодаря хорошей адгезии к древесным материалам,
постоянной готовности к применению, относительной эластичности
клеевого шва, нетоксичности и т. д. находят применение для склеи-
вания древесины с другими материалами. К недостаткам этих
клеев можно отнести невысокие теплостойкость и водостойкость.
Поливинилацетат, являющийся продуктом полимеризации
винилацетата, представляет собой термопластичный полимер. Для
склеивания используют эмульсию поливинилацетата, получаемую
в водной среде при температуре 65°. Инициатором реакции яв-
ляется перекись водорода, эмульгатором — поливиниловый спирт,
а регулятором pH среды — муравьиная кислота.
Поливинилацетатную эмульсию (ГОСТ 10002 — 62) выпускают
трех марок — низковязкую НВ, средневязкую СВ и высоковязкую
ВВ. Эмульсия представляет собой белую сметанообразную жид-
кость со слабым специфичным запахом.
Содержание сухого остатка в эмульсии составляет 60%, моно-
мера— не более 0,8%, pH = 4,5-е-6,0, теплостойкость 60—80°.
Эмульсия пластифицируется дибутилфталатом (5—35%). Вяз-
кость эмульсии составляет 5—28 сек по ВЗ-4. Жизнеспособность
эмульсионного клея более 6 месяцев.
Склеивание поливинилацетатной эмульсией можно производить
при температуре 14—20° или же с незначительным нагревом (до
40—50°). По мере удаления влаги прочность клеевого шва увели-
78
чивается. Термопластичность поливинилацетата создает возмож-
ность, помимо жидкого клея, использовать для склеивания сухую
пленку. Для этой цели из связующего испаряют воду, а затем
склеивают детали полученной сухой пленкой при воздействии тепла
и давления.
Так как поливинилацетатные клеи являются термопластами,
уже при температуре около 40° они начинают размягчаться, а при
60—70° прочность соединения значительно снижается. Для умень-
шения этого недостатка поливинил ацетатные клеи модифицируют
различными смолами, чаще всего мочевиноформальдегидными [56].
В зависимости от соотношения смол меняются свойства клея.
Жизнеспособность клея тем продолжительнее, чем выше содержа-
ние в клее поливинилацетата; при этом она в значительной сте-
пени зависит от pH поливинил ацетатного клея. По зарубежным
данным [59], оптимальным является добавление 20% поливинил-
ацетатной смолы к мочевиноформальдегидной. Клеевые смеси обес-
печивают более эластичное соединение, обладают лучшей тепло-
стойкостью и текучестью, чем чистые мочевиноформальдегидные
клеи.
Отверждение совмещенных клеев может происходить на холоду
под действием отвердителей, а также с нагревом, в том числе и
с высокочастотным [60].
Клеи на основе перхлорвинила. Для приклеивания
поливинилхлорида и некоторых других пластмасс к древесным ма-
териалам используют термопластичные перхлорвиниловые клеи,
представляющие собой растворы перхлорвинила (ТУ МХП
4274 — 54) в толуоле, метиленхлориде, дихлорэтане, ацетоне. Рас-
творы перхлорвинила обладают хорошей адгезией к металлам,
коже, древесным материалам и поливинилхлориду.
Перхлорвинил — продукт дополнительного хлорирования поли-
винилхлорида. В сухом виде он представляет собой белый мелко-
зернистый порошок. Без специальных добавок при нагревании
выше 100° он начинает разлагаться, поэтому при использовании
для клеев его необходимо стабилизировать (например, фенокси-
пропеноксидом в количестве 2% от веса смолы).
Одна из рецептур перхлорвинилового клея следующая (%):
Перхлорвинил 25
Этилацетат 27
Ацетон 16
Бензин . . 24
Бутилацетат 8
К недостаткам перхлорвиниловых клеев можно отнести относи-
тельную вредность, так как применяемые растворители (кроме
метиленхлорида) вредно действуют на нервную систему человека
и, кроме того, огнеопасны. Склеивать пластифицированный поли-
винилхлорид этим клеем не рекомендуется, так как пластифика-
тор, входящий в состав материала, со временем диффундирует
в клеевой шов и ослабляет его прочность.
79
Для устранения недостатков, а также для увеличения клеящей
способности перхлорвиниловую смолу совмещают с различными
термореактивными смолами (эпоксидными, полиэфирными и др.).
Для снижения хрупкости и увеличения стойкости клеевой
пленки к вибрационным нагрузкам в клеи вводят жидкий пласти-
фикатор (дибутилфталат) или бутадиеннитрильный каучук марки
СКН-26, который как полярный полимер хорошо совмещается
в органических растворителях с перхлорвиниловой и эпоксидной
смолами.
При введении в состав описываемых клеев отвердителя (поли-
этиленполиамина) в количестве 7,5—10 вес. частей от веса сухого
остатка они отверждаются при комнатной температуре.
Из клеев такого типа распространение получил [61] клей ПЭД-Б,
состав которого приведен ниже (вес. частей):
Перхлорвинил .... 11,7
Эпоксидная смола ЭД-5 10,3
Циклогексанон 7,0
Метиленхлорид 71
Приготавливают клей по следующей технологии. В аппарат,
снабженный рубашкой и мешалкой, вводят смесь растворителей и
добавляют перхлорвинил. Перемешивание ведут при +20° до пол-
ного растворения перхлорвинила (2—3 ч). Затем добавляют
эпоксидную смолу ЭД-5, слегка подогретую для снижения началь-
ной вязкости, и перемешивают до получения однородного раствора.
При добавлении к клеевому раствору от 2 до 10% отверди-
теля— полиэтиленполиамина или кубовых остатков ГМДА проис-
ходит непрерывное нарастание вязкости и через 1,5—2 ч при ком-
натной температуре вязкость клея возрастает настолько, что клей
трудно наносить.
Отверждение клея наступает через 24—36 ч, после чего склеи-
ваемые детали можно направлять для дальнейшей обработки.
Полиметилметакриловые клеи используют для склеи-
вания древесных материалов с органическим стеклом (полиметил-
метакрилатом) .
Для приготовления клея нарезают стружку из органического
стекла и растворяют при 20—25° в дихлорэтане из расчета 2—5 г
на 100 мл дихлорэтана. После перемешивания в течение 25—30 мин
стружку оставляют до полного растворения. Клеевой раствор годен
для склеивания по истечении 2—3 суток, считая от начала при-
готовления.
Раствор должен быть однородным, не содержать нерастворив-
шихся частиц органического стекла и механических примесей.
Клей наносят на обе склеиваемые поверхности равномерным
слоем (около 0,5 мм).. Через 1—2 мин после нанесения клея заго-
товки или детали соединяют и запрессовывают. Удельное давле-
ние при склеивании деталей из органического стекла толщиной
1,5—3,0 мм должно быть от 0,5 до 1,5 кгс!см2, а толщиной свыше
80
3 мм — от 2 до 5 кг!см2. Выдержка при склеивании под давлением
при комнатной температуре — не менее 4 ч.
Применяют растворы и других акрилатов. Например, для склеи-
вания древесины рекомендуется состав, состоящий из 20 вес. час-
тей сополимера (7% натриевой соли метакриловой кислоты и 93%
метакриламида) и 80 вес. частей воды.
Указанные выше клеи имеют низкую теплостойкость и малую
адгезию к металлам, поэтому часто применяют модифицированные
клеи. Так, для склеивания алюминиевых сплавов с фанерой ре-
комендуется [12] клей ПК-5, состоящий из раствора полиметил-
метакрилата в ацетоне, полиэфира МГФ-9, наполнителя и инициа-
тора— перекиси бензоила.
Жизнеспособность клея не менее 48 ч. Для удаления раство-
рителя после нанесения клея на обе поверхности дается открытая
выдержка — в течение 20—40 мин. После этого детали запрессо-
вывают и выдерживают около 6 ч при / = 80°.
Полиамидные клеи. Чаще всего применяют клеи на ос-
нове полиамидов, обработанных формальдегидом. Получаемые при
этом метилолполиамидные смолы при отверждении с органиче-
скими кислотами (щавелевой, малеиновой) и нагревом дают до-
вольно эластичные, но мало тепло- и водостойкие клеевые сое-
динения.
Метилолполиамидный клей ПФЭ-2/10 (ВТУ II—38—56) пред-
ставляет собой [67] 25—27%-ный раствор метилолполиамида
ПФЭ-2/10 в спиртоводной смеси. Пленка клея стойкая к действию
разбавленных органических кислот и щелочей. Ниже приведена
прочность клеевых соединений материалов в зависимости от тем-
пературы склеивания:
Температура склеивания, °C Прочность соединений при сдвиге, KZCjCM2’
Древесина с древесиной (дуб) 20 79
Древесина с древесиной (дуб) Древесина с полистирольным 75 120
пенопластом 20 4—6
Алюминий с алюминием 20 25
у у 150 100
Более теплостоек клей МПФ-1, представляющий собой метилол-
полиамид, модифицированный фенолформальдегидной смолой.
Склеивание материала этим клеем происходит при £=150—160° и
выдержке около 1 ч. Клей обеспечивает высокую прочность на
неравномерный отрыв (40—60 кгс/см), однако клеевые соединения
на этом клее недостаточно водостойки.
Каучуковые клеи представляют собой растворы (диспер-
сии) различных каучуков или смеси каучука с синтетическими
смолами в органических растворителях.
Каучуковые клеи хорошо сопротивляются неравномерному от-
рыву в силу присущей им эластичности; ими можно склеивать мате-
риалы с различными коэффициентами температурно-влажностной
81
деформации; они хорошо противостоят динамическим нагрузкам.
Каучуковыми клеями можно склеивать при обычной темпера-
туре и с нагревом. В последнем случае различные запрессовочные
устройства периодического действия (гидравлические, пневма-
тические прессы или вакуумные устройства) можно заменить
более производительными валковыми устройствами, в которых
склеивание происходит при прокатывании склеиваемых элементов
между валками.
В СССР применяют клеи найритовые 88Н, КС-I, НТВ, хлор-
найритовые клеи CH-57, СН-59, латексные Л-4, Л-НТ и др.
Из отечественных каучуковых клеев предпочтение можно от-
дать клеям 88-Н и разработанному в ЦНИИСК * клею КС-1
ввиду хорошей адгезии и устойчивости к старению.
Основа клеев 88-Н и КС-1—полихлоропреновый каучук —
найрит, который отличается высокими адгезионными качест-
вами.
Клей 88-Н (ТУ МХП УТ—880—58) представляет собой раствор
резиновой смеси № 31—Н (найрита) и бутилфенол форм альдегид-
ной смолы 101 в смеси этилацетата с бензином в отношении 2: 1.
Его концентрация составляет 30±2%, вязкость по вискозиметру
ВЗ-1—не более 40 сек-, прочность связи с алюминием при равно-
мерном отрыве—11 и при неравномерном — 2 кгс!см.
Для клея КС-1 вторым основным компонентом служит более
перспективный материал — хлорнайрит — продукт дополнитель-
ного хлорирования найрита. Рецептурный состав этого клея сле-
дующий (вес. частей):
Найрит марки А . . . 100
Хлорированный найрит 100
Окись магния . 10
Окись цинка 5
Канифоль 3
Альтакс ... 2
Дифенилгуанидин 1
Этила цетат 258
Бензин 258
Основные характеристики клея КС-1 такие же, как и у клея
88-Н, однако его изготавливают из менее дефицитных материалов.
В процессе хранения вязкость каучуковых клеев повышается,
но ее можно доводить до нужной, добавляя смесь этилацетата
с бензином в соотношении 2:1.
В латексных, преимущественно хлоропреновых, клеях каучук
в виде отдельных мельчайших частиц равномерно диспергирован
в воде. Такие клеи имеют ряд преимуществ перед растворами кау-
чука, так как в составе латексов нет дорогостоящих и легковос-
пламеняющихся растворителей.
* Клей КС-1 разработан канд. техн, наук А. С. Фрейдиным и инж. В. И. Ра-
гольской.
82
Латексный клей Л-НТ содержит не менее 49% сухого вещества;
его вязкость по ВЗ-4 составляет 18 сек, прочность при испытании
на неравномерный отрыв — не менее 0,3—0,7 кгс!см. Для повыше-
ния вязкости в готовый продукт вводят 2—5%-ный водный раст-
вор казеината аммония.
Для склеивания древесных материалов с тонкими пластмассами
представляет интерес кумарон-каучуковый клей — мастика КН-2.
Состав мастики следующий (% по весу):
Инден-кумароновая смола .... 10
Полихлоропреновый каучук — най-
рит . . 25
Каолин . . 25
Этилацетат . . 20
Бензин «галоша» 20
Хорошую клеящую способность мастики к большому числу
материалов можно объяснить наличием в ней полярного каучука,
малополярной смолы и активных растворителей.
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЛЕЕВ
Основная технологическая характеристика клеев — жизнеспо-
собность и скорость отверждения.
В большинстве случаев трудно четко определить границу
между этими двумя характеристиками клеев, и поэтому ее уста-
навливают условно.
Под жизнеспособностью понимается время, в течение которого
клеи сохраняют рабочую вязкость, т. е. пригодны для употребле-
ния. Скорость отверждения определяется временем перехода клея
из жидкого в твердое состояние при определенных температурно-
влажностных условиях.
Для некоторых клеев (полиэфирных, эпоксидных, фенолфор-
мальдегидных и др.) следует учитывать также и изменение тем-
пературы клея в процессе применения из-за происходящей экзо-
термической реакции.
Для многих клеев немаловажны и другие факторы: концентра-
ция клея, наличие вредных веществ и т. д. Однако на процесс
склеивания они оказывают меньшее влияние и поэтому здесь
отдельно не рассматриваются; данные о них приводятся при опи-
сании конкретных марок клеев и особенностей их применения.
Рассмотрим технологические свойства некоторых основных
клеев.
Так как важным фактором является вязкость и характер ее
изменения в течение периода жизнеспособности клея, рассмотрим
изменение этой величины на примере ряда клеев.
Вязкость клеев непостоянна; она изменяется во времени. Для
одних клеев, обычно не содержащих отвердителей, это изменение
происходит медленно и объясняется постепенной полимеризацией
83
смолы или удалением растворителей из клея; у других после вве-
дения отвердителей вязкость резко возрастает. Характер измене-
ния вязкости для фенолформальдегидного и эпоксидного клеев
показан на рис. 16. Изменение вязкости, как это видно из рисунка,
зависит не только от вида клея, но и от количества введенного
в него наполнителя. Степень этого изменения зависит от размера и
концентрации частиц наполнителя.
Вязкость клея оказывает влияние не только на технологический
процесс склеивания, но и на прочность клеевого соединения.
а
£
Рис. 16. Кинетика изменения вязкости некоторых клеевых композиций:
а — фенолформальдегидный клей, наполнитель — древесная мука: 1 — 10 вес. частей;
2 — 8 вес. частей, 3— 5 вес. частей; б—эпоксидный клей, наполнитель — цемент: / — 300 вес.
частей, 2 — 200 вес. частей (данные получены по конусному вискозиметру)
Таким образом, для каждого клея с учетом его условий при-
менения и свойств материалов должны устанавливаться оптималь-
ные пределы вязкости. Например, для карбамидных и фенолфор-
мальдегидных клеев рекомендуется вязкость в пределах 40—300 сек
по ВЗ-4, для эпоксидных 4—6 сек по конусному вискозиметру.
Исходя из условий нанесения, основные термореактивные клеи
в зависимости от вязкости можно разделить на три зоны (рис. 17).
Как правило, рабочая вязкость клеев с отвердителями — в пре-
делах 1—2 ч. Как показали экспериментальные работы, проведен-
ные ЦНИИСК, подбирая состав компонентов клея, можно в опре-
деленных пределах изменять жизнеспособность клеев, не снижая
скорости их отверждения.
С увеличением массы клея и при соответствующем уменьшении
наружной поверхности емкости (рис. 18) температура клея значи-
тельно повышается. Так, при массе до 500 г температура клея
84
практически не превышает 50° в течение периода его рабочей жиз-
неспособности. В то же время при массе клея 4 кг и выше уже
через 1 ч после начала приготовления температура достигает почти
100°. Наряду с этим было установлено, что при дальнейшем увели-
чении массы рост температуры клея прекращается.
Жизнеспособность клея зависит также от температуры внешней
других факторов. Опыты показали
жизне-
в 1,5—
полно-
среды, условий хранений и
(рис. 19), что перемешива-
ние и в еще большей сте-
пени охлаждение проточной
водой увеличивает
способность клеев
2 раза.
Скорость и
та отверждения к л е -
е в. Процесс отверждения
клеев можно рассматривать
как в клеевом соединении,
так и в свободно отверждае-
мых отливках, пленках и т. д.
Каждый из этих способов
имеет свои достоинства и
недостатки, поэтому нет не-
обходимости ограничивать
изучение процессов отверж-
дения клеев одним из них.
Наоборот, правильное соче-
тание в исследовании этих
способов, которые во многом
друг друга дополняют, часто
дает очень хорошие резуль-
таты.
Достоинства свободного
отверждения клеев — прос-
тота изготовления образцов,
хорошая повторяемость ре-
зультатов, возможность ви-
зуального наблюдения в
процессе отверждения. Опы-
тами установлено, что
цесс отверждения клея
между склеиваемыми
и тот же характер.
частей
частей
частей
кварцевого песка;
древесной
цемента;
Рис. 17. Распределение клеевых композиций
по зонам вязкости:
1 — клей ПН-1, 75 вес.
2 — клей КБ-3, 5 вес.
3 — клей ЭГИД, 200 вес.
ЭПЦ 400 вес. частей цемента
муки;
4 — клей
в
свободном СОСТОЯНИИ,
в ОСНОВНОМ
так И
имеет
в шве
один
про-
как
материалами
Однако абсолютные значения времени
отверждения в этих двух случаях не совпадают. Это объясняется
тем, что в первом случае в большей степени сказывается влияние
экзотермического эффекта, улетучивания растворителя и т. д.
Кроме того, велики теплопотери; в клеевом же шве концен-
трируется тепловая энергия, за счет которой продолжается
85
-отверждение клея и после прекращения нагрева, менее сказывается
контакт с воздухом и т. д.
Обычно при отработке режимов склеивают серии образцов при
разной температуре, времени выдержки и других факторах. Затем
Масса клея, кг
Рис. 18. Зависимость температуры клея от его массы:
а — кинетика изменения температуры эпоксидного клея (200 вес.
частей цемента) в зависимости от его массы: 1 — 4 кг; 2 — 2 кг;
3 — 0,5 кг; б — влияние массы клея на максимальную темпера-
туру экзотермической реакции: 1 — клей ПН-1 без наполнителя;
2 — клей ЭПЦ
через определенный промежуток времени проводят механические
испытания образцов на скалывание, отрыв и т. д.
Опыт показывает, что проводить многократные испытания
не только крупных, но и малых образцов практически очень
трудно.
86
При отработке режимов склеивания количество образцов можно
значительно уменьшить, если режимы частично изучать при сво-
бодном отверждении клея (вне склеиваемых материалов). Это даст
возможность упростить проведение опытов и исключить влияние
различных технологических факторов на результаты испытаний.
время > сек
Рис. 19. Изменение жизнеспособности клеевых компози-
ций в зависимости от охлаждения и перемешивания:
1, Г, 1а — полиэфирный клей без наполнителя в спокойном состо-
янии, с охлаждением и при перемешивании; 2, 2', 2а — клей КБ-3
(5 вес. частей древесной муки) в спокойном состоянии, с охлаж-
дением и при перемешивании; 3, 3', За — эпоксидный клей ЭПЦ
(200 вес. частей цемента) в спокойном состоянии, с охлаждением
и при перемешивании
Процесс отверждения клеев можно условно разделить на два
периода — до момента наступления желатинизации и после него.
Состояние клея в первом периоде может изменяться быстро и
медленно, плавно и скачкообразно, в зависимости как от вида клея,
и его состава, так и от режимов отверждения. Рассматривая от-
верждение клеев в первом периоде, можно в какой-то степени
судить о их пригодности для ускоренного склеивания и тем самым
подбирать клеи, отверждающиеся в минимальное время.
Имея данные о желатинизации клея, нельзя судить о нарас-
тании прочности клеевого соединения, так как этот рост происхо-
дит в течение второго периода, т. е. тогда, когда клей фактически;
находится в загустевшем состоянии.
На практике необходимо изучать процессы отверждения клеев
87
как в первом, так и во втором периодах. Установлено*, что
в первом периоде отверждение клеев целесообразно контролировать
на полимеризационной плитке, а во втором — путем измерения
твердости клеевого слоя и определения полноты отверждения.
Рассмотрим, как изменяется скорость отверждения различных
клеев (скорость желатинизации) в зависимости от изменения их
состава.
Известно, что процесс отверждения эпоксидных клеев может
проходить как на холоду (с аминными отвердителями), так и при
нагреве (с кислыми отвердителями). В первом случае для отверж-
дения клея требуется длительная выдержка (до 24 ч и более),
а во втором — нагрев в течение 1—5 ч при 160—200°. Применение
в качестве катализаторов некоторых третичных аминов, например
диэтил анилина, позволяет снизить температуру отверждения (для
смолы с малеиновым ангидридом) до 80° С, но для отверждения
клея при этой температуре требуется не менее 4 ч. В обоих слу-
чаях эти выдержки не могут обеспечить высокую производитель-
ность запрессовочного оборудования, а следовательно, они мало
пригодны для массового применения.
Опыты показали, что повышение температуры отверждения
с 80° до 130°С вызывает сокращение периода желатинизации (при
6 вес. частей ПЭП на 100 вес. частей смолы) в 5 раз. Увеличение
содержания полиэтиленполиамина до 15 вес. частей сокращает
этот период в 9 раз. Если учесть, что желатинизация смолы при
18—20° С и 6—15 вес. частях полиэтиленполиамина наступает че-
рез 2,5—6 ч, даже при температуре 80° С достигается значительное
сокращение периода желатинизации.
Аналогичная картина наблюдается и при использовании кубо-
вых остатков ГМДА. В этом случае резкое сокращение времени
желатинизации наблюдается при введении 20—25 вес. частей кубо-
вого остатка. С увеличением температуры нагрева влияние коли-
чества отвердителя сказывается сильнее. Так, увеличение кубового
остатка с 10 до 30 вес. частей сокращает время желатинизации
в 3 раза при 80° С по сравнению с холодным способом.
Применение в качестве отвердителя до 30 вес. частей малеино-
вого ангидрида не дало желаемого результата. Так как при тем-
пературе 100—130° С в течение 30 мин желатинизация клея не
произошла, потребовалось большее время или же значительное уве-
личение температуры нагрева.
Повышение температуры нагрева не только значительно уско-
ряет процесс отверждения клея, но и обеспечивает хорошую пол-
ноту отверждения. Так, при отверждении клея ЭПЦ-1 в комнатных
условиях (18—22° С) в течение суток количество экстрагируемых
веществ составило 13,8%, а после нагрева при 80°С в течение
14 мин— 16,9%. Для перехода 87,5% клея в нерастворимое состоя-
ние при 130° С потребовалось всего 4 мин.
* Выбор и описание методик испытаний приведены в главе VIII.
88
Для полиэфирных клеев при использовании стандартной рецеп-
туры клея ПН-1 (3 вес. частей гидроперекиси изопропилбензола —
гипериза и 8 вес. частей 10%-ного раствора нафтената кобальта
в стироле) желатинизация при 80° С наступает через 45 сек. Жизне-
способность этого клея при 24° С составляет около 60—90 мин.
Установлено, что введение 0,02 вес. частей диметиланилина
заметно ускоряет процесс желатинизации. При 80° С время жела-
тинизации снизилось с 45 до 24 сек, а при содержании 0,1 и 0,2 вес.
частей диметиланилина соответственно составляло 19 и 15 сек.
Снижение температуры нагрева до 60° сопровождается резким
замедлением процесса желатинизации, а повышение до 100° С уско-
ряет процесс, но на незначительную (по сравнению с 80° С) ве-
личину.
Жизнеспособность полиэфирного клея с 1—1,5 ч можно увели-
чить до 2,5—3 ч, если ввести 0,02 вес. части диметиланилина,
а количество гипериза уменьшить до 1 вес. части. При этом ско-
рость желатинизации клея при 80—100° С возрастает в 1,5—2 раза
по сравнению с клеем обычной рецептуры.
Многочисленные опыты показали, что, применяя различные си-
стемы и варьируя содержание ускорителей и инициаторов, можно
в широких пределах изменять технологические свойства полиэфир-
ного клея.
Экстрагирование в аппарате Сокслета показало, что полнота
отверждения в значительной степени зависит от температуры про-
цесса. Так, нагрев при 80°С в течение 7 мин обеспечивает перевод
более 90% клея в необратимое состояние, в то время как при тем-
пературе 18—20° С для этого необходимо более 10 суток. При
экстрагировании клея, отвержденного при 80° С в течение 40—
60 мин, потеря веса обычно не превышает 4,5—5%, а отвержден-
ного на холоду с выдержкой более 1 месяца — не менее 6—8%.
Высокую полноту отверждения полиэфирных клеев можно по-
лучить как сразу после нагрева, применяя достаточно продолжи-
тельные выдержки, так и после коротких выдержек, но при после-
дующем длительном выдерживании на холоду. Это говорит о том,
что несмотря на прекращение нагрева процесс отверждения клея
продолжается, но с гораздо меньшей скоростью.
При исследовании клея КБ-3 было установлено, что как и в слу-
чаях с полиэфирными и эпоксидными клеями при изменении коли-
чества отвердителя и температуры нагрева значительно изменяется
жизнеспособность и время желатинизации. Например, время жела-
тинизации клея будет приблизительно одинаковым (14—18 сек)
при 10% отвердителя и нагреве при 100° и 25% отвердителя и
нагреве при 60° С, однако в первом случае жизнеспособность клея
будет более 5 ч, а во втором менее 1,5 ч. Отсюда следует, что в за-
висимости от конкретных условий можно варьировать как коли-
чество отвердителя, так и температуру нагрева.
Для карбамидных клеев при использовании в качестве отверди-
теля хлористого аммония жизнеспособность клея при температуре
89
22—23° С составляет (табл. 18) в среднем 5,5 ч и мало зависит от
его количества (в указанных пределах). При введении в смолу
МФ 20% щавелевой кислоты жизнеспособность клея составляет
всего 30 мин. Еще большее влияние на жизнеспособность клея
оказывает эта кислота при использовании смолы М-60. Уже при
содержании 3—5% кислоты жизнеспособность клея сокращается
до 25—30 мин.
Таблица 18
Жизнеспособность клея МФ в зависимости от типа отвердителя
и его количества
Количество отвердителя к смоле МФ, %
хлористого аммония 10%-ного раствора щавелевой кислоты 10%-ного раствора лимонной кислоты
Hачальная
вязкость клея,
спз
Жизнес посо бность
при температуре
22—23° С,
ч и мин
0,5 1 — — 1021 817 5—45 5—30
3 — — 745 5—20
5 — — 669 5—15
— 10 276 5—50
— 15 — 216 1—30
— 20 — 156 0—30
— — 10 276 5—05
— 15 192 5—00
— — 20 120 4—55
— — 25 84 4—40
На рис. 20 приведены результаты опытов по определению вре-
мени желатинизации клеев МФ, ММФ и М-60 в зависимости от
применяемых отвердителей, их количества и температуры нагрева.
Таблица 19
Влияние выдержки после приготовления клеев на время желатинизации
Марка клея Время желатинизации в сек при температуре 100° С после выдержки, в мин клея в комнатных условиях (18—20° С)
5 30 60 90 120 150
ЭПЦ-1 240- 236 230 190 159 146
ПН-1 35 33 29 22 — —
КБ-3 МФ (с хлористым ам- 16 15 11 9 6 —
монием) М-60 (с хлористым ам- 33 33 29 28 24 23
монием) 17 14 12 9 - — —
По мере увеличения температуры нагрева от 100 до 150° С влияние
количества отвердителей у всех исследованных клеев сказывается
мало (кривые 5, 4, 7, <S, 11, 12). На кривых появляются точки
90
a
Рис. 20. Время желатинизации*
карбамидных клеев в зависи-
мости от отвердителя и темпе-
ратуры нагрева:
а — клей МФ; б — клей ММФ; в —
клей М-60; отвердитель — хлористый
аммоний: 1— /=80°; 2— /=100°;
3 — t= 130°; 4 — t= 150°; отвердитель—
10%-ный раствор щавелевой кислоты:
5 _ /=80°; 6 — /= 100°; 7 — /= 130°;
8—<=150°; отвердитель — 10-ный
раствор лимонной кислоты; 9 —
/=80°; t0 — 100°; 11 — t= 130°;
12 — /=150°
Время желатинизации, мин
перегиба, после которых скорость желатинизации (при увеличе-
нии количества отвердителя) практически не растет. Если отвер-
ждение происходит при температуре 150° С с хлористым аммонием,
заметное снижение скорости желатинизации наблюдается при со-
держании последнего более 1—1,5%.
Кроме состава клея, на скорость желатинизации влияют вы-
держка его после приготовления, количество наполнителя и пер-
воначальная вязкость смолы, на основе которой приготовлен клей.
В табл. 19 приведены результаты опытов по определению вре-
мени желатинизации клеев в зависимости от выдержки после при-
готовления. Из полученных данных следует, что для всех иссле-
дуемых клеев время желатинизации уменьшается по мере увели-
чения свободной выдержки.
С увеличением вязкости смолы наблюдается увеличение ско-
рости желатинизации. Например, при увеличении вязкости смолы
Б со 100 до 250 сек по вискозиметру В-36 время желатинизации
сократилось с 120 до 90 сек, причем при последующем увеличении
вязкости до 350—400 сек скорость желатинизации не изменялась.
Глава IV
ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЛЕЕНЫХ ИЗДЕЛИЙ
ИЗ РАЗНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Если технология оклеивания древесины довольно хорошо изу-
чена и может обеспечить получение высококачественных изделий,
то в технологии склеивания разнородных материалов еще много
неясных вопросов. По своему характеру соединение на клею ма-
териалов с различными свойствами более сложно, чем склеивание
древесины. Все это заставляет с особой тщательностью подходить
к установлению и осуществлению технологических параметров про-
цесса склеивания. Механическое заимствование данных по техно-
логии изготовления клееных изделий из древесины, металлов и
других материалов, а также кустарное проведение процесса склеи-
вания может привести к резкому снижению надежности клееных
изделий и повышению их стоимости.
В процессе изготовления клееных изделий, помимо раскроя,
механической обработки материалов и других операций, есть такие
операции, как приготовление и нанесение новых клеев, новые виды
склеивания (упрочнение материалов стеклопластиками, покрытие
бумажными смоляными пленками, вспенивание пенополистирола
с одновременным приклеиванием к древесным материалам и
другие).
Без знания особенностей новых материалов, способов их рас-
кроя, обработки и склеивания новыми клеями не может быть пра-
вильно организован процесс изготовления клееных изделий.
В настоящей главе приведены общие сведения о выполнении
основных операций процесса изготовления клееных изделий. Обра-
щается внимание на особенности выполнения менее знакомых или
вообще новых в деревообработке операций. В последующих главах
некоторые технологические данные будут конкретизированы при-
менительно к склеиванию материалов тем или иным клеем.
Опыт показывает, что при организации на деревообрабатываю-
щих предприятиях изготовления конструкций из разнородных ма-
териалов работники предприятий сталкиваются с большими труд-
ностями. Вызывает осложнение раскрой материалов, особенно
таких абразивных, как стеклопластик. Механическая и особенно
химическая обработка поверхности материалов перед склеиванием
имеют свои особенности, которые не дают возможности выполнить
эти операции на обычном деревообрабатывающем оборудовании.
Наиболее трудным при освоении производства является приме-
нение новых клеев.
Разнообразие материалов, конструктивных форм и размеров
изделий требует применения различных способов и оборудования
93
для склеивания. Так, если для облицовки щитовых изделий срав-
нительно небольших размеров могут быть использованы распро-
страненные в деревообработке многоэтажные прессы, для склеива-
ния крупногабаритных строительных панелей требуются однопро-
летные прессы с большей площадью склеивания, но с меньшим
давлением.
1. РАСКРОЙ И ПОДГОТОВКА
ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛОВ
Как правило, на деревообрабатывающих предприятиях нет обо-
рудования для раскроя пластмасс, металлов, а на металлообраба-
тывающих предприятиях редко применяют оборудование для рас-
кроя древесных материалов.
Так как склеивание разнородных материалов может быть орга-
низовано на предприятиях различного профиля, целесообразно
подробнее остановиться на оборудовании и инструментах для рас-
кроя основных видов материалов.
Раскрой листовых материалов. Листовые материалы могут быть
раскроены на специальных круглопильных или ленточнопильных
станках, у которых в качестве режущего инструмента используются
пилы, диски или круги. Металлы и некоторые виды пластмасс
целесообразно раскраивать на гильотинных ножницах.
Тонкие листовые материалы (стеклопластики, поливинилхло-
рид, оргстекло, фанера, древесные плиты) можно раскраивать на
форматнообрезных станках.
При использовании стандартных станков типа ДЦ-3, ДЦ-6,
ЦФ-1 и др. для раскроя того или иного материала требуется соот-
ветствующий подбор режущего инструмента и режимов резания.
Кроме стандартных станков, могут быть использованы различ-
ные специализированные станки. Так, на ДОК № 3 Главмоспром-
стройматериалы спроектирован и изготовлен [62] форматный полу-
автомат для раскроя древесных плит и фанеры. Все операции,
кроме установки и снятия раскроенных плит, механизированы и
автоматизированы. Одновременно на станке работают три круг-
лые пилы (две для продольного распила и одна для поперечного).
Кроме того, станок позволяет раскраивать одновременно две или
три плиты.
Размер раскраиваемых плит составляет 3500X1750X60 мм;
скорость продольной и поперечной подачи 20 м{мин.
Интересный станок для раскроя древесноволокнистых плит раз-
работан [63] на Печорском домостроительном комбинате. Раскрой
плит на нем производится дисковыми ножами. Нож совершает
возвратно-поступательное движение и режет плиту, а не пилит,
как в других станках.
Для раскроя крупноразмерных листов стеклопластика, асбесто-
цемента и других неметаллических материалов ЭКБ ЦНИИСК
разработало специальный раскроечный станок. На этом станке
можно раскраивать листы размером 6000X1700 мм, толщиной до
94
12 мм. Диаметр режущего инструмента 200—400 мм, число оборо-
тов может изменяться от 500 до 4000 в минуту. Скорость подачи
каретки 0,03—1,2 м!мин.
За рубежом выпускается большое количество типов станков как
общего, так и узкоспециализированного назначения [64].
Рис. 21. Станок для раскроя листов
с ручной подачей
Рис. 22. Автоматизированный станок
для раскроя листовых материалов
фирмы Беттхер и Гесснер
На небольших предприятиях для раскроя любых неметалли-
ческих материалов может быть использован простейший станок
с ручной подачей (рис. 21).
Подача суппорта станка по направляющим осуществляется
вручную; лист обрезаемого по форме материала во время резания
неподвижен и прижат к направляющей линейке, что повышает
точность обработки и снижает трудоемкость.
Большое распространение нашли автоматические механизиро-
ванные станки (рис. 22) западногерманской фирмы Беттхер и
95
Гесснер. Они оснащены электромеханическим элементом управле-
ния и благодаря программному устройству являются непрерывно
действующими.
Станок № 485 этой фирмы снабжен транспортером, двумя суп-
портами для продольной распиловки и одним пильным суппортом
с двумя циркульными пилами на концах пильного вала для попе-
речной распиловки.
Диагонально расположенная балка неподвижно крепится к ста-
нине, и по ней во время движения плиты перемещается стальной
поперечный суппорт. Остановка продольной подачи для попереч-
ного разреза в данной модели не требуется; это значительно повы-
шает производительность станка. Включение устройства попереч-
ного суппорта связано с транспортером, поэтому точность обрезае-
мых плит достаточно высокая.
Более прост по устройству станок фирмы «Рондерс Машинери».
В нем пила вместе с пневматическим цилиндром укреплена на ка-
ретке, которая передвигается по направляющим станины. Пневма-
тический цилиндр обеспечивает опускание пильного диска при
рабочем ходе каретки и подъем — при обратном ходе. Плиты для
раскроя подаются непрерывно; направление движения каретки из-
меняется конечными выключателями.
Раскрой древесных плитных материалов и листовых пластмасс
наиболее часто производят круглыми пилами. При раскрое необ-
ходимо учитывать специфические физико-механические свойства
пластмасс.
В отличие от металлов пластмассы обладают малой теплопро-
водностью, способны при высокой температуре, возникающей в про-
цессе резания, подгорать или оплавляться.
Режущий инструмент при раскрое некоторых пластмасс изна-
шивается больше, чем при обработке металлов, из-за неоднород-
ности пластмассы и абразивного действия наполнителей (стекло-
волокна и т. д.).
Режущий инструмент изготавливают из быстрорежущей стали
и твердых сплавов, а для обработки пластмасс без наполнителей
(поливинилхлорид, оргстекло) — из инструментальной стали. Для
удаления пыли и других вредных веществ, появляющихся при
раскрое, рабочее место должно быть оборудовано местным отсосом.
Остановимся на особенностях раскроя отдельных материалов.
Древесные плитные материалы, а также многие виды пластмасс
можно раскраивать дисковыми пилами, оснащенными пластинами
из твердого сплава (ГОСТ 9769—61).
Диски пил изготавливают из листовой стали марки 85ХФ,
а режущие пластинки зубьев пил — из твердого сплава ВК-11 или
ВК-15.
При отсутствии специальных пил могут быть применены пилы
из быстрорежущей стали с симметричным расположением зубьев
и разводом 0,3—0,5 мм на сторону; скорость резания 150—
400 м!мин при подаче 0,2—0,5 мм(зуб.
96
Стойкость режущего инструмента может быть повышена в 1,5—
2 раза, если обработать его дисульфидом молибдена. Для этой
цели инструмент после заточки кипятят 15—20 мин в водной
суспензии дисульфида молибдена. Наиболее эффективно упроч-
нение инструмента, изготовленного из стали ХВГ, 85ХФ, Р18
и Р9.
Стеклопластики и стеклотекстолит рекомендуется обрабаты-
вать только твердосплавным инструментом при скорости резания
240—600 м{мин и подаче 0,06—0,1 мм]зуб с обязательным отсо-
сом пыли.
На здоровье работающих неблагоприятно влияет (вызывает
зуд тела) стеклянная пыль, возникающая при обработке стекло-
пластиков. Для уменьшения пылеобразования целесообразно поль-
зоваться масляным или водным охлаждением или смазывать ре-
жущие инструменты.
Бумажный слоистый пластик можно раскраивать дисковой пи-
лой диаметром 300—350 мм при скорости резания 45—50 м{мин.
Шаг зубьев (неразведенных) этой пилы составляет около 4 мм, тол-
щина диска 3—4 мм. Резцы пил изготовлены из быстрорежущей
стали или твердого сплава. Детали после раскроя необходимо обра-
батывать циклей или ручным рубанком. При раскрое на зубья пил
налипает смола, отчего инструменты сильно нагреваются. Зубья
необходимо периодически тщательно очищать.
Бумажный слоистый пластик толщиной до 2 мм можно резать
на гильотинных ножницах. Для этого ножи должны быть уста-
новлены параллельно и остро отточены под углом заострения 85°.
Для раскроя древесных плитных материалов и пластмасс мо-
жет быть использован и другой режущий инструмент. Так, пред-
ложена круглая пила со вставными зубьями, оснащенными плас-
тинками из твердого сплава [65].
Вставные зубья имеют форму клина. Такая форма гнезд, в ко-
торые вставляются зубья, дает возможность за счет поджатия их
к периферийной части диска выбирать в соединении все зазоры и
предварительно растягивать венец пилы; пила приобретает в ра-
боте большую устойчивость. Зубья устанавливают в пазы треуголь-
ной формы в поперечном к плоскости диска направлении и фикси-
руют заклепками в определенном положении. После установки всех
зубьев в гнезда периферийное кольцо диска благодаря предвари-
тельному напряжению становится жестким.
Пилу со вставными клиновыми зубьями в отличие от цельных
пил не надо править; напайка пластинок из твердого сплава не на
диске, а на зубья более проста и ее можно производить в мастерс-
ких деревообрабатывающих предприятий.
Такие образивные материалы, как стеклопластик, асбестоце-
мент и др. можно раскраивать также при помощи корундовых и
карборундовых кругов. Для раскроя стеклопластиков целесооб-
разно применять карборундовые круги на бакелитовой связке зер-
нистостью 24, твердостью 9 и структурой СМ2. Обычно диаметр
97
Рис. 23. Ленточнопильный станок
с подающей кареткой
кругов 300—350 мм, толщина 3—6 мм. Раскраивают абразивные
материалы при скорости резания 3000—3600 м!мин и подаче 0,01—
0,6 м/мин.
При массовом производстве и высоких требованиях к точности
обработки целесообразно применять алмазные пилы.
Стеклопластики, стеклотекстолиты и другие материалы толщи-
ной 1,5—3 мм можно раскраивать также на гильотинных вибраци-
онных ножницах. Зазоры между лезвиями должны быть не более
0,1—0,2 мм, а лист при резании должен плотно прижиматься
к столу у линии разреза. С увеличением толщины листов возни-
кают затруднения при раскрое из-за появляющихся неровностей па
линии разреза (выкрашивание, вы-
рывы, смятие кромок). Это в зна-
чительной степени устраняется пред-
варительным подогревом листов
стеклопластиков до 120—130°.
Толщина разрезаемых листов
после подогрева может быть увели-
чена в 2—3 раза.
Раскрой пенопласта и других
материалов. Наиболее часто блоки
пенопластов раскраивают па спе-
циальных лепточпопильных стан-
ках.
При распиловке жестких пено-
пластов па столярных ленточных
станках применяют ленточные пилы
шириной 12—35 мм с профилем
зубьев в виде прямоугольного тре-
угольника, с круглой пазухой и уг-
лом заточки 60—65° с шагом зубьев
6—9 мм. Развод зубьев на каждую
сторону составляет 0,1—0,15 мм.
Материал подается плавно, без
задержек и рывков. Скорость реза-
ния 20—30 м{сек, скорость подачи 4—6 м/мин.
В ФРГ фирма «Краус Рейхент» выпускает специальную уста-
новку для раскроя блоков пенопласта.
Установка состоит из двух вертикально-режущих ленточных
пил, расположенных на одном перестанавливающемся рельсовом
пути.
Наименьший размер раскраиваемых блоков 40 см, наибольший
300 см, высота пропила 70 см.
На рис. 23 показан ленточнопильный станок с подающей карет-
кой, выпускаемый западногерманской фирмой «Петуинг уид Гарт-
ман» [66]. Этот станок применяют для распиловки блоков полисти-
рольного пенопласта. Высота пропила составляет до 1100 мм. Для
распиловки более тяжелых материалов станок может быть оснащен
98
подающей кареткой с гидравлическим приводом. Станок отли-
чается высокой производительностью.
Крупногабаритные блоки пенопластов раскраивают на ленточно-
пильных станках с горизонтальным расположением режущего ин-
струмента. На этих станках можно резать не только жесткие, но
и эластичные пенопласты (поролон). В этом случае используют
полотно без зубьев, но с заостренной кромкой.
Для раскроя поролона можно использовать модернизирован-
ный ленточнопильный станок ШлПС [67]. Вместо шлифовальной
ленты на нем установлен нож, механизирован подъем стола. Раз-
меры стола увеличены до 2100X1800 мм. Размеры ножа следую-
щие: длина в развертке 6250 мм, ширина 40 мм, толщина 1,5 мм.
На станке установлено приспособление для заточки ножа.
Пенопласты на основе полистирола (ПС-1, ПС-4 и др.) и поли-
уретана с объемным весом меньше 30 кг{мъ очень часто режут
нихромовой проволокой, нагретой электротоком до 250—300°. За
счет оплавления создается ровная гладкая поверхность разреза.
Подготовка поверхности материала к склеиванию. Обычно под-
готовка поверхности к склеиванию заключается в очистке от пыли
и различного рода загрязнений, снятии консервирующих покрытий
в виде жировой смазки, бумаги, целлофана и др., а также в неко-
торых случаях специальной обработки поверхностей для лучшего
сцепления клея с материалом. Для этих же целей на поверхность
склеиваемых материалов должны наноситься защитные слои, уве-
личивающие прочность склеивания и повышающие коррозионную
стойкость материала (например, нанесение грунтов на алюминий
для защиты от кислотного отвердителя клея КБ-3).
Общее требование для всех видов материалов — недопустимость
запыления, загрязнения и замасливания, а также увлажнения по-
верхностей, подлежащих склеиванию, так как в этом случае нару-
шается прямой контакт клея со склеиваемой поверхностью,
необходимый для получения высококачественного соединения. По-
верхности металлов и неметаллических материалов перед нанесе-
нием клеев необходимо тщательно очищать.
Как правило, материалы, подготовленные под склеивание,
должны поступать на операцию нанесения клея не позже чем через
2—6 ч после окончания подготовки.
Наиболее сложен вопрос о подготовке поверхности металлов-.
Если для склеивания металлов между собой необходима соответ-
ствующая подготовка поверхности, то для склеивания их с древес-
ными материалами пока еще трудно дать окончательные рекомен-
дации. Так, проведенные ЦНИИСК опыты показали, что при
склеивании стали с сосной клеем ЭПЦ начальная прочность соеди-
нений часто превышает прочность древесины. Однако из-за нали-
чия на поверхности металла различных окисных пленок в резуль-
тате взаимодействия металла с клеем при дальнейшей эсксплуа-
тации изделий на границе клей—металл появляется слой ржав-
чины, снижающий конечную прочность клеевого соединения.
99
При склеивании алюминия с древесиной также можно получить
достаточно высокую начальную прочность без специальнй обра-
ботки металла.
Известно [68], что химическая обработка поверхности при склеи-
вании алюминия с алюминием увеличивает прочность в 2 раза и
более. Однако прочность соединения металлов при сдвиге даже
без обработки для клея ЭПЦ-1 составляет около 50 кгс/см2, по-
этому, учитывая относительно малую прочность самих древесных
материалов, эффект обработки в данном случае используется не-
значительно.
Однако нельзя не учитывать, что в ряде случаев, особенно при
склеивании древесных материалов на холоду, прочность может
увеличиваться в зависимости от вида подготовки поверхности.
В частности, это было установлено при склеивании древесноволок-
нистых плит (в торец с алюминием) (табл. 20).
Рассмотрим различные способы подготовки поверхности
металлов.
Таблица 20
Влияние характера обработки поверхности алюминия
на прочность склеивания
Материал, склеиваемый с алюминием Предел прочности различных клеевых швов при скалывании, кгс!смг
необработанный алюминий механически обработанный алюминий травленый алюминий
ЭПЦ-1 Б ЭПЦ-1 Б ЭПЦ-1 Б
Древесноволокнистые плиты 19 17 — 62 67 32
7—39 19—31 32—75 49—82 7—80
Примечание. Числитель — среднее значение предела прочности, зна-
менатель — минимальное и максимальное значения.
Прочность склеивания металлов почти всеми клеями может
быть увеличена путем обдувки поверхности песком или металли-
ческими опилками, обработкой шкуркой или травлением, так как
при этих видах обработки значительно увеличивается площадь
склеиваемой поверхности. При обдувке песком полированной стали
поверхность контакта с клеем можно увеличить в 15—20 раз, по-
этому такая обработка поверхности металлов, если она допустима
к эксплуатации в коррозионном отношении, целесообразна.
При обдувке металлическими опилками металлов рекомен-
дуется поддерживать в соплах давление 3—4 атм. Во время обра-
ботки детали необходимо подавать равномерно и держать на оди-
наковом расстоянии (20—30 см) от сопла во избежание образова-
ния местных выбоин.
100
В качестве обязательной операции при склеивании металлов
с любыми материалами рекомендуется обезжиривание, которое
можно проводить различными составами. В простейшем случае
для удаления масел и жиров с поверхности металлов применяют
последовательную промывку чистым бензином, а затем ацетоном.
Высокое качество обезжиривания поверхностей металлических
заготовок достигается в среде горячих паров органических раство-
рителей, в частности, в среде стабилизированного трихлорэтилена,
имеющего очень малый коэффициент поверхностного натяжения.
Благодаря этому он легко проникает (особенно в парообразном
состоянии) в мельчайшие поверхностные поры. Длительность обра-
ботки парами трихлорэтилена составляет 5 мин, после чего в за-
висимости от сложности и загрязнения деталей следует промывка
в трихлорэтилене в течение 15—20 мин, затем следует промывание
деталей холодной проточной водой в течение 5 мин.
Рекомендуется обезжиривание металлов в следующем составе
в ванне (г/л):
Фосфорнокислый натрий (три-
натрийфосфат) . . . 30—50
Кальцинированная сода 30—50
Жидкое стекло 20—30
Ванну составляют при температуре раствора 60—70° С путем
растворения в воде необходимого количества химикатов. Раствор
во время работы перемешивается сжатым воздухом и обогревается
паром или горячей водой. Продолжительность обработки 3—5 мин.
После обезжиривания металлы промывают горячей водой в про-
точной ванне при смене воды не менее 15 л!м2 обрабатываемой по-
верхности. Температура воды поддерживается в пределах 50—
70° С. Продолжительность промывки не менее 10 мин.
Холодной водой металлы промывают в проточной ванне при
перемешивании и смене воды не менее 25 л/м2 обрабатываемой
поверхности. Продолжительность промывки — не менее 1 мин.
Рекомендуются и некоторые другие химические растворы для
обезжиривания. Используют [69], в частности, раствор следующего
состава (г/л):
Едкий натр . . 10
Тринатрийфосфат ... 6
Сода кальцинированная 4
Температура раствора 85—90°, продолжительность обезжири-
вания поверхности 3—4 мин.
После обезжиривания образцы промывают горячей водой и
сушат.
Химическая обработка поверхности стали заключается в трав-
лении окисного слоя, образующегося при прокате металла.
Травление может быть проведено следующим образом: ванну
с 20%-ным раствором серной кислоты подогревают паром или го-
рячей водой до 60—70° С, после чего загружают стальные детали
на 10 мин. Для нейтрализации остатков кислоты стальные
101
заготовки из травильной ванны помещают на 3—Ьмин в ванну с 15—
20%-ным раствором известкового молока или 15—20%-ным раство-
ром кальцинированной соды, после чего в следующей ванне тща-
тельно промывают горячей и холодной водой. Для удаления вто-
ричной ржавчины применяют специальный моечный состав № 1120
(МХП 271—41). Этот состав выпускают в готовом к употреблению
виде. Он содержит 5% фосфорной кислоты, 5% бутанола, 20%
этилового спирта. Спустя 3—5 мин моющий состав смывают го-
рячей водой.
Поверхность алюминия можно обрабатывать химическим (окси-
дирование) и электрохимическим (анодирование) способами. Хи-
мическое оксидирование алюминия несколько уступает электрохи-
мическому анодированию по коррозионной стойкости получаемой
пленки, но равноценно с ним по прочности клеевого соедине-
ния [69].
Способ химического оксидирования заключается в обработке
поверхности элементов в ванне следующего состава (вес. частях):
Серная кислота (концентрированная) 10
Бихромат натрия или бихромат калия I
Вода . 30
Температура раствора 60—65° С, время оксидирования 10—
15 мин, раствор постоянно перемешивается.
При указанных режимах химического оксидирования и рецеп-
туре ванны толщина оксидного слоя должна составлять 1—2 р,.
В ванне химического оксидирования можно обрабатывать без
смены раствора 1 м2 поверхности алюминия в 1 л раствора.
Расход химикатов на 1 л/2 алюминия составляет 40—45 г сер-
ной кислоты и 30—35 г бихромата натрия или калия с увеличе-
нием их количества по мере загрязнения раствора.
Электрохимическое оксидирование производится при постоян-
ном токе в электролите, представляющем собой водный раствор
технической серной кислоты с концентрацией 180—200 г/д. Тем-
пература электролита должна быть в пределах 13—26°, анодная
плотность тока 1—1,5 а/сЬи2, напряжение на шинах 12—22 в. Дли-
тельность оксидирования при плотности тока 1 а/дм2 составляет
40 мин, при плотности 1,5 а{дм2 — 27 мин.
В качестве катода применяют пластины из рольного свинца
или сплава свинца с 7% сурьмы. Детали подвешивают на анодную
штангу ванны.
Разнообразие видов пластмасс и различие их свойств требуют
индивидуального подхода к выбору способа подготовки того или
иного типа.
Иногда поверхность пластмасс обрабатывают химическим спо-
собом. Так, найлон подвергают травлению уксусной кислотой,
эпоксидные новолаки — щелочью и т. д. Все эти способы увеличи-
вают прочность клеевого соединения, но не оправдываются на прак-
тике по технике безопасности. Они снижают прочность материала
102
и т. д., поэтому их используют лишь в отдельных специальных
случаях.
Вместе с тем почти все пластмассы должны подвергаться меха-
нической обработке (шлифованию, зашкуриванию, обработке рас-
пылением абразивной эмульсией и др.), от вида которой зависит
прочность соединения. Наиболее проста и экономична обработка
стеклянной или наждачной шкуркой. Лучше проводить шлифовку
механическим путем — лентами, вальцами, но не ручным способом.
Абразивные шкурки необходимо часто менять (через 30—
40 мин)\ иногда целесообразно применять металлические щетки,
которые увеличивают время прямой эксплуатации в 2—3 раза.
Если затупление абразивных зерен приводит в негодность шкурку,
металлические щетки после заточки на абразивных кругах можно
эксплуатировать еще в течение длительного периода времени.
Кроме шлифования, поверхность пластмасс перед склеиванием
можно строгать.
Так, фирма «Басс Мэйчин Уоркс» выпускает [70] машины для
двусторонней обработки листов пластмассы. Строгание листов про-
изводится двумя массивными резцовыми головками с твердосплав-
ными ножами, вращающимися со скоростью 3600 об/мин. Ножи
снимают с поверхности обрабатываемого листа очень тонкую
стружку и лист получается с неподплавленной поверхностью.
Ножи резцовой головки затачивают портативным заточным
станком без демонтажа головки. На машинке можно обрабатывать
листы шириной до 1475 мм. Максимальная производительность
16,5 м/мин.
2. ПРИГОТОВЛЕНИЕ КЛЕЕВ
Приготовление клеев заключается в тщательном перемешива-
нии смол с разбавителями, ускорителями, наполнителями и отвер-
дителями.
Рекомендуется применять клеемешалки с механическим приво-
дом. Лопасти мешалки должны делать не более 50 об/мин для
вязких клеев с большим количеством наполнителей (типа эпоксид-
ных) и не более 80 в минуту для клеев без наполнителей (типа
каучуковых и полиэфирных). Повышение числа оборотов лопастей
мешалки против указанного не рекомендуется во избежание силь-
ного вспенивания клея.
Наиболее целесообразно применять механические клееме-
шалки со сменными емкостями. Лучше всего клеи с наполните-
лями перемешиваются в клеемешалках с планетарным вращением
лопастей. При небольшом объеме работ можно применять простей-
шие клеемешалки с ручным перемешиванием.
Большинство клеевых композиций в процессе приготовления
разогреваются вследствие экзотермического эффекта, поэтому при
приготовлении большого количества их может быть выделено так
много тепла, что при неудовлетворительных условиях теплоотвода
температура клея может достичь такого значения, при котором
103
произойдет быстрое загустение его. Такой затвердевший крей
очень трудно удалить из клеемешалки или клеенаносителя. Для
охлаждения клеев в процессе приготовления клеемешалки должны
быть оборудованы водяными рубашками. Температура компонентов
клея при введении отвердителей должна быть 15—25° С.
Наиболее простым является приготовление клеев, которые по-
ступают к потребителю с химических предприятий в готовом виде
(типа каучуковых). Перед употреблением требуется лишь их пере-
мешать для устранения осадков. Иногда такие клеи на месте раз-
бавляют растворителями до требуемой для нанесения концентра-
ции. Каучуковые клеи разбавляют смесью'этил ацетата с бензином
в соотношении 2 : 1 для клея 88-Н и 1 : 1 для клея КС-1. При такой
концентрации (порядка 25%) клеи можно наносить распылением.
Более сложно приготовлять многокомпонентные клеи. Процесс
начинается с подготовки компонентов к смешиванию. Сыпучие на-
полнители (цемент, кварцевый песок, каолин, древесную муку
и т. д.) просевают и в случае надобности подсушивают. Парал-
лельно с этим подготавливают смолы. Смолы, имеющие высокую
вязкость, перед заливкой в клеемешалку разогревают до 60—70° С.
Последовательность смешивания компонентов определяется по-
рядком расположения их в рецептурных таблицах (см. главу Ш).
В клеемешалку заливают предварительно взвешенную смолу и
при работающем смесительном устройстве заливают другие жидкие
компоненты (кроме отвердителей). Перемешивание продолжается
5—10 мин. Перед добавлением остальных компонентов темпера-
тура смеси должна быть доведена до 15—25°; для этого исполь-
зуют водяную рубашку клеемешалки. Затем постепенно при пере-
мешивании массы добавляют необходимое количество отверди-
телей и наполнителей.
Время перемешивания наполнителей с остальными компонен-
тами для большинства клеев составляет 5—10 мин (до получения
однородной смеси). После окончания перемешивания клей готов
к употреблению и должен быть удален из клеемешалки.
В США [71] проводятся исследования по микрокапсуляции
отвердителей для клеевых систем на основе эпоксидных и других
термореактивных смол. Быстродействующий отвердитель, помещен-
ный в сферические капсулы диаметром в несколько микрон, сме-
шивается затем с остальной массой клея.
При склеивании под давлением на клеевой шов или при нагреве
капсулы разрушаются и отвердитель проникает в смолу. После
этого процесс отверждения заканчивается в течение нескольких
минут и даже секунд. Этот способ позволяет отверждать клеевые
системы по «заказу», т. е. только в нужный момент.
После перемешивания клей должен быть однородным по всему
объему. Для контроля за качеством перемешивания можно доба-
вить в клеевую смесь некоторое количество инертных красителей.
За рубежом некоторые фирмы поставляют уже окрашенные отвер-
дители.
104
В Англии фирмой «Пайлз Индастри» выпускается автоматиче-
ский измеритель-смеситель, предназначенный для одновременного
измерения степени перемешивания и дозировки двухкомпонентных
клеев. Управление этим прибором и частота дозировки (от 1 до
50 г) осуществляется вручную или автоматически.
Рис. 24. Портативная съемная клеемешалка
Так как существует большое количество различных типов клее-
мешалок, рассмотрим несколько наиболее характерных механизмов.
Находят применение съемные портативные клеемешалки (рис. 24),
которые при помощи двух винтовых зажимов могут быть быстро
прикреплены к любой емкости, где приготавливается клей. Осо-
бенно такие мешалки удобны для каучуковых клеев, которые по-
ставляют в герметически закрытых баллонах. Перед употреблением
к бидону прикрепляют мешалку, обеспечивающую быстрое переме-
шивание клея.
В качестве съемных мешалок используют также ручные электро-
сверлилки, гайковерты, шуруповерты и т. д. К ним крепят крышки,
диаметр которых несколько больше диаметра емкости, в которой
перемешивается клей. Через крышку пропускается вал с лопаст-
ными винтами. Верхние лопасти перемещают массу ко дну емкости,
а нижние — к поверхности. Вал соединяется с электросверлилкой
при помощи переходной втулки. Мешалка подвешена на роликовой
каретке с блоком и может перемещаться по монорельсу, обслужи-
вая несколько емкостей. Благодаря противовесу мешалку можно
легко поднимать и опускать.
Хорошо оправдала себя в работе клеемешалка, разработан-
ная Индустройпроектом и ЭКБ ЦНИИСК (рис. 25). Эта клееме-
шалка предназначена для приготовления клеев типа фенолфор-
мальдегидных, эпоксидных без наполнителя и др. в условиях мелко-
серийного производства. Клеемешалка планетарного типа конструк-
ции ЭКБ ЦНИИСК показана на рис. 26, а.
105
Рис. 25. Механическая мешалка емкостью 20 л:
а — общий вид; б — схема; / — корпус; 2 — электромотор
с редуктором; 3 — съемный клеевой бачок; 4 — подставка
под бачок; 5 — соединительная муфта
Рис. 26. Клеемешалки
планетарного типа:
а — конструкции ЭКБ
ЦНИИСК; б — фирмы
«Драйз—Торрмат»
А-/\
Особенность клеемешалки—подъем смесительных лопаток
вместе с их приводом с одновременным открытием бака мешалки
при помощи гидравлики, а также возможность выкатывания бака
с подачей на роликах к месту потребления клея.
Высокое качество перемешивания массы обеспечивается плане-
тарным приводом, вращающим две смесительные штанги с лопат-
ками (каждую вокруг своей оси и обе вместе вокруг оси бака сме-
сителя). Характерная особенность смесителя — возможность за-
ливки и засыпки компонентов при закрытом баке и работающем
смесительном устройстве.
Лопастные валы предназначены для интенсивного перемеши-
вания клея, поэтому они вращаются вокруг своей оси со скоростью
20—60 об!мищ совершая при этом планетарное вращение вокруг
неподвижной шестерни редуктора со скоростью 10—20 об}мин.
Бесступенчатое регулирование оборотов обеспечивается гидромото-
ром, а подъем и опускание привода с перемешивающим органом —
гидроцилиндром.
За рубежом клеемешалки описанного типа выпускаются различ-
ными фирмами: «Драйз—Торрмат», «Дей» и др. В качестве примера
на рис. 26, б показана универсальная машина с планетарным ме-
ханизмом фирмы «Драйз—Торрмат». Верхняя часть ее при помощи
электромоторов может подниматься, а смесительный бак выдви-
гаться из машины. В корпусе мешалки размещены приводные дви-
гатели и все распределительные приборы. Специальные механизмы
обеспечивают нагрев и охлаждение перемешиваемой массы и
очистку бака от клея. Привод механизма перемешивания может
быть одно- или двухступенчатый или бесступенчато-регулируемый.
Фирма выпускает смесители емкостью от 6 до 600 л.
Выше рассматривалось приготовление клеев, имеющих сравни-
тельно большую жизнеспособность (0,5 ч и более). При меньшей
жизнеспособности процессы приготовления и нанесения клеев
совмещаются в одном механизме. В нем смола или компаунд и
отвердители хранятся раздельно и поступают для смешивания лишь
в необходимых для непосредственного употребления количествах.
При этом перемешивание производится непосредственно перед вы-
ходным соплом механизма.
Кратко остановимся на подаче приготовленного клея к клее-
наносящим механизмам. Если клей приготовляется в съемных ем-
костях, после окончания процесса приготовления вручную или при
помощи подъемно-транспортных механизмов эти емкости переме-
щаются к клеенаносителям. В отдельных случаях клеемешалки
устанавливают непосредственно на самих клеенаносителях. При
небольшом объеме производства клей из клеемешалок перели-
вается в специальные емкости (иногда охлажденные), в которых
затем и подается к местам нанесения. В массовом производстве
клей малой и средней вязкости от клеемешалок к клеенаносителям
можно подавать по специальным пневмотрубопроводам.
108
3. НАНЕСЕНИЕ КЛЕЕВ
При склеивании древесины, несмотря на большое количество
торговых марок клеев, вязкость обычно изменяется в относительно
малых пределах (от 40 до 100—150° по В-36). Этим и опреде-
ляется небольшой типаж клеенаносящего оборудования и сравни-
тельная простота его конструктивного выполнения.
Иное положение в случае склеивания разнородных материалов,
когда используются клеи, резко отличающиеся по своим свойствам
(вязкости).
Для обеспечения качественного склеивания во всех случаях не-
обходимо, чтобы клей был нанесен равномерным слоем на одну
или обе склеиваемые поверхности. Расход клея колеблется в значи-
тельных пределах и зависит от многих факторов: вязкости клея,
применяемого клеенаносящего оборудования, структуры и подго-
товки склеиваемых поверхностей, одно- или двустороннего нанесе-
ния, кратности нанесения и т. д. Влияние этих факторов рассмат-
ривается в соответствующих главах книги.
Обычно при однократном нанесении клеев на одну из склеивае-
мых поверхностей расход клея колеблется от 0,1—0,25 кг!м2 (для
маловязких клеев) и до 1,0—1,2 кг(м2 (для высоковязких клеев
с большим количеством наполнителей).
Важное значение имеет толщина образуемого клеевого шва.
Теоретически наиболее приемлемы очень тонкие клеевые швы (10—
15 ц). Однако на практике толщина швов колеблется от 100 ц до
2 мм и более. Как показали опыты, с увеличением толщины в кле-
евом шве резко нарастают внутренние напряжения, вызывающие
соответственно снижение прочности соединений.
Наименьшая толщина клеевого шва, а следовательно, и расход
клеев достигается при склеивании больших, хорошо подогнанных
поверхностей маловязкими клеями. Характерным примером в дан-
ном случае может быть склеивание (облицовка) древесноволокни-
стых или древесностружечных плит тонким алюминием. Расход
клея несколько повышается при склеивании узких деталей, так как
часть клея выдавливается в момент приложения давления.
При нанесении клеев на пористые поверхности (пенопласт)
расход клея резко возрастает, поэтому часто клей наносят только
на одну из склеиваемых поверхностей, несколько увеличивая его
удельный расход.
При склеивании металлов между собой и с конструкционными
неметаллическими материалами рекомендуется наносить клей, как
правило, на обе склеиваемые поверхности. Это в большей степени
гарантирует сплошность покрытия поверхностей, отсутствие мест-
ных непроклеев и равномерность толщины клеевой прослойки по
всей площади склеивания.
Судя по опыту деревообрабатывающей промышленности, где для
склеивания древесины почти всегда используют односторонее на-
несение, при склеивании пластмасс и металлов с древесными
109
материалами смоляными клеями можно делать и одностороннее
нанесение, учитывая при этом более низкие требования к прочности
соединения, которая обычно определяется прочностью одного из
наиболее слабых материалов.
Это положение неоднократно подтверждалось в опытах, резуль-
таты которых изложены в последующих главах книги. Однако
в наиболее ответственных соединениях, особенно при склеивании
маловязкими клеями, лучше всего клей наносить на обе поверхно-
сти с целью исключения самых малых непроклеев.
На практике обычно устанавливают средний удельный расход
клея, толщину же наносимого клеевого слоя не контролируют.
В последнее время, однако, проводятся работы и в этом направле-
нии. Так, во ВНИИДрев проведены работы по изысканию метода
автоматического контроля за толщиной нанесения клеевого слоя
на древесные материалы. Контроль осуществляется бесконтактным
способом, основанным на поглощении у-излучений материалом.
Были проверены схемы контроля, использующие счетный метод
регистрации излучений, а также радиоизотопные толщиномеры типа
БИВ-2 и ИТУ-495. Установлена возможность использования для
указанной цели радиоактивных изотопов. Вместе с тем выявлено,
что специфика древесного материала (неравномерность плотности,
толщины и влажности) требует разработки специальных приборов.
Как уже отмечалось, выбор способа нанесения клея, а следова-
тельно, и типа оборудования зависит от технологических свойств
клея, в первую очередь, от его вязкости, а также от объема про-
изводства, требований техники безопасности и других условий.
Жизнеспособность клея после нанесения в некоторой степени зави-
сит от способа его нанесения, поэтому открытые и закрытые
выдержки для одних и тех же клеев при нанесении распылением
будут меньшими, чем при нанесении валками или контактным
наливом.
На склеиваемые поверхности клей следует наносить при по-
мощи механизированных клеенаносителей, обеспечивающих быст-
рое получение равномерного по толщине клеевого слоя. При малом
объеме работ для нанесения клея допускается применение шпате-
лей, валков и других инструментов.
Условно (без учета того, что клеи после введения отвердителей
меняют свою вязкость) клеевые композиции по вязкости можно раз-
делить на три группы [72]:
маловязкие клеи, имеющие вязкость по конусному вискозиметру
ВК-2 в интервале от 0,14 до 0,8 сек (например, карбамидные, фе-
нолформальдегидные, полиэфирные без наполнителя, каучуковые
и др);
средней вязкости — от 0,8 до 2,6 сек (например, фенолформаль-
дегидные с древесной мукой в качестве наполнителя, полиэфирные
с наполнителями и др.);
высокой вязкости — выше 2,6 сек (эпоксидные и другие клеи
с большим содержанием наполнителей).
ПО
В современных высокомеханизированных производствах в зави-
симости от вязкости клея, свойств и геометрических форм материала
клей можно наносить клеевыми вальцами, методом пневматиче-
ского или гидравлического распыления, методом налива. Распыле-
нием можно наносить клеи малой и частично средней вязкости на
большие поверхности различной геометрической формы.
Для нанесения на ровные прямолинейные поверхности маловяз-
ких, а иногда и средней вязкости клеев целесообразно использовать
клеевые вальцы.
Налив (контактный или бесконтактный) используют при нане-
сении клеев практически любой вязкости на большие плоские по-
верхности.
При бесконтактном наливе клей сплошной завесой вытекает из
узкой щели клеевого бункера и ровным слоем наносится на листы,
движущиеся с определенной скоростью на транспортере. Расход
клея регулируется изменением ширины щели и скорости движения
транспортера. Этот способ налива преимущественно используют
для нанесения клеев малой вязкости.
Контактный метод налива позволяет наносить клеи как средней,
так и высокой вязкости на листовые материалы и материалы сред-
него слоя с плоскими поверхностями. Этот способ заключается
в нанесении клея путем непосредственного контакта поверхности
материала с губками щелевого отверстия клееналивного бункера.
При движении материала клей, находящийся в непосредственном
контакте с поверхностью материала, равномерно распределяется
по всей его плоскости.
Нанесение клеев высокой вязкости на узкие длинные поверх-
ности (обрамление панелей), а также местное нанесение других
клеев рекомендуется путем выдавливания через клеевые головки,
имеющие разную форму и сечение сопел.
Ниже подробно описывается нанесение клеев различными спо-
собами.
Нанесение клея кистями, шпателями и другими ручными инст-
рументами. В малосерийном производстве, а также на отдельных
операциях (чаще всего сборочных) при небольшом выпуске продук-
ции клей наносится кистями различного вида. Наиболее приемлемы
кисти из щетины со свободной длиной ворса 1,5—2 см. Как слишком
длинный, так и короткий ворс неудобен в работе и не дает равно-
мерной толщины клеевого слоя. Клей можно наносить специальным
роликом-кистью (рис. 27), шпателями и другими инструментами.
В разных странах делают попытки усовершенствовать процесс
нанесения клея кистями. Так, выпускаемый в США [73] аппарат
состоит из баллона, кисти и соединительного гибкого шланга. Во
время работы клеевой раствор под давлением подается по гибкому
шлангу к кисти, на ручке которой находится кнопка для регулиро-
вания подачи клея. Клей средней вязкости содержится в баллоне
под давлением 9 атм, которое поддерживается на определенном
заданном уровне при помощи пневморегулятора. Баллоны емкостью
111
от 9 до 22,5 л имеют три вывода, к которым через шланги
одновременно могут быть подсоединены три кисти. Так как длина
шлангов составляет 6 м, одним баллоном свободно могут пользо-
ваться трое рабочих.
Нанесение клеевыми вальцами. Такое нанесение получило наи-
большее распространение в деревообрабатывающей промышленно-
сти. С успехом клеевые вальцы используют также при нанесении
клея на тонкие металлические листы, стеклопластик, бумажный
слоистый пластик и т. д.
В нашей стране и за ру-
бежом разработано большое
количество типов клеевых
вальцов, поэтому остано-
вимся лишь на наиболее ха-
рактерных из них.
Нашей промышленно-
стью серийно выпускаются
клеевые вальцы типа КВ-2
(СТУ 7—01—31—61) и
КВ-20 (СТУ 7—01—30—61).
Вальцы КВ-2 предназна-
чены для одностороннего на-
несения клея на плоские по-
Рис. 27. Нанесение клея роликом-кистью верхности. Рабочая длина
вальцов составляет 1700 мм,
диаметр — 300 мм, число оборотов в минуту—18. Просвет между
вальцами регулируется от 0 до 50 мм.
Вальцы КВ-20 позволяют осуществлять двустороннее нанесение
клея. Длина вальцов равна 2000 мм, диаметр — 300 мм, число обо-
ротов в минуту от 8,5 до 26. Расстояние между вальцами также ре-
гулируется в пределах от 0 до 50 мм.
Аналогичные вальцы выпускаются также за рубежом. В каче-
стве примера на рис. 28, а показаны клеевые вальцы типа Клэм,
выпускаемые в Англии. Интересный высокопроизводительный двух-
вальцовый станок модели № 5Н-В используется в Канаде
(рис. 28, б). Он предназначен для нанесения клеевых и отделочных
составов на детали шириной до 1219 мм и толщиной до 76,2 мм.
Диаметр наносящих обрезиненных вальцов равен 152,4 мм, длина
1371,6 мм. Для регулирования толщины пленки наносимого мате-
риала установлены сплошные стальные валики диаметром 88,9 мм
и длиной 129,4 мм.
Нанесение клеев распылением. Наибольшее распространение по-
лучил метод воздушного распыления (рис. 29, а), хотя в последнее
время все больше внимания уделяется безвоздушному методу, ко-
торый имеет ряд преимуществ по сравнению с первым.
Простейшая установка для нанесения клея методом воздушного
распыления состоит из компрессора 0-38, клеевого бачка каплевид-
ной формы и распиливающего пистолета. Маловязкие каучуковые,
112
полиэфирные и другие клеи можно распылять обычными лакокра-
сочными пистолетами С-592; 0-31 А; 0-45 и др.
Пистолет 0-45 имеет съемные головки, позволяющие получать
факелы разных форм и размеров. Пистолет 0-31А отличается от
предыдущего наличием воздушной кольцевой завесы, уменьшаю-
щей выпадение частиц из факела. Пистолет С-595 используют для
нанесения более вязких составов (до 200 сек по ВЗ-4).
Пистолет КВС-2 имеет диаметр сопла больше, чем у описанных
выше пистолетов. Это позволяет распылять более вязкие клеи.
Рис. 28. Валковые клеенаносители:
а — клеевые вальцы типа Клэм; б — двухвальцовый станок с подающим транспортером
Проведенные в ЦНИИСК опыты показали, что указанные выше
пистолеты вполне пригодны для нанесения ряда клеев. Режимы на-
несения приведены в табл. 21.
Так как рабочая жизнеспособность большинства клеев ограни-
чена и практически составляет не более 60—90 мин, наиболее про-
грессивным способом является нанесение клея при помощи двух-
соплового пистолета. В этом случае компоненты клея (смолу и от-
вердитель) приготавливают в двух изолированных емкостях, и
жизнеспособность каждого из компонентов увеличивается в десятки
раз. Практически в течение суток клей можно наносить без опас-
ности отверждения. Окончательное смешивание в нужных пропор-
циях обоих компонентов происходит в факеле двухсоплового пи-
столета только при выходе из аппарата.
За рубежом разработаны различные установки для нанесения
лаков и клеев двухсопловыми пистолетами. Один из таких пистоле-
тов фирмы «Эрсопрей» показан на рис. 29, б. Схема подачи компо-
нентов к распылителю, разработанная одной из французских фирм
[74], показана на рис. 29, в. Здесь смола (или компаунд) находится
под давлением в одном баке 1, а отвердитель — в другом 2. Не-
сколько редукторов, расположенных последовательно, позволяют
точно и непрерывно регулировать давление воздуха в емкостях,
113
Рис. 29. Нанесение клеев воздушным распылением:
а — нанесение односопловым пистолетом; б — двухсопловый пистолет; в — схема подачи
компонентов к двухсопловому пистолету
Таблица 21
Режимы нанесения клеевых композиций методом
пневматического распыления
Вид клея Пределы вязкости, сек Тип распылителя . .. 1 Давление воз- духа в систе- ме, атм Оптимальное расстояние от сопла до изделия, мм Вид прибора для определе- ния вязкости
Каучуковый 88-Н или КС-1 . 25—50 К ВС-2 или 2—2,5 300—400 В-36
Полиэфирный (без на- полнителя) .... 12—50 0-45 КВС-2 2—2,5 300—400 В-36
Полиэфирный с содер- жанием наполнителей до 50 вес. частей . . 0,13—1,20 или О—45 КВС-2 3 300—400 ВК-2
Фенолформальдегид- ный с содержанием древесной муки до 5 вес. частей . 0,15—1,20 или О—45 Специаль- 4—5 400—500 ВК-2
Латекс Л-НТ 5—17 ный распылитель 0-45 2 300—400 В-36
Примечание. Угол наклона распылителя равен 45—90°.
чтобы достичь непрерывной подачи смолы и отвердителя в точных
объемах. Сжатый воздух от компрессора 3 по шлангу 4 подается
к пистолету; к нему же по шлангу 5 подается смола, а шлангом 6 —
отвердитель. Шланги для подачи смолы и отвердителя соединены
со шлангом, подающим воздух для распыления. В состав установки
входит также шариковый расходомер 7, служащий для контроля
подачи отвердителя.
Изменяя подачу воздуха, можно получать различные конусы
распыления. Большой конус образуется при расходе воздуха
25 мг(ч, средний — 20 и малый — 12 м?!ч.
Для нанесения распылением клеев, содержащих сравнительно
небольшое количество наполнителей (например, фенолформальде-
гидного клея с 5—8% древесной муки), в ЦНИИСК (В. В. Патурое-
вым) разработана и испытана специальная установка (рис. 30)
в виде передвижной тележки. На раме тележки установлены ком-
прессор 0-38 и два материальных бачка. При помощи воздушных
и материальных шлангов бачки соединены с компрессором и рас-
пылительной удочкой.
Установка работает следующим образом. Сжатый воздух из
компрессора по шлангу выдавливает клей в удочку и распиливаю-
щее сопло. По второму воздушному шлангу сжатый воздух под
давлением 4—6 атм подается непосредственно к удочке. По выходе
из форсунки происходит распыление клея струей воздуха, и клей
равномерно наносится мелкими каплями на одну из склеиваемых
116
поверхностей. В это время второй бачок отключен от воздушной
магистрали и в него можно загружать клей.
В установке пистолет-распылитель удачно заменен простой по
устройству удочкой с распиливающей форсункой. Во внутреннем
канале воздушного сопла форсунки, имеющем форму расширяю-
щегося отверстия, воздух приобретает большую скорость. Через
6 отверстий диаметрами 2 мм клей из наружного канала поступает
в расширяющееся сопло, где струей воздуха распыляется.
Испытания установки показали, что лучшие результаты полу-
чены при давлении воздуха не ниже 4 атм и расходе воздуха на одну
удочку 30 м21ч.
Рис. 30. Установка для нанесения распылением
клеев средней вязкости
В настоящее время получают распространение установки, в ко-
торых на движущийся по транспортеру материал клей наносится
одновременно несколькими форсунками. Обычно несколько распы-
лителей монтируют на одной раме, совершающей возвратно-посту-
пательное движение, перпендикулярное направлению подачи транс-
портером подлежащих нанесению изделий. В частности, установка
такого типа австрийской фирмы «Ангер» эксплуатируется на
ДОК № 7 в Москве для нанесения каучуковых клеев.
Как уже указывалось, более прогрессивно безвоздушное рас-
пыление, при котором клей распыляется из сопла пистолета под
действием гидравлического давления, испытываемым самим мате-
риалом. Наиболее эффективно распыление подогретого клея. Из
сопла гидравлического пистолета-распылителя выбрасываемые ча-
стицы клея движутся только благодаря собственной инерции. На
ходящийся между соплом пистолета и поверхностью воздух оказы-
вает движущимся частицам сопротивление, поэтому скорость их
полета замедляется. Потери клея вследствие туманообразования
резко сокращаются, потому что энергия, освобождаемая у сопла
117
пистолета, оказывается несравнимо меньшей, чем при воздушном
распылении. Все это позволяет резко уменьшить потери при рас-
пылении и наносить за один проход довольно толстый клеевой слой.
В установках, наносящих лаки, краски и клей методом гидрав-
лического распыления, поддерживается большое давление (до 30—
60 атм), поэтому ко всем элементам установок предъявляются вы-
сокие требования прочности и герметичности.
Рис. 31. Экспериментальное нанесение клея контактным нали-
вом:
а —• отдельными полосами; б — сплошное
Установки для безвоздушного распыления выпускаются аме-
риканскими фирмами «Бэдэ», «Нордсон» и др. [75]. В СССР разра-
боткой этого способа занимается УкрНИИМОД [76] и другие ор-
ганизации.
Нанесение клея наливом и выдавливанием. Налив маловязких
составов лаков, смол находит все более широкое распростране-
ние в промышленности. Особенность наливных машин — большая
118
скорость подачи материала (100 м/мин и более). Такие машины мо-
гут быть применены только для нанесения очень маловязких клеев
(15—25° по ВЗ-4).
Опытами, проведенными ЦНИИСК, была установлена принци-
пиальная возможность нанесения наливом маловязких клеев (типа
БФ, каучуковых и т. д.). Вместе с тем выявились специфичные тре-
бования к наливу клеевых составов: меньшая скорость подачи,
большая ширина щели наливной головки, необходимость подачи
клея под давлением и виброперемешиванием и т. д. В результате
этих работ был предложен более приемлемый метод, названный
контактным наливом.
В отличие от бесконтактного налива при контактном наливе
поверхность движущегося материала соприкасается с губками ще-
левого отверстия клееналивного бункера.
Контактный налив наиболее приемлем для нанесения клеев
средней и высокой вязкости. Им можно наносить клей как узкими
полосами (рис. 31,а), так и на большие поверхности сплошным
слоем (рис. 31,6). Режимы контактного налива некоторых клеев
приведены в табл. 22.
Таблица 22
Режимы нанесения клеевых композиций методом контактного налива
Вид клея Тип клееианосителя Скорость перемещения изделия, MjMUH Давление прижима изделия к клеевой щели, кг!пог. м изделия Вязкость по конусному вискозиметру, сек
rt S
м
s о* § д §
и 3
Фенолформальдегидный с содержанием 7—10 вес. частей древесной муки Установка для контактного нанесения клея 1,5 10—20 0,25—2,0 3—6
Эпоксидный с содержа- нием минеральных на- полнителей до 200 вес. частей То же 2,0 16—25 0,14—4,0 5—10
В ЭКБ ЦНИИСК разработана специальная установка для кон-
тактного и бесконтактного налива клеев.
Установка состоит из конвейера, привода с вариатором, натяж-
ной станции, двух бесконечных лент и наливного бункера. Работает
она в диапазоне скоростей от 3 до 30 м/мин.
Клеенаносящая установка выполнена в двух вариантах, отли-
чающихся друг от друга конструкцией наливных бункеров, что свя-
зано с различными способами нанесения клея.’
Пер вый способ (бесконтактный) предназначен для налива
клеев сравнительно небольшой вязкости (фенолформальдегидных,
полиэфирных и др.). Толщина клея регулируется путем изменения
ширины щели наливного бункера (для этой цели на бункере
119
смонтировано тарировочное устройство) и скорости движения тран-
спортера. Зазор между щелью бункера и листом регулируется по
высоте за счет перемещения клеевого бункера.
Избыточный клей, выливающийся из бункера в момент нане-
сения клея на поверхность деталей, а также стекающий с боков,
попадает в приемный лоток, расположенный под бункером в месте,
свободном от транспортера. Из лотка клей стекает в специальный
бачок. Клей выливается под действием вибрации, для чего на бун-
кере установлен вибратор типа С-433, или под действием подпора
клеевой массы сжатым воздухом.
Второй способ (контактный) предназначен для нанесения
клеев средней и высокой вязкости. В данном случае клей наносится
путем непосредственного контакта клеевой массы с двигающимся
листом. Процесс нанесения клея происходит следующим образом.
На движущийся транспортер укладывается лист. Как только
кромка листа касается стенки щели наливного бункера, включа-
ются магнитные пускатели, смонтированые на продольной стенке
бункера, открывая щель на определенную величину (ширина щели
тарируется), и клей соприкасается с листом. Как только лист кон-
чается, щелевое отверстие закрывается при помощи пружин. Тол-
щина слоя клея регулируется путем изменения величины прижима
между губками щелевого отверстия и листом. В бункере преду-
смотрен ряд гребенок, позволяющих перекрывать щель подлине на
определенных участках и наносить клей не по всей ширине ленты,
а полосами. Клей в бункере перемешивается при помощи механиче-
ских мешалок.
Клеенаносящая установка дает возможность наносить клей на
листы, имеющие следующие максимальные размеры (мм):
Длина 6000
Ширина . . 1500
Толщина . 1-г-200
Транспортерная часть имеет длину 6 м; кроме того, имеются под-
ставные рольганги, устанавливаемые перед и после транспортера.
Клеевой бункер регулируется по высоте в пределах от 0 до
400 мм при помощи специального механизма подъема, состоящего
из червячной и цепной передач. Установка и съем бункера происхо-
дят при помощи дополнительных подъемных средств.
Для удаления летучих паров, выделяемых клеем, по обеим сто-
ронам транспортера, расположенного за клеевым бункером, вмон-
тированы бортовые отсосы и соответствующее натяжное устройство
с приводом.
За рубежом выпускаются специальные клееналивные машины.
Например, фирма «Фекториз Диркшн.» разработала наливочную
машину, принцип работы которой тот же, что и у ранее выпускав-
шихся машин. Скорость подачи транспортера этой машины состав-
ляет 121,8 м/мин. В то же время скорость подачи листов шпона, на
которые клей наносится клеевыми вальцами, составляет 15,2—
120
высокой вязкости (обозначения
Рис. 32. Нанесение клея узкими полосами
путем выдавливания:
а — простейшее приспособление для нанесения
клеев средней вязкости; б — схема механизма для
нанесения клеев высокой вязкости (обозначения
в тексте)
30,4 м/мин. Это эквивалентно 60,9 м!мин при нанесении клея нали-
вом, так как клеевыми вальцами клей одновременно наносится на
обе поверхности.
Для нанесения клеев средней и малой вязкости на отдельные
места или узкими полосами могут быть использованы специальные
клеенаносители, работающие по принципу выдавливания.
Простейшее приспособление (рис. 32, а) состоит из клеевого
бачка, шланга для подачи клея и пистолета с запорным устрой-
ством для прекращения подачи клея. В бачке клей находится под
давлением сжатого воздуха (3—5 атм), подаваемого по шлангу от
компрессора. Толщина наносимой клеевой полосы регулируется
давлением воздуха, шириной щели и скоростью перемещения писто-
лета.
Как показали опыты, этим приспособлением можно наносить
только клеи средней вязкости. Для выдавливания клеев, содержа-
щих большое количество наполнителей, требуется значительно
большие давления, поэтому потребовалось создание специальных
установок, в которых пневматическое давление заменено гидравли-
ческим.
Одна из таких установок разработана ЭКБ ЦНИИСК
(рис. 32, б).
Установка состоит из блока силового и клеевого цилиндров /, ци-
линдра для ацетона 2, клеевого бачка 3, клеенапосителя с набором
клеевых гребенок 4, гидропривода 5 и компрессора 6.
Силовой и клеевой цилиндры объединены конструктивно в один
блок. Они имеют общий шток и смонтированы на одной станине.
Силовой цилиндр—это обычное гидравлическое устройство, со-
общающее возвратно-поступательное движение поршню клеевого
цилиндра. Обратное движение используется для всасывания клея
из клеевого бачка в полость клеевого цилиндра. Так как клей очень
вязкий, для облегчения операции всасывания в клеевом бачке пу-
тем включения компрессора создается воздушное давление. Гидро-
привод снабжен насосом, развивающим давление до 60 атм.
Регулирование количества выходящего из клеенапосителя клея
осуществляется изменением настройки золотинка и скоростью пере-
мещения клеенаносителя.
По окончании работы весь клей удаляют из установки, а клеевой
цилиндр заполняют ацетоном. Рабочими ходами силового цилиндра
ацетон должен многократно, до полного удаления остатков клея
в системе, пропускаться через систему. До начала работы все клее-
вые полости установки должны быть заполнены ацетоном.
4. ЗАПРЕССОВКА И СКЛЕИВАНИЕ
Выбор оборудования для запрессовки и склеивания разнород-
ных материалов зависит от многих факторов: вида склеиваемых
материалов, их размеров, состояния поверхности, теплостойкости,
применяемого клея, массовости выпуска и др.
122
В опытном и экспериментальном строительстве, где клееные из-
делия изготовляются в сравнительно малом объеме, нет необходи-
мости организовать поточное производство и применять ускорен-
ные способы склеивания. Обычно на такой стадии применяют склеи-
вание холодным способом с минимальной механизацией процессов
сборки и запрессовки изделий. Склеиваемые поверхности прижи-
маются посредством гвоздевой запрессовки, пригрузки, зажима вин-
тами и т. д. Естественно, что такое склеивание не может обеспечить
высокого качества и поэтому не может найти широкого применения.
Более рационально механизированное и автоматизированное
производство с использованием высокопроизводительных прессов
и нагревательных устройств для ускорения процесса склеивания.
При нагреве клеевых швов достигается не только резкое сокра-
щение процесса склеивания, но и повышение стойкости соединений.
Ниже основное внимание уделено описанию запрессовочного обо-
рудования, оснащенного нагревательными устройствами.
Склеивание плоских панелей. Запрессовку и склеивание пло-
ских изделий наиболее часто применяют на практике: в прессах
с плоскими плитами склеивают трехслойные строительные панели
и двери со средним слоем из вспененного пенополистирола, щитовые
изделия оклеивают пленками из металлов и пластмасс и т. д.
Как уже отмечалось, для склеивания плоских щитов с обшив-
ками небольшой толщины могут быть использованы многоэтажные
плитные прессы с автоматической загрузкой (рис. 33).
В последнее время, особенно в связи с быстрым развитием тех-
нологии склеивания изделий из разнородных материалов, которые
часто имеют большие габаритные размеры и толщину, все больше
начинают использовать прессы с минимальным количеством просве-
тов. Наличие механизмов для быстрой загрузки и выгрузки склеи-
ваемых деталей, применение быстроотверждаемых клеев, неболь-
шая толщина и хорошая теплопроводность приклеиваемых мате-
риалов делают такие прессы очень производительными.
Фирма «А/с Сенерсков» (Дания) выпускает автоматические
прессы (рис. 34) [77], имеющие два этажа, для загрузки и разгрузки
которых предусмотрены два загрузочных стола. При подаче в пли-
ты пресса пара низкого давления (до 0,2 ати) можно поддерживать
рабочую температуру около 100° С. Помимо применения пара низ-
кого давления, плиты этих прессов можно обогревать паром высо-
кого давления, горячей водой, маслом и другими теплоносителями.
В прессах есть устройства для создания бокового прижима; это по-
зволяет склеивать материалы как по пласти, так и по кромке.
Следует отметить выпускаемые в ФРГ одноэтажные прессы для
фанерования и приклеивания к щитам тонких пленок [78]. Прессы
обогреваются горячей водой или паром. Удельное давление прес-
сования — до 8 кгс/см?.
По-иному происходит загрузка деталей для склеивания в прессе
фирмы «Зимпелькамп» (рис. 35). В нем для этой цели используется
ленточный транспортер.
123
Рис. 33. Схема многоэтажного пресса с автоматической загрузкой:
/ — подающий рольганг; 2 — наборный стол; 3 — пресс для выравнивания пакета; •/ — загрузочная этажерка; 5 — кран-балка загрузочной эта-
жерки; 6 — многоэтажный пресс; 7 — кран-балка разгрузочной этажерки; 8 — разгрузочная этажерка
Рис. 34. Общий вид двухэтажного пресса с автома-
тической загрузкой
Рис. 35. Однопросветный гидравлический пресс с за-
грузкой ленточным транспортером
Американской фирмой «Оунсрад Мэшин Уоркс» [79] изготовлен
однопросветный пресс (рис. 36) с размером плит 12,5X2,6 м. Пресс
имеет 40 гидравлических цилиндров, обеспечивающих давление
3150 т. Температура на поверхности нагревательных плит — около
190°.
В Финляндии фирмой «Аахден Раутатеоллисуус» с целью соз-
дания непрерывности процесса разработан передвижной пресс осо-
бой конструкции. Этот пресс оснащен колесами и передвигается
Рис. 36. Гидравлический пресс с плитами размером 12,5X2,6 м
поступательно-возвратно по стальным рельсам. Скорость его посту-
пательного движения соответствует скорости перемещения по транс-
портерам заготовок и готовых изделий; скорость же обратного хода
значительно больше. Во время обратного хода между разомкну-
тыми плитами пресса движется лента материала, предназначенная
для склеивания. По возвращении пресса в исходное положение
плиты смыкаются, и пресс начинает движение вместе с лентой ма-
териала. В конце рельсового пути пресс останавливается и плиты
размыкаются. Время, в течение которого изделие движется вместе
с прессом, достаточно для отверждения клея. Скорость перемеще-
ния транспортерной ленты колеблется от 1 до 8 м{мин\ просвет
пресса обеспечивает склеивание изделий толщиной 10—25 мм. Ши-
рина ленты 122, 183 и 244 см.
Описанные выше гидравлические прессы позволяют склеивать
материалы большой прочности, для которых требуется большое
удельное давление. Однако в некоторых случаях из-за малой проч-
ности склеиваемых материалов, например при приклеивании об-
шивок из фанеры к среднему слою из пенопласта, удельное давление
126
составляет небольшую величину. Здесь нецелесообразно использо-
вать сложные и дорогостоящие гидравлические прессы, так как ка-
чественное склеивание обеспечивают более простые по устройству
пневматические прессы. Один из таких прессов, разработанный ЭКБ
ЦНИИСК, показан на рис. 37. Пресс предназначен для склеивания
плоских трехслойных панелей с максимальным размером 6000X
X 1800 мм и толщиной от 50 до 200 мм.
Пресс состоит из нижнего стола, траверсы, верхнего стола, элект-
ронагревательных панелей, механизма привода траверсы и пневма-
тических шлангов для создания давления прессования.
Нижняя неподвижная плита сварной конструкции снабжена
электронагревательной панелью, на которую укладывается склеи-
ваемое изделие. Траверса перемещается по ходовым винтам, распо-
ложенным вертикально. К ней на подпружиненных направляющих
крепится верхний стол.
Между нижней плоскостью траверсы и верхним столом, к ко-
торому крепятся нагревательные элементы, расположены пнев-
матические шланги. При подаче сжатого воздуха шланги создают
рабочее давление прессования. Возврат рабочих шлангов в исход-
ное (сжатое) положение после сброса воздуха происходит при по-
мощи пружин. Направляющие пружин являются одновременно и
направляющими для верхнего стола. Свободная подвеска верхнего
стола с нагревательными элементами к траверсе обеспечивает кон-
такт обеих нагревательных плит с прессуемым изделием по всей
площади даже в случае непараллельности плоскостей изделий.
Для транспортировки склеиваемой панели в пресс и выдвиже-
ния ее из пресса применяют ручную настенную лебедку с тяговым
усилием 0,5 т.
Выше были описаны прессы, в каждом просвете которых может
склеиваться одно или два (если, например, щит оклеивают только
с одной стороны) изделия. Наряду с этим используют большепро-
светные одноэтажные прессы, в которых сразу запрессовывается
пакет панелей или щитов. В малосерийном производстве пакет
запрессовывают и выдерживают в прессе без нагрева. Для увеличе-
ния производительности оборудования между панелями или щитами
прокладывают листовые электронагреватели для контактного на-
грева или пустотелые металлические прокладки. В последнем слу-
чае пресс подается в нагревательную камеру, где циркулирует
горячий воздух, проходящий через пустотелые прокладки (конвек-
ционный нагрев).
Для склеивания пакета панелей или щитов с контактным на-
гревом может быть использован разработанный ЭКБ ЦНИИСК
гидравлический пресс (рис. 38). На таком прессе можно склеивать
панели размером до 6000X 1500 мм.
Верхняя траверса пресса передвижная; это дает возможность
устанавливать просвет на требуемую величину (от 150 до 1050 мм),
поэтому в прессе можно одновременно запрессовывать как одну,
так и несколько панелей. Пресс имеет выдвижную платформу, что
127
значительно облегчает его загрузку, а в ряде случаев дает возмож-
ность собирать панели непосредственно на платформе. Запрессо-
вочное усилие передается на панели через нижнюю платформу от
десяти гидродомкратов.
Рабочие поверхности траверс оборудуют листовыми электро-
нагревателями. Каждый нагреватель рассчитан на температуру на-
грева до 100—110° С.
Когда используют каучуковые клеи, которые позволяют при ми-
нимальном контакте склеиваемых поверхностей получать необходи-
мую начальную прочность клеевого соединения, плоские изделия
можно склеивать не только в плитных, но и в валковых прессах пу-
тем проката.
Рис. 38. Гидравлический пресс для пакетной запрессовки
В валковом прессе обеспечивается давление от 0,5 до
20 кг!пог • см контактной поверхности. Пресс может иметь одну или
несколько пар прижимных валков. Скорость движения щитов
в просвете валков от 0,1 до 10 м!мин. Валки можно снабжать си-
стемой нагрева или охлаждения. Приводными могут быть как один,
так и оба валка. Величина зазора регулируется специальным уст-
ройством, вертикально перемещающим верхний валок.
За рубежом выпускают валковые прессы с длиной валков от
200 до 2000 мм и более. Один из таких прессов фирмы «Блэк Бро-
терс» показан на рис. 39. Прижим верхнего прессующего валка
в этом прессе обеспечивается двумя пневматическими цилиндрами.
Склеивание криволинейных изделий. Для склеивания панелей
криволинейного очертания запрессовка в плитных прессах непри-
емлема, так как для передачи давления требуется изготовление
плит, соответствующих кривизне панели, что на практике выполнить
очень сложно и дорого. Кроме того, кривизна и размеры панелей
могут меняться в очень широких пределах. Для склеивания таких
панелей наиболее целесообразно применять вакуумный способ за-
128
прессовки. Сущность его заключается в том, что собранную на жест-
ком основании панель накрывают воздухонепроницаемой накид-
кой, которую герметизируют по периметру с основанием. Из-под
накидки при помощи вакуум-насоса откачивают воздух, обеспечи-
вая необходимое давление для запрессовки панелей. Для ускорения
процесса склеивания вакуум-прессы оборудуют листовыми электро-
нагревателями.
В ЦНИИСК были проведены лабораторные и производственные
испытания различных видов вакуум-прессов. Эти испытания выя-
вили широкие возможности вакуумного способа запрессовки для
склеивания различных видов конструкций.
Рис. 39. Валковый пресс
Наиболее проверена конструкция вакуум-прессов с постоянным
радиусом кривизны. Один из таких прессов показан на рис. 40. Он
предназначен для склеивания панелей размером 3,0X8,0 м.
Вакуумная запрессовочная установка состоит из гнутой формы,
вакуум-наноса и пульта автоматического регулирования величины
нагрева и давления.
Форма представляет собой металлическую сварную конструк- •
цию, выполненную по радиусу кривизны склеиваемых панелей.
Поддон формы изготовлен из дощатого настила, покрытого возду-
хонепроницаемой тканью.
Стационарно на вакуум-форме укреплен (по теплоизоляционной
прокладке) нижний ряд электронагревателей, верхний ряд — съем-
ный. Перед отсосом воздуха пространство между верхней и нижней
накидка м и гер метизи руется.
Разряжение в вакуумном пространстве поддерживается автома-
тически при помощи электроконтактного вакуумметра с колеба-
нием ±10 мм рт. ст. от заданного. Время, необходимое для отсоса
129
7130
Рис. 37. Пневматический однопросветиый пресс
2200
воздуха до разряжения 90—НО мм рт. ст. (насос РМК-2), состав-
ляет 3—5 мин.
В ЭБК ЦНИИСК рассматривалась возможность создания ва-
куумной установки для склеивания панелей размером 6X3 лг, ра-
диус кривизны которых может изменяться. Наибольшая стрела про-
гиба гнутых панелей составляет 1 м; в такой установке можно склеи-
вать также плоские панели.
Вакуумный пресс представляет собой форму с изменяющейся
кривизной рабочей поверхности. Радиус кривизны может изме-
няться при помощи специальных винтовых устройств от 5 м до оо,
если панель плоская.
Рис. 40. Вакуум-пресс для склеивания криволинейных панелей
Приклеивание обкладок к щитам. Часто к щитам из древесных
материалов приклеивают пластмассовые или деревянные обкладки.
Для создания давления используют пневматические и другие ваймы,
оборудованные электроконтактным или высокочастотным нагревом.
В принципе это оборудование мало отличается от имеющегося па
деревообрабатывающих предприятиях, поэтому ниже рассмотрим
только отдельные примеры такого оборудования.
Фирма «Хомач» (ФРГ) выпускает прессы [80] для приклеивания
к кромкам щитов тонких обкладок из пластмассы или шпона
(рис. 41).
Клей в этом прессе наносится в горячем состоянии (при темпе-
ратуре 110°) и отверждается во время охлаждения от соприкосно-
вения с древесиной или пластиком. При этом шпон толщиной до
2,7 мм или пластмассовые полоски толщиной до 2 мм легко приклеи-
ваются. Пресс имеет бесступенчатое регулирование подачи от 6 до
28 м!мин. Скорость подачи можно приспособить к ритму поточной
линии.
130
Горизонтальный пресс пригоден для одностороннего и двусто-
роннего приклеивания кромок. Ширина обработки быстро меняется
от 75 до 1800 или 2200 мм. Максимальная ширина обработки на вер-
тикальном прессе 1500 мм. Пресс предназначен только для односто-
роннего приклеивания кромок. Выступающая часть кромки фрезе-
руется с обеих сторон. При помощи клавишного устройства, дейст-
вующего с обеих сторон, можно фрезеровать детали толщиной 10—
40 мм.
Полоски шпона или пластмассы подаются при помощи спе-
циального устройства.
Рис. 41. Приклеивание обкладок к щитам в прессе
фирмы «Хомач»
По иному принципу работает запрессовочное устройство типа
«Эластифакс» [81]. Оно состоит из круглого бака с электроподо-
гревом и регулятора температуры. В бак помещают катушку поли-
винилхлоридной ленты. Через отверстие в крышке, удерживаемой
пружиной, легко вытягивают нагретую ленту такой длины, которая
необходима для облицовки ею кромок изделия. В месте стыка ленту
обрезают, а оставшуюся часть снова кладут в бак.
После выключения тока тепло в баке сохраняется еще около
30 мин, так что в течение некоторого времени можно работать, не
расходуя электроэнергии.
Запрессовка делается вручную, но есть устройства, у которых
запрессовка механизирована. В одном из них для приклеивания
обкладок щиты шириной до 550 мм (любой длины) подаются на
стол, состоящий из обтянутых резиной валиков, расположенных на
шариковых опорах. Затем при помощи подающего устройства со
скоростью 4—10 м!мин они направляются к ударному инструменту
(молотку). Туда же поступает профиль из поливинилхлорида, при-
чем ребра его сверху и снизу одновременно смазываются клеем.
Молотком, профиль которого соответствует профилю кромки,
обкладка вгоняется в паз, а затем запрессовывается в кромку щита.
131
Устройство применяют главным образом при изготовлении кухон-
ной мебели.
Нагревательные устройства для ускоренного склеивания. Нагрев
массивных плит паром хорошо известен, и поэтому на нем останав-
ливаться нет необходимости. Очень перспективен нагрев плит жид-
костями— перегретой водой, маслом и др.
В ЦНИИСК эксплуатируется одноэтажный пресс, плиты кото-
рого обогреваются перегретой водой. Для нагрева воды использо-
ван электроавтоклав, в котором поддерживается давление около
12 атм. На плитах может быть достигнута температура 150±
2,5° С .
Для нагрева плит целесообразно использовать органические теп-
лоносители, имеющие более высокую температуру кипения и сравни-
тельно низкое давление насыщенных паров. Практический интерес
представляют дифенильная смесь и диталилметан. Применение,
в частности, диталилметана в качестве теплоносителя позволяет
при атмосферном давлении нагревать плиты пресса до 200° С и
более.
Применяют также прессы [82], плиты которых нагреваются мас-
лом. В одном из таких прессов масло нагревается встроенными
термонагревателями напряжением 220 в. Первоначальный нагрев
плиты до 130—150° производится тремя-термонагревателямп за 30—
35 мин. Затем два термонагревателя выключаются, и нагрев плит
поддерживается одним термопагревателсм.
Плиты прессов могут также нагреваться трубчатыми электро-
нагревателями (ТЭН). Несмотря па некоторые достоинства (упро-
щенную конструкцию плит, быстрый нагрев и т. д.) в таких плитах
температура неравномерно распределяется по поверхности плит.
В некоторых прессах перепад температур в одной плите достигает
15—20° С.
Большой интерес представляют листовые электронагреватели,
при помощи которых можно нагревать и склеивать самые различ-
ные изделия — как плоские, так и криволинейные. Простота изго-
товления, малый вес, гибкость и другие положительные свойства
нагревателей делают их очень полезными в производстве клееных
изделий.
Листовой электронагреватель [83] представляет собой проволоч-
ное сопротивление, запрессованное на термостойком связующем ме-
жду слоями изолирующих обкладок (рис. 42). Материалом для
сопротивления служат сплавы с высоким удельным сопротивлением
марок Х15Н60, Х23Н18, Х20Н80 и др., а для обкладок — ткани из
стеклянного волокна (Т, КТ-11, Э и др.).
Расчетные показатели электронагревателей выбирают в зави-
симости от конкретных условий склеивания. При больших значе-
ниях требуемой мощности нагреватель выполняют в виде секций,
которые параллельно присоединяются к токоподающим шинам.
132
Рис. 42. Листовой электронагреватель:
/ — проволока сопротивления; 2 -г- изоляционная стеклоткань; 3 — шины; 4 — термостойкие резиновые обкладки; 5 — вставка штепсельного
разъема; 6 — термопара
5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ СКЛЕИВАНИИ
В последние годы, когда в деревообрабатывающей промышлен-
ности началось массовое применение синтетических клеев, возникла
необходимость проведения специальных мероприятий по технике
безопасности и охране труда при работе с синтетическими клеями.
Наиболее распространенные в деревообработке карбамидные клеи,
содержащие свободный формальдегид, менее токсичны, чем эпок-
сидные, полиэфирные и другие клеи. В связи с этим по мере внедре-
ния в деревообработку новых клеев с повышенной токсичностью
вопросам техники безопасности при работе должно уделяться боль-
шее внимание. В частности, помещения для работы с клеями
должны отвечать действующим санитарным нормам (Н 401—54,
вып. 1958 г.).
Почти все синтетические клеи содержат в своем составе вредные
вещества, которые могут отрицательно влиять на здоровье рабо-
тающих. При незнании или несоблюдении правил техники безо-
пасности у рабочих могут появиться очень серьезные заболевания.
При попадании клеев на кожные покровы могут возникать краснота
и затем язвы, появиться головные боли, зуд, головокружение и ус-
талость; иногда наблюдается расстройство нервной системы и ки-
шечно-желудочные заболевания. Вместе с тем опыт показывает,
что при хорошей организации труда и тщательном соблюдении не-
обходимых защитных мероприятий работа с синтетическими клеями
может быть относительно безопасна. Из этого следует, что важней-
шие условия безопасной работы — постоянное и настойчивое озна-
комление работающего персонала с правилами техники безопасно-
сти и охраны труда.
Полиэфирные смолы содержат в своем составе значительные ко-
личества стирола, который при испарении вызывает раздражение
слизистых оболочек глаз и носа, а при продолжительном соприкос-
новении с кожей — покраснение и легкий зуд. Пары стирола с воз-
духом образуют взрывоопасные смеси, поэтому в помещении не
должно быть открытого пламени. Аналогично стиролу действует на
организм и ускоритель — нафтенат кобальта. Инициаторы отвер-
ждения полиэфирных смол, в том числе гидроперекись изопропил-
бензола, оказывают токсическое действие на кожные покровы и
особенно на слизистые оболочки глаз.
Процесс отверждения полиэфирных клеев происходит вполне
спокойно, если сначала смола тщательно перемешивается с гипе-
ризом, а затем в смесь вводится нафтенат кобальта. Если ускори-
тель и инициатор перемешать вместе, произойдет взрыв, так как
перекись, разлагаясь, освобождает большое количество энергии.
Перекиси взрывоопасны, поэтому их следует хранить вдали от ис-
точников тепла, желательно небольшими партиями. Полиэфирные
смолы хранят в железных бочках тяжелого типа при температуре
0—4-5° С.
134
Эпоксидные смолы относятся к числу вредных., так как они вы-
деляют пары эпихлоргидрина и другие компоненты.
Летучие соединения из эпоксидных смол проявляют слабо вы-
раженные раздражающие и общетоксические действия. Эпоксид-
ные смолы способны вызвать заболевания кожи (дерматит, экзему)
аллергического характера не только при непосредственном контакте
с ними или ее отвердителями, но также при действии низких кон-
центраций паров этих продуктов.
Следует избегать случайного попадания в организм отверди-
теля — полиэтиленполиамина, так как это приводит к нарушению
дыхания и центрально-нервной системы. Вредные вещества выделя-
ются не только при приготовлении эпоксидных клеев, но и в про-
цессе склеивания, когда смола взаимодействует с отвердителями.
Остановимся на основных мероприятиях по технике безопасно-
сти и охране труда.
Помещения для работы с клеями должны быть оборудованы
общей приточно-вытяжной вентиляцией и местными отсосами
у клеемешалок, клеенаносителей, прессов и т. д. При использовании
эпоксидных и других смол скорость движения воздуха в рабочем
проеме местного вытяжного устройства должна быть 0,7—3,0 м]сек
(в зависимости от количества и степени нагрева эпоксидной смолы
и ее отвердителя). Отсасываемый из помещения воздух должен ком-
пенсироваться притоком наружного воздуха, очищенного от пыли,
а в зимнее время — подогретого. Удаляемый пыльный воздух перед
выбросом в атмосферу должен очищаться при помощи циклонов
или других очистных приспособлений. Кубатура воздуха на одного
работающего в цехе, где происходит сборка и склеивание, должна
быть не менее 40 м2.
Важнейшее мероприятие — максимальная механизация и авто-
матизация всех операций, связанных с использованием клеев. До-
зирование, перемешивание компонентов следует производить в гер-
метически закрытых аппаратах, а нанесение — механическими
клеенаносителями. Это уменьшит загрязнение воздуха и устранит
попадание клеев на одежду и тело рабочих.
Рабочие цехов, в которых применяются клеи, должны быть обес-
печены комбинезонами или халатами из плотной ткани, головными
уборами и резиновыми, полиэтиленовыми или биологическими пер-
чатками. Спецодежда при работе должна быть тщательно застег-
нута на все пуговицы, рукава должны быть застегнуты или плотно
завязаны у запястья. Работа в рваной, неисправной спецодежде не
допускается. Стирать спецодежду следует не реже 1 раза в неделю.
Необходимо следить за чистотой рук, полотенец, спецодежды,
рабочих столов и посуды.
Прилипшие к одежде материалы могут быть удалены бумаж-
ными салфетками. Одежда затем должна быть вымыта горячей
водой с мылом. Для этого применяют жесткие щетки. Руки после
мытья необходимо смазывать мазью на основе лонолина, вазелина
или касторового масла.
135
Для устранения непосредственного контакта неотвержденных
композиций с кожей необходимо пользоваться резиновыми перчат-
ками или защитными пастами, заменяющими их.
Обычно подготовке рабочих для склеивания древесины не уде-
лялось большого внимания. Отчасти это можно объяснить тем, что
в прежние годы в деревообрабатывающей промышленности исполь-
зовалось ограниченное количество видов клеев (казеиновые, аль-
буминовые, в последнее время карбамидные). Кроме того, склеи-
вание древесины с древесиной обычно не вызывало особых затруд-
нений.
При склеивании древесных материалов с пластмассами и ме-
таллами персонал должен быть хорошо подготовлен, чтобы не
только квалифицированно выполнять работу, но и уметь вовремя
обнаружить и устранить дефекты процесса склеивания.
Рабочие, непосредственно занятые на операциях склеивания
в опытном производстве, должны хорошо знать клеи, их состав,
способы приготовления, нанесения и отверждения. При необходи-
мости рабочий должен при помощи лаборанта подобрать соответ-
ствующее количество отверждающих компонентов, установить про-
должительность открытых и закрытых выдержек, а также вы-
держку изделий под давлением.
При механизированном процессе склеивания оператор должен
освоить не только процесс склеивания, но и клеевое и вспомога-
тельное оборудование.
Рабочим после прохождения специального обучения и сдачи
соответствующего экзамена присваивают определенную квалифи-
кацию и разряд.
Глава V
СКЛЕИВАНИЕ С КОНТАКТНЫМ НАГРЕВОМ
Режимы склеивания зависят от целого ряда факторов: вида и
толщины приклеиваемого материала, марки клея, его состава и
состояния (вязкости), продолжительности открытых и закрытых
выдержек, давления запрессовки и толщины клеевого шва, скорости
нагрева и охлаждения и т. д. Все эти факторы обычно действуют
не изолированно друг от друга, а находятся во взаимной связи, так
что неправильный выбор режимов склеивания может привести к не-
благоприятным результатам даже при правильно запроектирован-
ной конструкции и применении клеев соответствующего качества.
Некоторые параметры процесса склеивания (открытые и за-
крытые выдержки, удельное давление и др.) оказывают почти оди-
наковое влияние как при контактном, так и при других видах
нагрева, поэтому ниже будут рассмотрены основные вопросы, свя-
занные с выбором и осуществлением оптимальных условий про-
цесса склеивания и в первую очередь режимов склеивания.
Приведенные данные в основном относятся к склеиванию конструк-
ционными термореактивными клеями, которые обеспечивают наибо-
лее прочное клеевое соединение. Некоторые положения распростра-
нимы также и на процесс склеивания термопластичными клеями.
Особенности склеивания каучуковыми клеями рассматриваются
в отдельном (последнем) разделе данной главы.
1. РЕЖИМЫ СКЛЕИВАНИЯ
На практике изделия чаще всего склеивают при температуре
60—90°. Такая температура нагрева позволяет применять так на-
зываемые клеи холодного отверждения, содержащие в своем со-
ставе активные отвердители; это дает возможность производить
в прессах неполное отверждение клея, достаточное лишь для обес-
печения разборной прочности изделий. При последующей свободной
выдержке вне прессов в результате действия отвердителей происхо-
дит окончательное отверждение клея.
При склеивании термопластичных пластмасс (например, поли-
винилхлоридных) из-за малой теплостойкости материала нагрев
выше 60—70° вообще не может быть применен.
Для склеивания каучуковыми клеями температура 90—100°
также оптимальная, так как при тепловой реактивации (нагрев
около 90е) сухие клеевые пленки приобретают повторную клейкость
и могут склеивать материалы.
Нагрев выше 100° применяют при склеивании термореактивными
клеями горячего отверждения.
137
Рассмотрим влияние различных факторов на процесс склеи-
вания.
Открытые и закрытыевыдержки после нанесения клея
особенно важны для клеев, содержащих растворители. Оставшиеся
в клее растворители могут агрессивно действовать на некоторые
склеиваемые материалы (например, полистирольные пенопласты),
вызывать вспенивание клея в шве и т. д. Некоторые клеи (БФ-2,
ПУ-2, каучуковые) содержат от 35 до 85% растворителя, поэтому
для них открытые выдержки обязательны. Для большинства таких
клеев при нормальной температуре достаточна выдержка от 15 до
60лшн и при нагреве 40—60°— 10—12 мин. Процесс сушки при повы-
шенной температуре можно ускорить обдувом слоя клея горячим
воздухом, но температура воздуха не должна превышать 50—60°.
Для клеев, содержащих меньшее количество растворителей, откры-
тая выдержка необязательна, а в ряде случаев даже ограничивается
(полиэфирные, фенолформальдегидные и т. д.).
Закрытые выдержки обычно определяются продолжительно-
стью сборки и запрессовки изделий.
При применении клеев, содержащих активные отвердители *
(ЭПЦ, КБ-3, ПН-1 и т. д.), все сборочные операции должны произ-
водиться в течение срока их жизнеспособности. Это условие крайне
важно, так как в противном случае загустевание клея произой-
дет до запрессовки, и склейки может оказаться низкокачест-
венной.
Жизнеспособность свежеприготовленных клеев, включая откры-
тые и закрытые выдержки, составляет от 0,5 до 2 ч.
Для клеев горячего отверждения, не содержащих активных от-
вердителей, жизнеспособность обычно превышает продолжитель-
ность сборки, и поэтому выдержки не регламентируются.
Давление при запрессовке необходимо для соприкос-
новения покрытых клеем поверхностей и получения равномерной по
всей площади склеивания клеевой прослойки.
Выбор оптимальной величины давления представляет собой
очень трудную задачу из-за целого ряда факторов, которые приме-
нительно к склеиванию с контактным нагревом условно можно
разделить на две группы [42].
К первой группе отнесены те факторы, которые целиком
определяются степенью подгонки склеиваемых поверхностей (ко-
робление, неровности при обработке и т. д.), характеристикой склеи-
ваемых материалов (например, при склеивании пенопластов необ-
ходимо учитывать их усадку), конструктивным выполнением изде-
лия и др. Эти факторы в значительной степени зависят от принятого
технологического оборудования, инструмента для механической об-
работки материалов и практически для каждого типа склеиваемых
изделий или заготовок учитываются самостоятельно.
* Под активными условно подразумеваются отвердители, обеспечивающие
полное отверждение клеев на холоду.
138
Ко второй группе можно отнести факторы, которые всегда
проявляются при склеивании независимо от тех или иных конкрет-
ных условий и всегда оказывают влияние на выбор величины дав-
ления: размеры изделий и их конфигурация, вязкость клея и способ
склеивания, момент приложения давления, выдержка и др. Эти
факторы не являются постоянными, так как практически прихо-
дится склеивать материалы различных размеров и конфигурации,
применять многочисленные марки клеев, различные способы на-
грева и т. д., поэтому установление основных закономерностей ме-
жду ними представляет существенный интерес.
Практика показывает, что при увеличении размеров материалов
и-склеивании с постоянным удельным давлением толщина клеевого
шва растет. Большинство клеев содержит отвердители, и поэтому
с течением времени вязкость их непрерывно повышается, вследствие
чего при запрессовке требуется приложение различного давления.
Чем меньше вязкость, тем лучше течет клей, и, следовательно,
для получения одинаковой толщины клеевого шва необходимо
прилагать меньшее давление, чем при применении более вязкого
клея.
В случае склеивания хорошо обработанных и подогнанных по-
верхностей при интенсивном прогреве [42] для определения давле-
ния запрессовки рекомендуется использовать следующую формулу:
_ Л4кг>2 • 1рз _ Мк№ ,
Ро 2 • 981/у2 2ty2n ’ ' '
где:
ро — удельное давление, кгс]см2;
Мк— вязкость клея в период его максимального разжижения,
спз;
b — ширина склеиваемых пластин, см;
у2п — требуемая толщина клеевого шва, р;
t — время вязкотекучего состояния клея, сек.
Из-за сложности определения оптимального давления расчет-
ным путем на практике величину давления часто выбирают экспе-
риментально. Так, для склеивания трехслойных панелей из разно-
родных материалов рекомендуются следующие величины давлений:
Тип панели Средняя величина давления на площадь конструкции (с учетом обрамления), кгс'.см*
Обшивки из фанеры, древесноволок- нистых п древесностружечных плит; средний слой из пенопласта 0,2—1,5
То же, средний слой из древесново- локнистых и фанерных сот . 3—5
139
Тип панели
Средняя величина давления
на площадь конструкции
(с учетом обрамления),
кг/ см-
То же, средний слой из бумажного
сотопласта ......................
Средний слой — решетка из дере-
вянных брусков
0,5—1,0
3—5
Примечание. При склеивании панелей со средним
слоем из сот и решетки из брусков величина давления прини-
мается для суммарной площади склеивания, а в остальных
случаях на всю площадь изделия.
Приведенные данные ориентировочные и в каждом отдельном
случае могут быть уточнены. В последующих разделах будет пока-
зана зависимость прочности клеевых соединений от величины
удельного давления на примерах склеивания конкретных пар ма-
териалов.
Температурные режимы склеивания. Так как для склеивания
разнородных материалов применяются различные клеи, режимы их
отверждения также будут различными.
Термореактивные клеи можно условно разбить на две группы:
клеи, отверждающиеся только при нагреве (ФЭ-10, 5 и т. д.) и клеи,
отверждающиеся при комнатной температуре (ЭПЦ, ПН-1, КБ-3
и др.), в состав которых входят отвердители. В последнем случае
для ускорения склеивания можно применять нагрев.
Так как процесс отверждения клея всегда связан с набором
прочности, в первом случае после прекращения нагрева она всегда
будет окончательной, во втором может быть как окончательной, так
и промежуточной (разборной).
При склеивании важно знать, как быстро тепло от нагревателей
передается к клеевому шву, так как именно температура в клеевом
шве определяет скорость реакции, а в конечном счете и прочност-
ные свойства соединения.
Температурные режимы отверждения клеев при контактном на-
греве могут быть самыми разнообразными. Температура в клеевом
шве может повышаться или очень быстро, или плавно.
Нарастание прочности клеевого соединения наблюдается не
только при нагреве клеевых швов, но и при последующем их охла-
ждении в прессе или при свободной выдержке.
Опыты по склеиванию стеклопластиков показали, что в одном
случае при нагреве в течение 10 мин прочность соединения состав-
ляла 12 кгс!см2, а последующая свободная выдержка в течение 1 ч
увеличила прочность до 43 кгс{см2. Более 70% прочности клеевое
соединение набрало в течение первых 6 мин охлаждения. В другом
случае при нагреве в течение 40 мин и испытании в горячем состоя-
140
a
Рис. 43. Изменение механических свойств эпоксидного а и полиэфир-
ного б клеев при отверждении их на холоду:
1 — прочность клеевых соединений алюминия на эпоксидном клее и соответственно
стеклопластика на полиэфирном клее; 2 — внутренние напряжения; 3 — прочность
отливок при растяжении; 4 — модуль упругости
нии прочность соединения составляла 40 кгс/см2. Такая же прочность
получается, если клеевое соединение нагревается 10 мин и охлаж-
дается 30 мин.
На практике охлаждение под давлением особенно эффективно
при использовании нагревательных устройств, обладающих сравни-
тельно небольшой тепловой инерцией (листовые и ленточные элект-
ронагреватели и т. д.), и при склеивании материалов с хорошей
теплоотдачей (алюминиевые обшивки панелей и т. д.). При запрес-
совке в горячих прессах с паровым нагревом для охлаждения
обычно используют холодную воду, которую пропускают по тем же
каналам, что и теплоносители.
Важным вопросом при склеивании разнородных материалов
с контактным нагревом является уменьшение внутренних напряже-
ний, возникающих в клееных изделиях в результате температурных
деформаций материалов, усадки клея и т. д.
По всей вероятности, характер нарастания внутренних напряже-
ний при склеивании древесных материалов с пластмассами и ме-
таллами будет аналогичным этому процессу при склеивании одно-
родных материалов эпоксидными и полиэфирными клеями, хотя
абсолютная величина напряжений (если учесть реологические свой-
ства древесных материалов) будет меньшей. Исследованиями [84]
было установлено, что внутренние напряжения в некоторой степени
зависят от режимов склеивания.
Опыты показали, что при отверждении клеевых швов на холоду
(18—22° С) величина внутренних напряжений незначительна
(рис. 43 а, б). Заметное нарастание внутренних напряжений при
отверждении эпоксидного клея происходит на 24 —27-е сутки, а ве-
личина их при толщине клеевого шва 320—330 ц составляет 18—
20 кгс!см2.
В начале отверждения модуль упругости клея имеет небольшое
значение и только через 15—18 суток начинает интенсивно возра-
стать, достигая почти 26- 103 кгс}см2 к концу периода отверждения.
Прочность отливок при растяжении растет быстрее по сравнению
с модулем упругости и через 18—20 суток составляет 210—
225 кгс}см2. В первый период отверждения разрывные удлинения
очень значительны, затем, начиная с модулей величиной (2ч-3) •
• 103 кгс}см2 (через 8—10 суток), происходит резкое снижение их,
что указывает на интенсивное отверждение полимера и появление
внутренних напряжений.
В случае применения полиэфирного клея при склеивании сте-
клопластиков через 1—3 суток прочность соединения превосходит
прочность склеиваемых материалов, а внутренние напряжения по-
являются на 25—30-е сутки и при толщине клеевого шва 40—90 ц
достигают незначительной величины — всего 8—10 кгс]см2.
В первоначальный период отверждения наблюдаются значитель-
ные разрывные удлинения и соответственно небольшой модуль уп-
ругости. Затем модуль упругости начинает возрастать и на десятые
сутки составляет (9ч-11) • 103 кгс!см2, а на 30-е сутки достигает
142
величины 27 • 103 кгс!см2, которая мало изменяется при последую-
щей выдержке в течение 50 суток.
Иная картина наблюдается при склеивании с нагревом, когда
происходит резкое сокращение времени отверждения клея. Так,
нагрев при 80° С в течение 40 мин в случае применения эпоксидного
клея обеспечивает прочность отливок на разрыв 180 кгс!см2, а при
применении полиэфирного клея соответственно 425 кгс!см2.
Рост внутренних напряжений происходит гораздо медленнее. По-
стоянные внутренние напряжения в эпоксидном клее наблюдаются
только через 15—20 ч нагрева, а в полиэфирном — через 5—6
это свидетельствует о длительности окончательного процесса отвер-
ждения этих клеев. Нарастание модуля упругости также несколько
сдвинуто в сторону увеличения времени нагрева. После 1 ч нагрева
при температуре 80° С модуль упругости для обоих клеев интен-
сивно нарастает в первые сутки свободной выдержки. Однако опыты
показали, что и при последующей выдержке в течение 14 суток
(эпоксидный клей) и 9—12 суток (полиэфирный клей) происходит
некоторое нарастание модуля упругости, что также свидетельствует
о длительности процесса окончательного отверждения.
Внутренние напряжения при склеивании зависят от темпера-
туры нагрева. С увеличением температуры во всех случаях наблю-
дается рост внутренних напряжений. Так, при склеивании поли-
эфирным клеем (ненаполненным) в течение 3—4 ч при 130°, 4—6 ч
при 100° С и 8—10 ч при 80—60° С напряжения достигают предель-
ных величин, не изменяющихся при дальнейшем нагревании. В слу-
чае применения более высоких температур напряжения достигают
критической величины, приводящей к саморазрушению клеевого
соединения. Толщина клеевых швов во всех случаях не превышала
30—50 р. В комнатных условиях релаксация напряжений протекает
в течение 10—20 суток. Причем как величина напряжений, так и
время релаксации увеличивается с возрастанием температуры на-
грева.
При подъеме температуры от 20 до 80° С со скоростью, равной
0,9—1°С/лшн, и последующем нагреве при этой температуре в тече-
ние 2 ч внутренние напряжения не превышали 9 кгс/сл2, в то время
как па контрольных образцах, склеенных при постоянной темпера-
туре, равной 80° С, напряжения составляли 16—23 кгс{см2.
Опыты показали, что режимы охлаждения также влияют на ве-
личину внутренних напряжений. Так, при резком охлаждении об-
разцов величина напряжений достигает такой величины, что про-
исходит саморазрушение соединений. При медленном охлаждении
образцов вместе с нагревателем (1° С/мин) величина напряжений
составляла в среднем 20—37 кгс/см2. Толщина клеевых швов как
в том, так и в другом случае была одинаковой и составляла от
70 до 110 ц.
Следовательно, при склеивании с нагревом в отличие от склеи-
вания на холоду наряду с резким сокращением времени отвержде-
ния и увеличением прочности склеивания происходит и увеличение
143
внутренних напряжений, которые находятся в прямой зависимости
от температуры нагрева. Плавные режимы нагрева и охлаждения
при склеивании заметно снижают внутренние напряжения, увели-
чивая тем самым прочность клеевых соединений.
2. СКЛЕИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ
С ДРЕВЕСНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
В зависимости от размеров соединяемых элементов, условий их
эксплуатации и имеющегося оборудования для склеивания выби-
рают те или иные клеи. Так, для крепления толстых металлических
накладок к древесине могут быть использованы высокопрочные, но
довольно жесткие эпоксидные, фенолформальдегидные и другие
клеи. Для покрытия больших поверхностей более приемлемы эла-
стичные каучуковые клеи или пленочные фенольные, дающие очень
тонкую клеевую прослойку.
Ранее отмечалось, что с древесными материалами металлы
можно склеивать двумя принципиально отличными способами.
В первом случае используют клеи, не содержащие агрессивных по
отношению к металлам компонентов (главным образом, кислотных
отвердителей). К таким клеям относятся эпоксидные,-каучуковые,
эпоксидно-виниловые и т. д. Во втором случае для склеивания дре-
весины широко применяют клеи ВИАМ Б-3, КБ-3, ПС-2 и др.
Для защиты от действия кислотного отвердителя было предло-
жено * на поверхность металла предварительно наносить пленку из
другого клея, не содержащего агрессивно действующего отверди-
теля (например, типа БФ).
Достоинство первого способа — сравнительная простота техно-
логии склеивания. Однако имеющиеся для этой цели клеи из-за
большой жесткости и недостаточной атмосферостойкостн (эпоксид-
ные) или небольшой прочности (каучуковые) не всегда удовлетво-
ряют требования к соединениям. Используемые при втором способе
клеи наиболее приемлемы для соединения древесных материалов;
они отличаются высокой атмосферостойкостыо, однако требование
нанесения подслоя усложняет технологический процесс изготовле-
ния клееных изделий.
Ввиду многообразия изделий и предъявляемых к ним требова-
ний на практике могут найти применение оба способа склеивания.
Склеивание древесины с металлами, поверхность которых не за-
щищена подслоем. В процессе испытаний было установлено, что
клей типа ЭПЦ хорошо склеивает древесные материалы как между
собой (рис. 44), так и с металлами. Некоторая разница в прочно-
сти соединения была отмечена при введении в клей разных напол-
нителей.
При склеивании металлов и пластмасс между собой немало-
* Предложение А. Б. Губенко, авторское свидетельство № 34724/П от
28/VI 1947г.
144
важный фактор — подготовка склеиваемых поверхностей. Значи-
тельно меньшее значение это имеет при склеивании указанных ма-
териалов с древесиной, что подтвердилось экспериментами. С на-
гревом на оптимальном режиме были склеены различные образцы
сосны и дуба с металлами, подвергнутыми различным видам обра-
ботки: сталь обезжиривалась, зашкуривалась и обезжиривалась,
травилась, алюминий оксидировался. Опыты показали, что обра-
ботка металла практически не влияет на начальные прочностные
показатели; кроме того, при склеивании древесины с металлами
Рис. 44. Прочность склеивания различных материалов эпоксидным клеем с раз-
ными наполнителями (цемент— 200 вес. частей, каолин—100 вес. частей, древес-
ная мука — 10 вес. частей):
а — склеивание на холоду: 1 — сосна—сосна; 2—дуб—дуб; б — склеивание с нагревом:
1 — сталь сосна; 2- алюминий—сосна; 3 — алюминий—дуб; 4—сталь—дуб
прочность практически во всех случаях со сталью была выше, чем
с алюминием. Исключение составляет алюминий, который при
склеивании холодным способом дает без соответствующей обра-
ботки низкие показатели. Так, длительная прочность была выше
у образцов, поверхность металла которых была обработана.
В дальнейшем был использован оксидированный алюминий и обез-
жиренная сталь. После обработки сталь сразу необходимо склеи-
вать, так как уже через несколько часов на поверхности металла
появляется налет ржавчины.
Опыты показали (табл. 23), что при ускоренном склеивании уже
через 1 ч после окончания нагрева достигалась высокая прочность
соединения, причем во всех случаях разрушение происходило пре-
имущественно по древесине.
При склеивании на холоду через 3 суток после снятия давления
была достигнута удовлетворительная прочность.
145
В последнее время в промышленности стали применять клеи
К-134 и К-153, поэтому они также были проверены для склеива-
ния древесных материалов. Испытания проводились на крестообраз-
ных образцах (рис. 45).
Опыты показали, что эпоксидные клеи обеспечивают кратко-
временную прочность соединений, превышающую прочность дре-
весных материалов. Однако эти данные еще полностью не характе-
ризуют надежности соединений, так как клееные изделия могут
эксплуатироваться в самых различных условиях. Кроме того, с те-
чением времени изменяются свойства как клеев, так и древесины.
Рис. 45. Склеивание стали с сосной различными клеями:
1 — клей ЭПЦ-Г, 2 — клей К-153; 3 — клей К-134
Это изменение приводит к уменьшению прочности материала, по-
вышению жесткости клея и т. д. В связи с этим нельзя характери-
зовать клеи, не зная, как будет изменяться прочность соединений
во времени.
Чтобы установить, как изменяется прочность соединений при
длительной выдержке в комнатных условиях, образцы из стали и
алюминия склеивали с сосной, применяя контактный нагрев, и по-
сле этого длительное время выдерживали в постояннных темпера-
турно-влажностных условиях (температура помещения 18—20°, от-
носительная влажность 60—65%). Как видно из рис. 46, в течение
2 лет прочность образцов алюминий — сосна почти не изменилась.
Снижение прочности наблюдалось для сочетаний материалов
сталь — сосна; это объясняется некоторым корродированием по-
верхности металла на границе с клеем. Следовательно, соединения
древесины с алюминиевыми сплавами клеем типа ЭПЦ могут экс-
146
плуатироваться во внутренних условиях довольно длительное
время. При склеивании изделий из черных металлов поверхность
металла необходимо более тщательно обрабатывать, если эти из-
делия предназначены для длительной эксплуатации даже во вну-
тренних условиях.
Некоторые изделия, например клееные строительные конструк-
ции, обычно эксплуатируются в атмосферных условиях, поэтому
клеевые соединения необходимо испытывать в аналогичных усло-
виях. Однако испытания на атмосферостойкость лабораторных об-
разцов очень жестки, так как при испытании малых образцов торцы
Бремя Выдержки, месяцы
Рис. 46. Изменение прочности соединений при дли-
тельной выдержке в комнатных условиях (клей ЭПЦ):
1 — сталь—сосна, наполнитель—цемент; 2 — то же, наполни-
тель — каолин; 3 — алюминий—сосна, наполнитель — цемент;
4 — то же, наполнитель — каолин
клеевых швов на значительно большей площади открыты, чем
в реальных конструкциях.
Испытания показали (рис. 47 а, б), что под действием перемен-
ных атмосферных факторов показатели прочности значительно сни-
жаются и после двухгодичной выдержки в большинстве случаев
происходит полное разрушение соединений. При детальном рас-
смотрении образцов и характера разрушения наблюдается сниже-
ние прочности самой древесины, особенно на границе с клеем.
Соединения на эпоксидных клеях испытывались также на уско-
ренное старение. Образцы на клее ЭПЦ уже после шестого цикла
испытаний показали значительное снижение прочности, а в тече-
ние последующих двух-трех циклов полностью разрушились.
Как правило, разрушение происходило на границе клей — металл.
147
Рис. 47. Изменение прочности соединений при длитель-
ной выдержке образцов в наружных условиях:
а — клей ЭПЦ: f=80°; 1 — сталь—сосна, наполнитель—цемент; 2 —
то же, наполнитель— каолин; 3 — алюминий — сосна, наполни-
тель — цемент; 4 — алюминий—сосна, наполнитель—каолин; б —
клей К-153: 1 — сталь—сосна, наполнитель — цемент, /~=80° С; 2 —
то же, /=20° С; 3 - алюминий—сосна, <=80° С; 4— то же, /=20° С
Несколько лучше результаты были у образцов на клее К-153;
после 6-го цикла остаточная прочность составляла около 30—75%
первоначальной. Однако в течение последующих 6 циклов почти
все образцы разрушились.
Приведенные выше результаты испытаний предварительные и
не могут пока дать полного ответа о пригодности эпоксидных клеев
для склеивания разнородных материалов.
Однако уже сейчас можно сделать вывод, что клеи типа ЭПЦ
могут быть использованы для соединения древесных материалов
с металлами в изделиях, не подвергающихся резким колебаниям
температуры и влажности или имеющих небольшой срок эксплуа-
тадии. Вместе с тем требуется дальнейшая разработка более под-
ходящих марок клеев и технологии склеивания, а также более ши-
рокое изучение надежности соединений на эпоксидных клеях.
Склеивание древесины с металлами, поверхность которых защи-
щена подслоем. Процесс склеивания в этом случае включает пред-
варительную подготовку поверхности металла, нанесение и сушку
подслоя и непосредственно склеивание подготовленных материалов.
В качестве защитных покрытий могут быть использованы раз-
личные клеевые составы: БФ-2, ПФН-12 и др.
Склеивание с применением подслоя детально изучалось А. Б. Гу-
бенко и В. Н. Силиным [33], Г. В. Шевченко и др.
Клей типа БФ даже без подслоя обеспечивает очень прочное
клеевое соединение. Однако так как для его отверждения необхо-
димо применять нагрев при 150—160° (что не всегда легко осуще-
ствимо), часто предпочтение отдается склеиванию клеями холод-
ного отверждения защищенных клеем БФ металлических поверх-
ностей.
При нанесении клея БФ-2 в качестве подслоя прочность сцепле-
ния пленки с металлом зависит от режимов подсушки. Оптималь-
ные режимы нанесения и подсушки [33] защитного подслоя из клеев
БФ-2 и БФ-4 следующие: 1-го слоя — 60 мин при 20° и 15 мин при
60°; 2-го слоя — 60 мин при 90° и 30 мин при 140°.
Ступенчатый режим сушки подслоя необходим для лучшего-
удаления растворителя и предупреждения вспенивания при быст-
ром нагреве клеевого слоя.
После нанесения на поверхность металла подслоя БФ не позд-
нее чем через 36 ч детали склеивают фенолформальдегидным клеем
холодного отверждения. Слой клея должен быть нанесен равно-
мерно по всей поверхности. Расход его 120—150 г/м2. Чаще всего
клей наносят на поверхность металла. Время нанесения клея на
все поверхности не должно превышать 30 мин. Давление при за-
прессовке должно быть 2—3 кгс!см2. Выдержка под давлением при
t = 18^-20° составляет 8—10 ч, при 80° — 20—30 мин.
Многочисленные опыты, проведенные при склеивании образ-
цов с площадью склеивания 20 и 50 см2, показали, что металл,
защищенный подслоем БФ, хорошо склеивается с древесиной
(табл. 24).
149
150
Таблица 23
Прочность склеивания металла с древесиной при различных режимах склеивания (клей ЭПЦ, наполнитель — цемент)
Склеиваемые материалы Режим склеивания Прочность на сдвиг при выдержке до испытаний*
1 час 1 сутки 3 суток
темпера- тура, °C выдержка под давле- нием т, кгс/см2 разруше- ния по древесине, /о Т, /Л’С см'1 разруше- ния по древесине, % т, кгс’см1 разруше- ния по древесине, А
Сталь — сосна 80 20 мин 75,3 100 84,7 100 89,9 100
То же 20 24 ч 54—96 41-117 69—105 65 100
Сталь — дуб 80 20 мин 99,7 50 125 60 50—79 123 50
То же 20 24 ч 62,5-118 88,5—160 90-175 92 100
Алюминий — сосна 80 20 мин 119,6 80 88 80 665-111 132 80
75-97 Ом
То же . 20 24 ч 107,5-142,5 90—152 137,8 100
Алюминий — дуб 80 20 мин 143,6 70 130 70 132-143 168,8 80
То же 20 24 ч 84—152 * 107,5-162 115—225 175,8 90
155—203
* В числителе приведены средние значения, а в знаменателе — минимальные и максимальные.
Таблица 24
Изменение прочности образцов на клее КБ-3 с подслоем БФ
при выдержке в комнатных условиях
Склеиваемый материал Режим склеивания Предел прочности на сдвиг, кгс^см2 через
t, °C выдержка под давлением контрольные образцы время
3 месяца 1 год
Алюминий — сосна 80 20 мин 71,0 88 76
Алюминий — сосна 20 24 ч 113 105,5 113
Сталь — сосна 80 20 мин 78 70 57
Сталь — сосна 20 24 ч ПО ПО 88
Надежность соединения
металлов с древесиной всесторонне
изучалась путем воздействия на клеевое соединение различных
температурно-влажностных факторов [33]. Для получения макси-
мальной величины внутренних напряжений были использованы бо-
лее крупные образцы (рис. 48, а).
Рис. 48. Склеивание образцов с подслоем клея БФ-2:
а — образцы для испытаний (размеры даны в миллиметрах);
б — прочность при длительном вымачивании
151
Опыты показали (рис. 48, б), что длительное вымачивание
в воде существенно не снижает прочности клеевых швов. Некоторое
снижение показателей прочности объясняется падением прочности
самой древесины.
Более показательны испытания на попеременное увлажнение и
высушивание, при которых возникают наибольшие деформации
древесины.
Осмотр образцов в процессе испытаний показал, что они сильно
коробились (стрела прогиба достигала 5—7 мм), однако расклеи-
вания не наблюдалось. Даже после 100 циклов испытаний клеевые
соединения имели достаточно высокую прочность.
Было проверено также поведение клеевых соединении при по-
вышенных и пониженных температурах. Образцы прогревали при
60—70° в течение 160 суток и при ПО—120° —в течение 10 суток,
замораживали при —10, —25° в течение 180 суток. Во всех случаях
при испытании разрушение происходило по древесине.
Годичная выдержка образцов в наружных условиях также не
нарушила целостности соединений древесины с металлом.
Значительно отличается по составу и способу отверждения под-
слой, предложенный Г. В. Шевченко. В качестве подслоя приме-
няется клей ПФН-12 (ТУ 4153—54).
Таблица 25
Прочность клеевых соединений с применением подслоя ПФН-12
Склеиваемые материалы Клей Режим склеивания Предел прочности на скалывание, к:с 'см1 Характер разрушения об разно it
темпера- тура, °C выдержка под давлением
Сталь с бакели- зированной фа- нерой ВИАМ Б-3 20 Не менее 8 ч 102 56—130 80—100% по фа- нере
То же ФР-12 СП-2 20 20 То же 121 61—150 55 39—76 G0—100% по фа- нере По клеевому слою на границе СП-2 и ПФН-12
Сталь с водостой- кой фанерой ВИАМ Б-3 20 50 27—67 100% по фанере
То же ‘ФР-12 20 54 38—73 То же
Сталь с бакелнзи- рованной фане- рой ВИАМ Б-3 60 Не менее 1 ч 115 87—157 100% по фанере
При этом способе клеевой подслой наносят на поверхность
предварительно очищенной от окалины и ржавчины металлической
детали путем газопламенного напыления на установках УПН-1,
152
УПН-4 и др. После остывания металл склеивается с древесными
материалами любым фенолформальдегидным клеем (ВИАМ Б-3,
КБ-3, СП-2 и др.). При этом достигается высокая прочность соеди-
нения (табл.25).
3. СКЛЕИВАНИЕ ПЛАСТМАСС
С ДРЕВЕСНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
Контактный нагрев наиболее приемлем для приклеивания к дре-
весным материалам тонких листовых пластмасс: стеклопластиков,
бумажных слоистых пластиков, фибры и т. д. Небольшая толщина
и сравнительно хорошая теплопроводность позволяют склеивать эти
материалы с односторонним контактным нагревом в короткие
сроки.
Склеивание стеклопластиков с древесиной. Для склеивания
стеклопластиков с древесиной наиболее приемлемы полиэфирные
клеи. В отдельных случаях могут быть использованы фенолфор-
мальдегидные клеи, поэтому ниже приводятся для сравнения не-
которые данные по их использованию.
Для склеивания стеклопластиков важна степень подготовки
поверхности. Опыты показали, что образцы стеклопластика, поверх-
ность которых не была обработана, имели небольшую прочность
(около 20 кгс/см2). После снятия глянцевого поверхностного слоя
путем зашкуривания предел прочности увеличивался в 3—4 раза, по-
этому перед склеиванием стеклопластик обязательно надо зашку-
ривать.
При отработке режимов склеивания было установлено, что для
клея ПН-1 при температуре нагрева 80—130° основная прочность
соединения достигается в течение первых 10 мин (рис. 49). Даль-
нейший нагрев вплоть до 40 мин не привел к существенному улуч-
шению показателей прочности. Достаточная для распрессовки об-
разцов прочность (около 50 кгс{см2) была получена при 80° С за
8—10 мин нагрева, а при 100 и 130° соответственно за 7—8 и 3 мин.
Несколько медленнее нарастает прочность соединений клеем
КБ-3. Здесь разборная прочность была получена лишь после 15—
20 мин нагрева при температуре 80°.
С повышением температуры нагрева прочность склеивания не-
сколько растет, а разброс показателей прочности в первоначаль-
ный период склеивания уменьшается. Причем прочность соедине.-
ний клеем ПН-1 сразу же после склеивания оказалась несколько
выше, чем соединений клеем КБ-3.
При последующей выдержке образцов характер нарастания
прочности зависит от режимов нагрева. Так, если режимы нагрева
обеспечивают начальную прочность 70—80 кгс/см2, дальнейшая
свободная выдержка в течение 3 суток не приводит к существен-
ному ее увеличению (табл. 26). При меньшем времени нагрева
в процессе свободной выдержки прочность может расти. Эта тен-
денция больше проявляется при температуре нагрева 80° и
меньше — при 100 и 130°.
153
Таблица 26
Прочность склеивания стеклопластика с сосной при различных режимах
контактного нагрева
Режимы нагрева Предел прочности при скалывании, кгс)смг через
температура, °C время, мин 1 час 1 сутки 3 суток
Клей ПН- 1
80 5 9 19 40
5—15 9—37 12—62
10 61 71 70
47—75 50—80 47—82
20 69 78 72
50—98 50—100 56—87
40 65 73 67
42—97 45—100 55—75
100 5 31 45 67
25—42 15—75 37—100
10 64 64 65
42—87 55—75 45—87
20 79 88 75
60—100 67-101 50—100
40 82 88 85
75—90 67—110 75—97
130 5 70 72 69
57—87 50—87 62—80
10 85 82 83
70—90 62—100 50—107
20 81 99 70
70—95 80—112 45—80
40 86 90 78
72—97 70—100 50—115
Клей КБ-3
80 5 22 48 50
12—27 32—57 42—62
10 39 50 55
20—45 30—65 45—65
20 63 60 63
42—65 39—92 45—92
40 64 53 51
52—67 35—65 42—60
154
В процессе склеивания было замечено, что полиэфирный клей,
интенсивно впитывается в древесину, что может снизить прочность
клеевого соединения. Однако опыты показали, что прочность склеи-
вания существенно не зависит от того, нанесен ли клей на древе-
сину или на стеклопластик или же на оба материала. Открытые
выдержки даже до 40 мин также не снизили качества склеивания.
Прочность после 40-минутной выдержки была 72 кгс/см2 при 80%
разрушения по древесине. При использовании клея с добавкой
2—6 вес. частей древесной муки или белой сажи прочность при
склеивании без нагрева составляла от 75 до 97 кгс/см2.
Рис. 49. Нарастание прочности соединений при склеи-
вании древесины со стеклопластиком клеем ПН-1
(обозначено сплошной линией) и КБ-3 (обозначено
пунктиром) при разной температуре:
1 — при /=80с С; 2 — /=100э С; 3 — /=130° С
Некоторое повышение прочности получено после пропитки дре-
весины полиэфирным клеем и его отверждения до склеивания. По-
следующее склеивание образцов с подготовленной таким образом
поверхностью древесины обеспечило прочность соединения 107—
113 кгс/см2. Это объясняется упрочняющим действием пропитан-
ного клеем поверхностного слоя древесины.
Колебания в показателях прочности зависели не только от адге-
зионных и когезионных свойств клеев, но и от прочности самой дре-
весины. В большинстве опытов при оптимальных режимах склеи-
вания разрушение происходило по древесине. Однако показатели
прочности колебались от 50 до 75 кгс/см2.
Иное наблюдается при склеивании древесностружечных плит
со стеклопластиком. При склеивании их на холоду клеем обычной
рецептуры обеспечить достаточную прочность соединений не уда-
лось. Даже при двустороннем нанесении прочность соединений со-
ставляла всего 9—36 кгс/см2 и разрушение в основном происходило
155
по клею. При одностороннем нанесении образцы в большинстве
случаев разрушались без нагрузки.
Введение в клей наполнителей, в частности 6 вес. частей древес-
ной муки или белой сажи (табл. 27), увеличило прочность соеди-
нений до 60—87 кгс]см?. Причем различные способы нанесения
клея существенно не влияли на прочность склеивания.
Таблица 27
Влияние наполнителя в клее ЛН-1 на прочность склеивания
древесностружечных плит со стеклопластиком при комнатной температуре
Наполнитель Нанесение клея * Пре тел прочности при скалывании после 24-ча- совой выдержки, кге см2 Разрушение по материалу /О
Без наполнителя На ДСП 9 0—15 0—10
То же На ДСП и стек- лопластик 23 9—36 10-30
С добавкой G вес. ча- стей древесной муки На ДСП 74 60—87 100
То же На ДСП и стек- лопластик 78 65—85 100
С добавкой 6 вес. ча- стей белой сажи На ДСП 70 60-82 100
* Во всех случаях после нанесения клея давалась 30-минутная открытая
выдержка.
При склеивании ДСП со стеклопластиком в случае применения
нагрева клей не успевает проникнуть в плиту, и поэтому при темпе-
ратуре 80° С и 20-минутной выдержке прочность соединений в сред-
нем была 63—67 кгс{см2.
Изменение прочности клееных образцов, выдержанных различ-
ное время в комнатных и наружных условиях, приведено на рис. 50.
Видно, что прочность соединений клеями ПН-1 и КБ-3 в течение
года как в наружных, так и в комнатных условиях изменяется не-
значительно. Более разное изменение прочности наблюдается при
циклических испытаниях соединений на ускоренное старение
(рис. 51). Уже через 6 циклов старения прочность соединений сни-
жается в среднем на 40—45% по сравнению с контрольными об-
разцами, а к 40-му циклу составляет всего 14—28 кгс!см2. Причем
по мере увеличения числа циклов растет разброс показателей проч-
ности, хотя снижение процента разрушения образцов по древесине
(кривые 1 и 2) во всех случаях было незначительным. Это говорит
о том, что при старении наряду с ослаблением самого клеевого
156
Рис. 50. Естественное старение клеевых соединений
древесины со стеклопластиком:
а — в атмосферных условиях; б — в комнатных условиях;
1 — соединение клеем ПН-1; 2 — соединение клеем КБ-3;
Г и 2' — соответственно процент разрушения по древесине
Число циклов
Рис. 51. Ускоренное старение образцов древесины,
склеенной с полиэфирным стеклопластиком клеями:
1 — клеем ПН1-1; 2— клеем КБ-3; Г и 2'— соответственно
процент разрушения по древесине
шва важное значение имеет состояние поверхностного слоя древе-
сины. Визуальный осмотр показывает, что в процессе естествен-
ного старения в течение года древесина, не защищенная стеклопла-
стиком, в основном изменяет цвет (чернеет), а при циклических
испытаниях растрескивается с нарушением целостности клеевого
шва. Это свидетельствует о том, что циклические испытания —
очень тяжелые испытания для клеевых соединений из разнородных
материалов.
Кроме полиэфирного, в некоторых случаях могут быть исполь-
зованы другие виды стеклопластика. В частности, в трехслойных
конструкциях наружные обшивки изготавливают из тонкого, но
Рис. 52. Ускоренное старение клеевых соединений стеклопластиков с древесно-
волокнистыми плитами:
/ — KACT-B; 2 — СВАМ; 3 — глакрезитом; 4 — полиэфирным (на клею ПН-1); 5— полиэфир-
ным (на клею КБ-3)
прочного непрозрачного стеклопластика типа КАСТ, СВАМ и др.
В качестве среднего слоя используют решетку из древесново-
локнистых плит. При этом ребра решетки приклеивают к обшивке
в торец. Опыты показали, что такое соединение хорошо работает на
сдвиг и воспринимает значительные нагрузки.
При испытании в комнатных условиях наилучшие результаты
[95] были получены при склеивании клеем КБ-3 древесноволокни-
стых плит с древесиной (75 кгс{см2), со стеклопластиками КАСТ-В
(136 кгс1см2), глакрезитом (86 кгс[см2) и СВАМ (97 кгс!см2).
Для полиэфирного стеклопластика, как и следовало ожидать, хо-
рошие результаты дало применение клея ПН-1 (93 кгс!см2).
Результаты ускоренного строения образцов древесноволокни-
стых плит (торцы покрыты слоем клея КБ-3), склеенных с другими
материалами, показаны на рис. 52. Видно существенное снижение
прочности исследованных сочетаний материалов при цикличных
испытаниях, причем для фенольных стеклопластиков это снижение
происходит очень быстро (за 1—3 цикла на 40—50% от исходного
158
значения). В дальнейшем прочность большинства образцов (за
исключением соединенных клеем ПН-1) практически не снижается.
Такое поведение клеевых соединений объясняется значительной
разницей в температурно-влажностных деформациях этих мате-
риалов.
Выдержка образцов из полиэфирного стеклопластика, склеен-
ного клеем КБ-3 с плитами, в атмосферных условиях в течение
первого года мало снизила прочность малых образцов (начальная
прочность 153 кгс/см2, конечная—127 кгс/см2). Это еще раз под-
тверждает очень жесткие условия цикличных испытаний.
Склеивание с бумажным слоистым пластиком. Для приклеива-
ния бумажного слоистого пластика к древесным материалам могут
быть использованы клеи на основе фенолформальдегидных, кар-
бамидных, поливинил ацетатных и других смол. Довольно широко
используют также каучуковые клеи *. Большинство клеев обеспе-
чивают высокую прочность склеивания (табл.28).
Таблица 28
Прочность приклеивания бумажного слоистого пластика
к сосне
Клей Показатели прочности при сдвиге
прочность, кгс[см~ разрушение по древесине, %
Эпоксидный ЭПЦ-1 75 55—89 80
Мочевиноформальдегидно-фур- фурольный, модифициро- ванный поливинилацетатом ММФ-П 78 61—96 100
Каучуковый 88-Н 50 37,5—67,5 20—40
Кумароно-каучуковая мастика КН-2 11,0 8—17 0
Склеивание проводилось на следующем режиме: температура
80—90°, давление— 1—5 кгс/см2, продолжительность склеивания —
10—20 мин.
Очень важна подготовка поверхности пластика перед склеива-
нием. Опыты показали, что после зашкуривания поверхности проч-
ность склеивания бумажного слоистого пластика с древесиной уве-
личивается почти вдвое. Отчасти это объясняется тем, что склеи-
ванию препятствуют вещества, применяемые для смазки прокладок
* Склеивание бумажного слоистого пластика каучуковыми клеями подробно
рассматривается в следующем разделе настоящей главы.
159
при прессовании [85]. Они пропитывают поверхностный глянцевый
слой пластика и при склеивании, особенно с нагревом, значи-
тельно ухудшают адгезию клея. Частично улучшается склеивание
после обезжиривания поверхности, однако существенное повыше-
ние прочности наблюдается только после зашкуривания поверх-
ности.
Для приклеивания слоистых пластиков с декоративной наруж-
ной поверхностью рекомендуется использовать нагрев не выше
60—70°, так как при большем нагреве ухудшается блеск, изме-
няется окраска пластика и т. д. Там, где не требуется декоративная
отделка, нагрев можно увеличить, однако при этом в большей
степени необходимо учитывать температурные деформации мате-
риала.
Представляет интерес предложенный ЦНИИФ (Р. 3. Темкиной)
метод ускоренного приклеивания слоистого пластика к мебельным
щитам в прессах способом холодного прессования [86]. При этом
способе смола М-70 и отвердитель (5%-ный раствор щавелевой
кислоты) наносятся на склеиваемые поверхности раздельно (на пла-
стик наносят смолу, на щит — отвердитель), а соединение склеи-
ваемых поверхностей происходит непосредственно перед загрузкой
в пресс.
Склеивание с фиброй. На ряде предприятий деревянные фигур-
ные заготовки ткацких челноков оклеивают фибровыми обклад-
ками. Эта операция обычно проводится холодным способом или
с конвекционным нагревом. Для отверждения клея в первом слу-
чае требуется 6—8 ч, во втором — около 2 ч. Перспективным яв-
ляется ускоренное склеивание с контактным нагревом.
Для приклеивания фибры к фигурным грабовым заготовкам
требуется такой вид нагрева и тип нагревателя, при котором кле-
евой шов в короткий срок можно было бы нагреть до t = 130-4-
150°, причем чтобы во время нагрева обеспечивался плотный
равномерный прижим по площади склеивания. Этим требованиям
в наибольшей степени удовлетворяет нагрев при помощи низко-
вольтных электронагревателей, в качестве которых используют по-
лосы из трансформаторной стали толщиной 0,01 мм. Между нагре-
вательными полосами и прижимным шаблоном помещаются эла-
стичные прокладки. Нагреватели регулируются на получение за-
данной температуры: 200° — в нагревателе, 150° — в шве.
Результаты проведенных опытов показали, что при склеивании
различными мочевиноформальдегидными клеями в течение 2 мин
нагрева достигается достаточно высокая прочность, превышающая
зачастую прочность самого материала.
Показатели прочности у образцов, испытанных непосредственно
после склеивания (через 10—15 мин) и через 3 суток, в основном
одинаковы (соответственно 75 и 83 кгс!см2).
Изменение давления от 3 до 8 кгс{см2 при запрессовке образцов
не привело к какому-либо существенному изменению прочности
склеивания.
160
4. СКЛЕИВАНИЕ КАУЧУКОВЫМИ КЛЕЯМИ
Каучуковыми клеями можно склеивать материалы двумя спо-
собами.
Сущность первого способа заключается в нанесении клея на
склеиваемые поверхности, сушке клеевого слоя для удаления рас-
творителей из него, контактировании склеиваемых поверхностей и
нагреве до 90—100°. Возможен вариант, когда сначала высушенная
клеевая поверхность нагревается до 90—100°, азатем сразу жекон-
т актируется.
Основная прочность склеивания (80—90%) достигается сразу
после охлаждения контактированных поверхностей.
По второму способу клей в жидком виде наносится на склеивае-
мые поверхности и сушится до состояния отлипа. Склеивание про-
исходит на холоду в течение времени, достаточного для улетучива-
ния растворителей из клеевого шва. Для более быстрого увеличе-
ния прочности после контактирования клеевое соединение можно
прогреть при 80—90° в течение 10—15 мин.
Клеевые соединения на каучуковых клеях значительно зависят
от вида клея; об этом свидетельствуют многочисленные зарубежные
данные [87].
Резкое отличие прочности соединения двумя видами связую-
щего (А и Б) было установлено при склеивании различных материа-
лов (табл. 29). Практически прочность и динамика ее роста опреде-
ляются видом клея и не зависят от склеиваемого материала.
Таблица 29
Прочность на отрыв при склеивании различных материалов
Продолжи- тельность выдерживания образцов после склеивания Предел прочности в кгс/см:* при отрыве хлопчатобумажной ткани от
древесины бука стали бумажного слоистого пластика полиэфирного стеклопласти- ка поливинил- хлоридных плиток
связующее
А Б А Б А Б А Б А Б
15 мин 2 дня 4 дня 9 дней 16 дней 2,4 2,3 5,4 6,3 1,1 1,9 2,1 2,4 2,4 2,0 2,8 4,1 5,6 6,5 0,6 1,2 1,3 1,5 1,5 2,6 3,7 4,2 4,9 5,4 1 1,7 1,9 2,1 2,1 2,2 3,4 5,0 5,5 5,8 0,7 1,2 1,4 1,4 1,4 1,1 3,6 3,7 3,8 4,8 1,4 2,4 2,6 2,6 3,1
В канадской лаборатории лесных продуктов изучали контакт-
ные клеи двух типов, приготовленные на основе неопрена [88]. В со-
став клеев первого типа входят лигроин, толуол, кетоны, спирты
или комбинации этих растворителей. Клеи с летучими растворите-
лями содержали от 21 до 28% сухих веществ.
161
Контактные клеи второго типа представляли собой водные
эмульсии, содержащие приблизительно 50% сухих веществ.
В состав клеев обоих типов входили наполнители, пластифика-
торы, пигменты и другие вещества. Применяли их для придания
клеям специальных характеристик в зависимости от назначения.
Изучение процессов склеивания показало, что срок открытой
выдержки при 21° и относительной влажности воздуха 50% нахо-
дится в пределах 15—120 мин, в зависимости от вида клея. Опти-
мальный срок закрытой выдержки 15—60 мин.
Максимальная прочность клеевых соединений при оптимальных
условиях склеивания с кондиционированием образцов была в пре-
делах 72—29 кгс!см2. Прочность соединений с казеиновым и поли-
винилацетатными клеями, приготовленными и испытанными в оди-
наковых условиях, составляла соответственно 62 и 86 кгс!см2. Мак-
симальная прочность соединений контактными клеями с летучими
растворителями была более высокой, чем клеями в виде водной
эмульсии (разница около 35% после 30-дневной выдержки).
Прочность соединения при использовании клея в виде водной
эмульсии возрастала гораздо быстрее, чем при использовании клея
с летучими растворителями. Через 1 ч после склеивания первое
клеевое соединение достигло приблизительно 55% предельной
прочности, а второе соединение — лишь 10%. Процесс увеличения
прочности склеивания клеями с летучими растворителями продол-
жался два года, а соединения клеями в виде водной эмульсии до-
стигали миксимальной прочности за несколько дней.
Проверка влияния повышенной температуры на прочность клее-
вых соединений показала, что при 54,5° клеевые пленки имели
около 25% прочности при 21°. Причем разница между показате-
лями при использовании клея одного и другого типа была не-
большой.
В табл. 30 приведены результаты испытаний при длительном
воздействии нагрузок.
Таблица 30
Результаты длительного воздействия нагрузок
Тип клея Величина приложенной нагрузки, кгс/см2 Средняя прочность на скалывание, кгс/см12 Срок выдерживания под воздействием нагрузки до разрушения
Контактный (с летучим растворителем) 21 71,5 Более двух лет (на про- тяжении двух лет раз- рушения не было об- наружено)
Поливинилацетатный 21 85,5 Два месяца
Контактный (в виде водной эмульсии) 14 40,8 Более двух лет (на про- тяжении двух лет раз- рушения не было обна- ружено)
162
В зарубежной литературе для разных клеев рекомендуются раз-
личные режимы склеивания. Однако они не всегда могут быть ис-
пользованы при склеивании отечественными клеями, поэтому
ЦНИИСК были рассмотрены особенности склеивания разнородных
материалов отечественными клеями *.
Установлено, что при склеивании алюминия с древесными мате-
риалами поверхность металла не требует специальной обработки
Прочность склеивания необработанного алюминия (только обез-
жиренного) с древесноволокнистыми плитами (в торце) была 68,6,
механически обработанного — 71,9 и оксидированного — 69,2 кгс!см2.
Аналогичные данные были получены при склеивании стали
с Древесными материалами в тех случаях, когда металл не имел за-
грязнений.
При склеивании стеклопластика и бумажного слоистого пла-
стика с древесными материалами требуется удаление прокладочных
листов (целлофана) и разделительных слоев и смазок.
Зашкуривать, как правило, следует только стеклопластики. Это
видно из результатов опытов по склеиванию бумажного слоистого
пластика и стеклопластика с сосной и древесностружечной плитой
при различной обработке поверхности (табл. 31).
Таблица 31
Результаты опытов по склеиванию бумажного слоистого пластика
с сосной и древесностружечной плитой
Материал Предел прочности в кгс!см'1‘ при сдвиге
Стеклопл астик | Бумажный слоистый пластик
с сосной с дсп с сосной с ДСП
Необработанный Зашкуренный 11,3 6,4 33,1 46,9
7,5—19 58,8 4—11 36,1 24—44,5 32 27—64 57
40—85 24—50 20—46 52—64
При испарении растворителей понижается температура поверх-
ности, на которую нанесен клей. При достаточно высокой темпера?
туре окружающей среды это не вызывает затруднений. При боль-
шой влажности воздуха и низкой температуре охлаждающая поверх-
ность клея вызывает конденсирование влаги, запотевает и не
склеивается, поэтому при работе с контактными клеями нужно об-
ращать особое внимание на температуру и влажность помещения,
в котором производится склеивание.
Каучуковый клей при склеивании .желательно наносить на обе
склеиваемые поверхности. Это объясняется тем, что когда контак-
* Каучуковые клеи для склеивания строительных конструкций впервые были
использованы канд. техн, наук А. С. Фрейдиным и инж. В. И. Рагольской.
163
тируются две склеиваемые поверхности с нанесенным на них клеем,
процесс склеивания сводится к их самослипанию (явление ауто-
гезии).
Прочность склеивания при одно- и двустороннем нанесении за-
висйт от вида склеиваемых материалов, кратности нанесения, дав-
ления, способа склеивания и т. д., поэтому имеющиеся литератур-
ные данные не всегда одинаковы. Так, прочность'склеивания на
сдвиг алюминия с древесноволокнистыми плитами (в торец) клеем
88-Н с сушкой до отлипа составляет 45 кгс/см2 при двустороннем
нанесении и 18 кгс/см2 при одностороннем нанесении; при склеива-
нии по способу реактивации прочность при двустороннем нанесении
клея увеличивается в 5—7 раз [89].
В других работах было установлено, что при нанесении клеевого
слоя только на одну поверхность образцы не склеиваются, так как
открытую выдержку клеевой пленки приходится значительно умень-
шать, чтобы обеспечить необходимую адгезию ко второй поверх-
ности [90]. Как для облицовки древесных материалов слоистым
пластиком, так и для приклеивания к ним поливинилхлоридной
пленки рекомендуется двустороннее нанесение.
Аналогичные результаты были получены при склеивании дре-
весных материалов с алюминиевой фольгой. Прочность склеивания
(табл. 32) при двустороннем нанесении была в 2—3 раза выше, чем
при одностороннем нанесении клея.
Таблица 32
Прочность склеивания алюминиевой фольги
с древесными материалами (склеивание с реактивацией)
Склеиваемые материалы Нанесение клея Прочность на неравномерный отрыв, кгс!см
Фольга — ДСП Одностороннее . Двустороннее 0,5 1,9
Фольга — ДВП Одностороннее . Двустороннее 0,4 0,9
Фольга — фанера Одностороннее Двустороннее • 1,6 2,7
Фольга — сосна Одностороннее . Двустороннее • 1,4 3,0
При испытаниях на сдвиг, когда с древесными материалами
склеивались довольно толстые (1,5—2 мм) металлы и пластмассы,
прочность при двустороннем нанесении также была выше (табл. 33),
хотя достаточно высокая прочность при склеивании без нагрева
была получена и при одностороннем нанесении клея. Наблюдаемый
разброс показателей прочности объясняется неровностями склеи-
ваемых поверхностей, к которым особенно чувствительны каучуко-
вые клеи.
164
Таблица 33
Прочность склеивания различных материалов каучуковым клеем 88-Н
при различных технологических параметрах склеивания
Склеиваемые материалы Нанесение клея Холодный способ Предел прочности на сдвиг в кгс/см1 при открытой выдержке в течение
5—7 мин (отлип) 5—7 мин (отлип) а» Г—< СО 24 ч 3 суток 7 суток 30 суток
Бумажный слоис- тый пластик — Одностороннее 3,9 8,2 9,7 12,3 6,3 4,0 5,5 4,0
древесно-стру- жечная плита (в торец) Двустороннее 22,7 14,0 24,6 25,7 27,3 32,9 26,9 25,5
Бумажный слоис- тый пластик — Одностороннее 25,2 19,8 30,1 21,8 27,4 17,5 19,0 17,0
древесно-стру- жечная плита (по пласти) Двустороннее 7,0 8,4 28,9 38,3 46,9 66,5 64,4 47,8
Бумажный слоис- тый пластик — Одностороннее 23,5 37,7 43,7 36,5 20,0 34,6 38,4 20,0
фанера Двустороннее 13,6 18,8 43,5 45,8 63,0 64,5 48,8 41,0
Бумажный слоис- тый пластик — Одностороннее 7,7 16,8 28,0 32,0 31,4 31,7 29,1 30,4
древесина сосны Двустороннее 15,0 20,0 33,0 41,6 33,1 50,2 31,0 21,1
Примечание. По способу реактивации образцы склеивали в прессе при
90° и давлении 5 кгс!см2 в течение 10 мин. При холодном способе выдержка под
давлением 5 кгс!см2 при 18—20° составляла 24 ч.
Учитывая трудность улетучивания растворителей из толстых
слоев, в наиболее ответственных случаях склеивания целесообразно
достигать нужной толщины путем нанесения нескольких возможно
более тонких слоев; это обеспечит большую прочность склеивания
за счет более плотной структуры шва. Однако увеличение числа
слоев затрудняет технологию и удорожает процесс склеивания.
Качество склеивания каучуковыми клеями во многом зависит
от соблюдения точного времени открытой выдержки.
При склеивании сухим клеем, т. е. с реактивацией, нанесенный
клей необходимо сушить до почти полного удаления растворителей;
при склеивании вторым способом во время открытой выдержки
клей только подсушивается.
По окончании частичного испарения растворителей клеящее ве-
щество остается все еще липким и при прикосновении к нему не
отделяется от поверхности в виде нитей. Этот момент, называемый
отлипом, и принимается за конец открытой выдержки.
165
Время открытой выдержки при нормальных условиях может из-
меняться в пределах от нескольких минут до 1 ч и более. Когда тем-
пература сушки более высокая, время значительно сокращается.
Экспериментальным путем выявлено, что на прочность склеи-
вания оказывает влияние только начальный период открытых вы-
держек [89]. При увеличении открытой выдержки с 1 до 20 мин
прочность через 1 неделю увеличивается с 4,8 до 28 кгс!см2, а через
7 недель — с 10 до 77 кгс!см2 при сдвиге (для древесины).
Для склеивания жидким клеем без последующей реактивации
оптимальным временем открытых выдержек клеевой поверхности
до состояния отлипа можно считать от 5 до 20 мин. Это время сле-
дует соблюдать, так как при контактировании поверхностей, поте-
рявших липкость, качественного склеивания не получится. Иногда,
Рис. 53. Влияние на прочность склеивания бумаж-
ного слоистого пластика с древесиной времени
открытой выдержки для клеев:
/ — НТ; 2 — 88-Н; 3 —КС-1
если открытая выдержка оказалась слишком большой и клеевая
пленка не сохранила липкости, возможно нанесение еще одного
тонкого слоя клея на поверхности склеиваемых материалов.
Если принято двухслойное нанесение клея, оптимальное время
сушки второго слоя [91] составляет 10—15 мин (рис. 53) для клея
НТ, 5—10 мин для 88-Н и 5 мин для КС-1. Первый слой клея высу-
шивается в течение 20 мин\ за это время из клея испаряется до 70—
90% растворителей. Различное время сушки второго слоя объясня-
ется различной вязкостью клеев, предопределяющей толщину кле-
евых швов, а следовательно, и скорость улетучивания раствори-
телей.
В отдельных случаях для удлинения времени открытой вы-
держки в клеенаносителях создается при помощи специальных уст-
ройств такая концентрация паров растворителя, при которой пре-
ждевременная сушка наносимого клеевого слоя не происходит.
Для склеивания по способу реактивации продолжительность
сушки нанесенного слоя при нормальных температурно-влажност-
ных условиях составляет около 1 ч. Установлено, что при 18° С из
166
клея, нанесенного на алюминий, за 1,5—2 ч удаляется до 90% раст-
ворителей, а при 40°С за 15 мин — 93—95%. Температура сушки
не должна быть выше 40° С во избежание появления пузырей в слое
клея. Оставшееся количество растворителя улетучивается очень
медленно. Опытным путем установлено, что открытые выдержки от
0,25 ч при 40° С до 4—7 суток при 18° С не оказывают существенного
влияния на статическую прочность склеивания алюминия с древес-
новолокнистыми плитами.
На прочность склеивания большое влияние оказывает величина
удельного давления.
Результаты работ по склеиванию разнородных материалов, про-
веденных в Канаде [88], показали, что достаточно хорошая проч-
ность получается при давлении от 3,0 до 21 кгс{см2. Наиболее вы-
сокая прочность склеивания наблюдалась при удельном давлении
21 кгс!см2. Прочность заметно уменьшилась по мере снижения дав-
ления. Оба метода приложения давления ( периодический в плит-
ных прессах и непрерывный в валковых прессах) давали удовлет-
ворительные результаты. Однако прочность клеевых соединений
при использовании валкового пресса по сравнению с обычным была
более равномерной и высокой.
Опыты, проведенные ЦНИИСК, также показали, что в большин-
стве случаев наблюдается хорошо выраженная тенденция к увели-
чению прочности с увеличением давления. Достаточно высокие
показатели получены при давлении 5 кгс{см2 (табл. 34). Уста-
новлено, что при небольшом давлении наблюдается больший
разброс показателей прочности; при увеличении давления пока-
затели более стабильны. Это объясняется тем, что каучуковые клеи
Таблица 34
Зависимость прочности склеивания от величины прилагаемого давления
при запрессовке
Склеиваемые мате риалы Предел прочности при сдвиге, кгс!см\ при удельном давлении, кгс!ся?
0,5 I 3 5 10 25
Бумажный слоистый пластик — древесно- стружечная плита (в торец) . .... 8,0 8,4 9,8 24,6 7,8 13,1
Бумажный слоистый пластик — древесина 19,0 18,9 15,1 33,0 33,0 34,0
сосны Бумажный слоистый пластик — древесно- стружечная плита (по 18,5 17,0 33,0 28,9 31,7 21,7
пласти) .... Бумажный слоистый 17,4 12,8 12,0 43,5 37,0 34,0
пластик — фанера . . Примечание. О бразцы ci (леивали в гидравz (ическом прессе I три 90—
100° в течение 10 мин клеем 88-Н.
167
дают тонкий клеевой шов и поэтому имеют плохую зазорозапол-
няемость. Кроме того, по мере удаления растворителей они стано-
вятся очень вязкими и недостаточное давление ведет к большим
непроклеям из-за плохой растекаемости их. Это особенно отчет-
ливо видно по показателям прочности склеивания бумажного слои-
стого пластика с древесностружечной плитой (в торец): из-за пло-
хого контакта они невелики и неравномерны.
Каучуковыми клеями можно склеивать материал как с нагревом,
так и без нагрева. В случае применения нагрева соединение сразу
же после окончания процесса склеивания имеет достаточно высокую
прочность. Если склеивание производится па холоду, сначала (по-
сле контактирования) прочность бывает очень малой, однако при
дальнейшей свободной выдержке она увеличивается.
Рис. 54. Зависимость прочности склеивания
от продолжительности запрессовки для разных
клеев:
1 — клей НТ; 2 — клей 88-Н; 3 — клей КС-1
Нарастание прочности при выдержке склеиваемых изделий на
холоду под давлением в первую очередь определяется видом при-
меняемого клея (рис. 54). Наиболее интенсивное увеличение проч-
ности наблюдается в случае использования клея КС-1. Влияние на
прочность склеивания оказывают также кратность нанесения, про-
должительность открытых выдержек и условия улетучивания раст-
ворителя. Даже срок хранения различных партий клея влияет на
прочность склеивания.
При склеивании с реактивацией оптимальной температурой на-
грева можно считать 90—100°. Об увеличении прочности в процессе
выдержки склеиваемых образцов под давлением можно судить по
результатам испытаний, приведенным в табл. 35. Практически вы-
держка под давлением и с нагревом в течение 5 мин обеспечивает
большую прочность, чем суточная выдержка без нагрева.
Более подробно остановимся на изменении прочности соеди-
нений, выполненных на каучуковых клеях, в процессе дальнейшей
выдержки в различных условиях. В данном случае также оказы-
вают влияние конкретные условия склеивания и применяемые ма-
териалы.
Нарастание прочности соединения в течение месячной выдержки
было выявлено при испытании на неравномерный отрыв образцов
168
из алюминиевой фольги толщиной 0,2 мм, наклеенной на различные
древесные материалы (табл. 36). Как видно из таблицы, прочность
Таблица 35
Зависимость прочности склеивания бумажных слоистых пластиков (БСП)
с различными материалами от времени выдержки под давлением
Склеиваемые материалы Прочность на скалывание нри выдержке под давлением, кгс]см?, при
склеивании с нагревом Ц = 90°С), мин склеивании на холоду (18—20° С), ч
3 5 10 15 1 6 24
БСП — ДСП (в торец) . . 13,9 18,2 24,6 21,6 5,2 6,3 22,7
БСП —ДСП (по пласти) . . . 26,0 31,7 28,9 23,7 4,4 4,5 7,0
БСП — сосна . . 29,5 31,0 33,0 27,0 6,6 5,6 15
БСП — фанера 25,1 27,6 43,5 37,3 4,7 8,1 13,6
клея — 1ч,
Примечание. Склеивание при 90° С, открытая выдержка
па холоду — открытая выдержка до отлипа (5—7 мин), клей 88-Н.
Склеивание алюминиевой фольги с древесными
материалами
Таблица 36
Склеиваемые материалы Время выдержки после склеивания, сутки Прочность на неравномерный отрыв, KZCjCM
склеивание на холоду склеивание нагревом
Фольга — ДСП . 3 0,25 1,9
30 0,48 —
Фольга — ДВП . 3 0,45 0,9
30 1,0 —
Фольга — фанера . 3 0,6 3,0
30 1,1 —
Фольга — сосна 3 0,81 2,7
30 1,1
Пр имечание. Выдержка под давлением при склеивании
на холоду 1 сутки.
образцов, склеенных с нагревом, после 3 суток была значительно
выше прочности образцов, склеенных на холоду и испытанных че-
рез 30 суток.
169
О характере изменения прочности в течение двухмесячной вы-
держки можно судить по рис. 55 [92]. В первое время после снятия
давления прочность растет, достигая максимума, а затем несколько
снижается до некоторой постоянной величины. Время достижения
стабильной прочности у разных клеев различное.
Более длительная выдержка, как видно из табл. 37, где приве-
дены результаты испытаний образцов из различных материалов,
склеенных клеем 88-Н, в ряде случаев приводит к увеличению проч-
ности при сдвиге.
Рис. 55. Изменение прочности склеивания бумажного
слоистого пластика с древесиной сосны во времени
Как уже отмечалось, при склеивании с нагревом сразу же после
снятия давления и нагрева прочность, как правило, достигает зна-
чительной величины. Со временем прочность увеличивается, однако>
не так интенсивно, как при склеивании без нагрева. После годич-
ной выдержки прочность соединений становится примерно равной,
несмотря на различные способы склеивания (табл. 38).
В процессе старения [42] растет прочность на сдвиг, т. е. повы-
шается жесткость клеевого соединения и соответственно снижа-
ется эластичность. Так, прочность при испытаниях на неравномер-
ный отрыв в течение 2 лет снижается на 35%. Наиболее резкий
характер эти изменения носят первые 5 месяцев, затем сохраняются
на стабильном уровне. Наиболее характерно это снижение для сое-
динений металла с фанерой. Повышение жесткости клеевого соеди-
нения приводит к появлению внутренних напряжений при увлаж-
нении фанеры и соответствующему снижению прочности. Клей
КС-1 более устойчив, чем 88-Н, так как хлорнайрит, очевидно, от-
личается большей устойчивостью к старению, чем бутилформальде-
гидная смола.
170
Таблица 31
Изменение прочности соединений при длительной выдержке в комнатных условиях
Склеиваемые материалы Прочность иа скалывание (KzcjCM2) через
3 суток 15 суток 30 суток 3 месяца 6 месяцев 1 год 2 года
БСП — сосна 24 37 37 41 118 80 86
БСП — ДСП 12-36 21 24-51 32 24—49 36 26—60 45 110-126 101—62 74—90
Алюминий — сосна 14—25 24 24—42 38 30—42 36 42-50 36 99 87 94
Алюминий — ДВП 12-37 19 35-42 16 28—47 16,4 28-44 79—112 107—64 74—110
Сталь — сосна 11-24 17 12-22 10—30 26 34 104 79,6 82
Сталь — ДСП 7—26 17 31 17—35 32 24-54 78-115 52—103 50—118
Сталь — ДВП 11—25 13 27—39 16 19-39 11 ——
10—15 12-18 8-18
Примечание. Склеивание производилось при 18— 20° С, выдержка под давление 24 ч; нанесение клея — двустороннее,
открытая выдержка — до отлила (5—7 мин).
Таблица 38
Изменение прочности соединений, выполненных с нагревом при длительной выдержке в комнатных условиях
Склеиваемые материалы Прочность на скалывание (кгс/см?) через
1 час 1 сутки 3 суток 15 суток 30 суток 3 месяца 6 месяцев 1 год 2 года
БСП — сосна 37 32 36 46 24 33 94 100 114
БСП-ДСП 26—67 63 20-46 60 27-50 57 25-67 32 16—31 20 18-54 61—120 87—124 110-125
Алюминий — сосна 52-74 31 42-79 39 52—64 29 27—39 28 10-35 25 83 86 112 99
Алюминий — ДСП 25—49 58 27—54 49 16-43 47 25-52 48 18-43 52—105 85—87 78—132 62—130
Алюминий ДВП 27—80 10 30-65 18 34-68 12 26-52 11,5 11 — «II > !
Сталь — сосна 8-15 45 9—21 35 9-21 49 8-17 34,5 8-12 28 27 99 100 65
Сталь — ДВП 31-75 15 22-46 25 36—67 19 25-44 25-34 14-45 76—120 84—110 50-115
7—27 9—31 12—28
Примечание, Склеивание производилось при 80—90° в течение 10 мин. Нанесение клея — двустороннее, от-
крытая выдержка — 1 ч,
Рассмотрим влияние некоторых отдельных факторов на долго-
вечность клеевых соединений.
При длительном воздействии воды каучуковые клеи ведут себя
иначе, чем смоляные. В большинстве случаев водостойкость каучу-
ковых клеев на органических растворителях (88-Н, КС-1) удов-
летворительна. Тщательное изучение характера разрушения кле-
евых соединений алюминия с древесными материалами после дли-
тельного пребывания в воде и в процессе ускоренного старения
свидетельствует о том, что недостаточная водостойкость связана
не с действием воды на клей,
а с высоким водопоглоще-
нием древесных материалов.
Это подтверждается, во-
первых, увеличением проч-
ности при высушивании об-
разцов (рис. 56), а во-вто-
рых, практическим отсут-
ствием снижения прочности
после вымачивания в воде
при защите ДВП парафи-
ном.
Каучуковые клеи, приме-
няемые в строительстве, от-
личаются относительно не-
высокой теплостойкостью.
Это объясняется небольшой
теплостойкостью полихлоро-
пренов, лежащих в их основе.
По зарубежным данным,
при длительной эксплуата-
ции под нагрузкой рабочая
температура клеевого со-
единения на неопреновых
клеях не должна превышать
93°.
Во Франции были прове-
дены опыты по определению
теплостойкости различных
Рис. 56. Изменение прочности склеивания
каучуковым клеем в зависимости от
влажности древесноволокнистых плит,
склеиваемых с алюминием (по данным
А. С. Фрейдина и В. И. Роговской):
1 — увлажнение образцов в воде; 2 — высуши-
вание после 7 суток вымачивания; 3—высу-
шивание после 30 суток вымачивания; 4 — вы-
сушивание после 90 суток вымачивания
видов каучуковых клеев. Теплостойкость определяли двумя спо-
собами: на фанерную плитку толщиной 20—25 мм приклеивали
слоистый пластик. После склеивания образцы выдерживали в тече-
ние недели. По первому способу образцы прогревали электронагре-
вателями по 2 ч при 50, 70 и 90° и 48 ч при 105° С. После каждой
операции проверяли, насколько прочно приклеен облицовочный
материал.
По второму способу при помощи электронагревателя с терморе-
гулятором проводили испытания на термический удар. Темпера-
туру нагревателя регулировали в пределах 105—110°, включенный
173
нагреватель на 10 мин ставили на облицованную пластиком поверх-
ность; после этого нагреватель снимали и образец исследовали.
Опыты показали, что только неопреновый клей выдерживает эти
испытания.
Известно, что клеи СН-57 и СН-59 на основе композиции
найрит—хлорнайрит обеспечивают статическую прочность склеи-
вания алюминия с ДВП при сдвиге 50—60 кгс/см2. Однако через
240 ч теплового старения при 80° С прочность склеивания снижа-
ется до 8 кгс/см2. Характер разрушения резко изменяется — пленка
клея покрывается пузырями, адгезия к металлу уменьшается. Клей
КС-1 на той же основе лишен этих недостатков благодаря выделе-
нию значительного количества окислов магния и цинка. По устой-
чивости к тепловому старению он не уступает клею 88-Н и намного
превосходит клей СН-59. Практически прочность склеивания им по-
сле непрерывного прогрева в течение 1700 ч при 80° С не снизилась.
Лишь дополнительный 30-суточный прогрев клеевого шва при 120°
снижает прочностные показатели на 50%.
На надежность клеевых соединений может повлиять не только
длительное действие повышенной температуры, но и резкий пере-
пад температур, поэтому испытания на тепловой удар — один из
наиболее жестких видов температурных испытаний клеевых сопря-
жений. При циклическом перепаде температур характер усилий,
возникающих в клеевом шве, напоминает усилия при приложении
к клеевому соединению повторных статических или динамических
нагрузок. По мере увеличения числа циклов утомляемость клея,
а также древесных материалов растет и прочность склеивания соот-
ветственно снижается.
О прочности соединений алюминия с древесноволокнистыми
плитами при пониженных и повышенных температурах можно су-
дить по данным табл. 39 [42].
Таблица 39
Тепло- и морозостойкость каучуковых клеев (при сдвиге)
Клей Склеиваемые материалы Предел прочности при сдвиге (кгс/см2) при темпера- туре испытаний (°C)
-55 —40 —20 +20 +40 +60 +80
КС-1 Алюминий с ДВП — 75 67 68 30 16 10
88-Н То же — 35 49 32 24 20 13
88-НП — 55 52 89 31 27 19
Выше было рассмотрено действие отдельных факторов на
прочность клеевых соединений. Однако важно также знать, как
ведут себя клеевые соединения под совместным воздействием раз-
личных температурно-влажностных факторов.
174
Предел прочности при скалывании, кгс[сп
Число циклод
Время старения, месяцы
Рис. 57. Ускоренное старение образцов алюминия:
а — склеенного с древесноволокнистыми плитами: / — клеем 88-Н; 2 —
клеем КС-1; б — склеенного с сосной клеем 88-Н
6
Время старенек месяцы
Рис. 58. Естественное старение образцов алюминия:
а —склеенного с древесноволокнистыми плитами: / — клеем 88-Н;
2 — клеем КС-1; б — склеенного с сосной клеем 88-Н
В ЦНИИСК были проведены испытания на попеременное воз-
действие различных факторов при ускоренном старении соедине-
ний на каучуковых клеях. Было установлено, что образцы алюми-
ния, склеенного с древесноволокнистой плитой (в торец), даже
после 40 циклов сохраняют достаточно высокую прочность
(рис. 57, а). В то же время прочность склеивания алюминия с сос-
ной в процессе ускоренного старения снизилась в значительно боль-
шей степени (рис. 57,6). Аналогичная картина наблюдалась и при
длительной экспозиции образцов в наружных условиях (рис. 58).
Глава VI
СКЛЕИВАНИЕ С ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ НАГРЕВОМ
Высокочастотный нагрев уже нашел применение в деревообра-
батывающей промышленности при склеивании древесины. Опреде-
ленный интерес он представляет и при склеивании древесных мате-
риалов с пластмассами \ так как пластмассы обычно лучшие диэ-
лектрики, чем древесина, поэтому в процессе склеивания создаются
исключительно хорошие условия для избирательного нагрева кле-
евых швов.
Кроме склеивания готовых материалов, высокочастотный нагрев
применим и в том случае, когда один из материалов формируется
в процессе склеивания. Это относится к вспениванию пенополисти-
рола с одновременным приклеиванием образуемого пенопласта
к древесным материалам.
1. ПРИНЦИП НАГРЕВА
И ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ПРОЦЕССА СКЛЕИВАНИЯ
Ускоренное склеивание с высокочастотным нагревом основано
на использовании тепла, образующегося в склеиваемом изделии
при помещении в переменное электрическое поле [93].
Интенсивность нагрева зависит от свойств переменого электри-
ческого поля. Параметрами, характеризующими поле, являются его
напряженность Е кв!см и частота f Мгц.
Интенсивность нагрева зависит не только от параметров элект-
рического поля, но и от свойств материала, его электрических ха-
рактеристик: диэлектрической проницаемости е и тангенса угла
потерь tgd. Электрическая энергия, выделяемая в материале в виде
тепла, пропорциональна произведению диэлектрической проницае-
мости на тангенс угла потерь. Это произведение etgfi, носящее наз-
вание фактора потерь, характеризует свойства материала при
высокочастотном нагреве.
Удельная мощность, выделяемая в 1 см3 материала вследствие
возникновения диэлектрических потерь, определяется по следую-
щей формуле:
Р = 5,56 в • IgSfE1 2 • 10-7 emlcM3. (4)
1 Склеивание металлов с древесными материалами в поле ТВЧ здесь не рас-
сматривается, хотя оно возможно.
177
Скорость нагрева связана с удельной мощностью, подводимой
к нагреваемому материалу, следующим соотношением:
/’=4>18v4F’ <5>
где р — удельная мощность, подводимая к нагреваемому мате-
риалу, вт{см?;
у— объемный вес материала, г}с.м?;
с — удельная теплоемкость материала, кал/г • град;
&V
— скорость нагрева материала — отношение приращения
температуры АТ в промежуток времени А/, сек;
т]т — термический к. п. д. процесса нагрева, учитывающий
потери тепла в окружающую среду.
Из формулы (4) видно, что процесс нагрева можно регулировать,
подбирая требуемые значения параметров электрического поля —
напряженности Е и частоты f.
Обычно склеиваемый пакет состоит из разных материалов
(пластмассы, древесины и влажной клеевой прослойки), электриче-
ские свойства которых неодинаковы; происходит избирательный,
более интенсивный нагрев клеевого шва, так как фактор потерь
клея выше, чем материалов.
По мере отверждения клея поглощение энергии клеевым швом
будет уменьшаться. Следовательно, избирательность нагрева непо-
стоянна и зависит от состояния материала в зоне клеевого шва
в тот или иной момент нагрева.
Избирательность нагрева в значительной степени зависит от
того, как располагается клеевой шов в электрическом поле: вдоль
линий электрического поля или поперек.
Различают главным образом две основные схемы — парал-
лельное расположение, в котором направление клеевых швов
и электрического поля совпадают, и перпендикулярное, в ко-
тором они взаимно перпендикулярны. В практике часто применяют
комбинацию этих двух схем, а также нагрев в рассеянном элек-
трическом поле.
При параллельном расположении получается наиболее ярко вы-
раженный избирательный нагрев клеевого шва.
При перпендикулярном расположении клеевых швов в электри-
ческом поле клеевой шов будет нагреваться значительно медленнее,
чем в предыдущем случае, а расход электроэнергии и продолжи-
тельность склеивания повысятся.
Нагрев в рассеянном поле применяют в тех случаях, когда склеи-
ваемое изделие невозможно поместить между электродами или ко-
гда нагрев с другим расположением малоэффективен. При таком
расположении время нагрева по сравнению с параллельным распо-
ложением увеличивается. Так как клеевой шов не находится между
электродами, поле должно распространиться через материал до
клея. Непосредственно под электродами клеевой шов почти не на-
178
гревается. Чем больше толщина материала, отделяющего клеевой
шов от электродов, тем большее расстояние должно быть между
электродами.
Для того чтобы наиболее эффективно использовать высокоча-
стотный нагрев, необходимо применять соответствующее оборудо-
вание (генераторы). Раньше при склеивании древесины это усло-
вие часто не соблюдалось, так как генераторы подбирали только
экспериментально. Лишь в последнее время была разработана [42]
методика расчета основных параметров оборудования для высоко-
частотного склеивания. Ниже приводится схема расчета этих пара-
метров для наиболее распространенного нагрева в параллельном
электрическом поле.
В исходных данных для расчета должны быть приведены сведе-
ния о склеиваемых материалах, клее и клеевом шве, режиме на-
грева и т. д. Сначала делают предварительный расчет мощности ге-
нератора, который необходим для выбора типа генератора. Лишь
после того как будет выбран тип генератора, может быть опреде-
лено напряжение на электродах и, следовательно, напряженность
электрического поля в клеевом шве, от которой зависит требуемая
частота. Точный расчет мощности, выделяемой в склеиваемом изде-
лии, а следовательно, и потребляемой мощности может быть сделан
лишь после определения частоты.
Мощность генератора зависит от размеров нагреваемой части
склеиваемого изделия, поэтому для выполнения расчета мощности
необходимо предварительно выбрать схему электродного узла и
определить основные размеры электродов.
Расчет целесообразно вести в следующем порядке:
1. Удельная поверхностная мощность в клеевом шве
Ps = 7 Л ]/*emjcM2, (6)
где с — удельная теплоемкость зоны клеевого шва,
кал/г • град;
К — коэффициент теплопроводности зоны, кал/смХ
Хград • сек;
у — объемный вес зоны, г!см2;
t-a — время нагрева, сек;
— прирост температуры клеевого шва, °C.
Под зоной клеевого шва понимается клеевая прослойка и при-
мыкающие к ней слои материала, пропитанные клеем.
2. Площадь клеевых швов
Sm = 1<1пш см2, (7)
где I и d — длина и ширина клеевого шва, см.
3. Мощность, выделяемая в зоне клеевых швов,
Рш Рш^ш 6ITI.
(8)
179
4. Толщина зоны клеевого шва
Дш = 1,77)/^ см. (9)
5. Объем зоны материала
VM = ld(b — Дшпш) caz3, (10)
где b — ширина нагреваемой части изделия, см.
6. Температура нагрева материала (предварительно)
Д®и = -^-°С, (11)
где — предварительно принятый средний коэффициент избира-
тельности нагрева клеевого шва (для древесины &Из,==
= 5—10).
7. Удельная объемная мощность в зоне материала (предвари-
тельно)
рм = 4,18 - emfcM3. (12)
Здесь с — удельная теплоемкость материала, кал/г • град;
у — объемный вес материала, г(см3.
8. Мощность, выделяемая в зоне материала (предварительно),
Р« = вт. (13)
9. Мощность, выделяемая в склеиваемом изделии (предвари-
тельно) ,
Р = РШ + РМ вт- (14)
10. Колебательная мощность генератора (предварительно)
Р~ = ^- вт, (15)
где т]к — коэффициент полезного действия контура генератора
(обычно т]к = 0,85±0,95).
По колебательной мощности из имеющейся номенклатуры вы-
бирают тип генератора.
11. Напряжение на электродах
f7s = -^- кв, (16)
где £а— напряжение выпрямителя генератора (анодное напряже-
ние) определяют по паспортным данным генератора;
£ — коэффициент использования анодного напряжения (обыч-
но £ = 0,9).
12. Напряженность электрического поля в склеиваемом изделии:
при работе без воздушного зазора
£ = -^- кв/сл; (17)
180
при работе с воздушным зазором
Е= d+L, кв1см’
(18)
где е — средняя величина диэлектрической проницаемости склеи-
ваемого элемента;
Дв — величина воздушного зазора, см.
13. Наименьшую необходимую частоту fmin определяют исходя
из заданного прироста температуры клеевого шва Душ и заданного
времени нагрева [103].
14. Наибольшую допустимую частоту генератора определяют
исходя из наибольшей допустимой неравномерности нагрева, выз-
ванной стоячими волнами [94].
Для случая подсоединения высокочастотного фидера генератора
к концам электродов
3 • 108 arc cos У1 — h
max oar\i t/"== ЗД,
(19)
где Z — длина клеевого шва (склеиваемого изделия), м\
еСр — средняя величина диэлектрической проницаемости рабо-
чего конденсатора.
Допустимая неравномерность нагрева
Л = -Ук~”н.
(20)
VK
где Си — температура клеевого шва у начальной части электродов
(вблизи точки присоединения в. ч. фидера);
— температура клеевого шва у конечной части электродов
(в конце, противоположном присоединению в. ч. фидера).
Для случая подсоединения высокочастотного фидера генера-
тора к средней части электродов
/. __ 3 ♦ 108 arc cos У1 — h
J max
гц.
(21)
180Z У еср
15. Для обеспечения требуемого нагрева в заданное время и
сохранения допустимой неравномерности нагрева нужно, чтобы
ВЫПОЛНЯЛОСЬ уСЛОВИе fmax f-min-
Если это условие не выполняется в случае, когда высокочастот-.
ный фидер подключен к концам электродов, следует подключить
фидер к средней части электродов. Если и в этом случае данное
условие не соблюдается, следует или принять специальные меры по
уменьшению неравномерности нагрева, или изменить исходные дан-
ные. Изменить исходные данные в зависимости от конкретных усло-
вий и возможностей можно в следующих направлениях:
увеличить время нагрева;
уменьшить длину клеевого шва (если одновременно нагревают
несколько изделий, расположенных по длине);
увеличить допустимую неравномерность нагрева.
181
16. Удельная объемная мощность в зоне материала (оконча-
тельно)
рм = 5,56 • 10-7.Е2А„ tg 8М вт. (22)
Дальнейший окончательный расчет потребляемой мощности и
мощности генератора ведется по формулам пп. 14—16 настоящего
расчета. Если окончательная мощность генератора будет несколько
отличаться от предварительно подсчитанной, целесообразно выб-
рать другой тип генератора. При этом следует повторно рассчитать
напряжение и частоту генератора и окончательно рассчитать по-
требляемую мощность и мощность генератора.
Частота выбранного типового генератора, как правило, будет не
совпадать с расчетной (наименьшей необходимой) частотой, опре-
деленной по п. 13. Если частота генератора окажется в пределах
между наименьшей необходимой и наибольшей допустимой часто-
тами, то обычно путем снижения напряженности электрического
поля (изменяя режим генератора или оставляя между склеивае-
мым изделием и электродами воздушный зазор) можно скомпен-
сировать действие повышенной частоты генератора и осуществить
заданный режим нагрева. Если же частота генератора выходит за
пределы указанных частот, необходимо переоборудовать генератор,
чтобы соответствующим образом изменить его частоту.
2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО НАГРЕВА
Каждая высокочастотная установка для склеивания включает
несколько различных элементов. Однако в состав каждой из них
всегда входят две основные части: прессы и генераторы. На прес-
сах устанавливают электродные узлы, к которым при помощи фи-
дерных линий подводится высокочастотная энергия от ламповых
генераторов. В большинстве случаев для устранения излучения
высокочастотной энергии установки экранируют и снабжают поме-
хоподавляющими фильтрами.
В более сложных установках делают различные вспомогатель-
ные устройства (клеенаносители, рольганги и т. д.) и органы авто-
матического управления.
К прессам высокочастотных установок, помимо обычных, предъ-
являют некоторые дополнительные требования. Так, они должны
быть быстродействующими, т. е. давление должно прилагаться
в кратчайший промежуток времени, а время на загрузку и раз-
грузку прессов предусматривается минимальным. Все металличе-
ские части прессов следует располагать как можно дальше от эле-
ментов, находящихся под напряжением высокой частоты (не менее
100—150 мм). Части пресса, находящиеся в зоне высокочастотного
поля, лучше всего изготовлять из изоляционных материалов: дре-
весины, древесных пластиков, пластмасс. Если эти части предусмат-
риваются металлическими, их необходимо изготовлять из цветных
металлов — алюминия, дюралюминия, меди, латуни и т. д.
182
Принципиально все они могут быть использованы и для высоко-
частотного склеивания и при вспенивании пенопластов. В последнем
случае, кроме электродов для высокочастотного нагрева, прессы
оборудуются нагревательными плитами для контактного нагрева.
Иногда нагревательные плиты служат и электродами. Однако оба
вида нагрева не следует включать одновременно.
Для высокочастотного нагрева при склеивании и вспенивании
используют ламповые генераторы различных видов, предназначен-
ные для диэлектрического нагрева.
Большинство ламповых генераторов, эксплуатируемых в про-
мышленности, предназначены для нагрева диэлектриков (пресс-
порошков, резины, волокна и т. д.). Генераторы типа ЛГЕ-Зб,
ЛГД-10А, ЛГД-12 и ЛГД-32, нашли применение в деревообрабаты-
вающей промышленности для склеивания древесины. Они отлича-
ются друг от друга величиной мощности, конструктивным выполне-
нием и габаритами. Диапазон частот их примерно одинаковый —
20—25 Мгц. Однако ассортимент склеиваемых изделий настолько
велик, что в ряде случаев необходимо переделывать эти генераторы.
Более перспективны генераторы, предназначенные специально
для склеивания древесины и других диэлектрических материалов.
Они работают на выделенных частотах (5,287Иг^±2,5%; 13,56Mat{=h
± 1 %), имеют выводы для электродов и т. д.
Эти генераторы могут работать в широком диапазоне емкостей
рабочих конденсаторов, что дает возможность использовать их для
склеивания самых различных изделий.
Техническая характеристика генераторов приведена в табл. 40.
3. СКЛЕИВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО НАГРЕВА
Для расчета, конструирования и применения установок высоко-
частотного склеивания необходимы данные о поведении склеивае-
мых материалов в поле ТВЧ, технологических параметрах и о воз-
можной прочности склеивания. С целью получения этих данных
в ЦНИИСК * были проведены экспериментальные работы по склей
ванию различных материалов в поле ТВЧ.
Склеивание древесных материалов
с пенопластами
Склеивание пенопластов между собой и с другими материалами
может производиться как на холоду, так и с нагревом.
Холодный способ наиболее прост, однако он требует продолжи-
тельных выдержек запрессованных изделий. Так, при склеивании
клеями КБ-3 и МФ пенопластов ПС-4 между собой при /=18—20е
* Экспериментальные работы проводились Е. Н. Баскакиным при участии
автора.
183
00
Техническая характеристика ламповых генераторов для диэлектрического нагрева *
Таблица 40
Технические данные Типы генераторов
ЛГД-1 ЛГЕ-Зб ЛД1-3 ЛГД-12 ЛД1-10 ЛД1-40 ЛД2-60
Номинальная колебательная мощность, кет . 1 2 3,0 10 10 40 63
Рабочая частота, Мгц 25-30 25—30 13,56±1о/о 20-25 5,28+2,5о/о 13,56+1о/о 13,56+10/0
Мощность, потребляемая от сети, ква . 2,4 5 6,5 16,5 23 70 105
Тип генераторных ламп . ГУ-80 ГУ-5А ГУ-5А ГУ-10А ГУ-10А ГУ-23А ГУ-23А
Анодное напряжение, кв 3,9 6 5 8 8 10,5 10,5
Максимально допустимый ток, а: анодный 0,5 0,9 0,8 2 2 6 9
сеточный 0,2 0,35 0,15-0,25 0,35 0,25-0,5 . 1,4-2,0 1,5-2,2
Расход охлаждающей воды, л/мин . воздушное 2-2,5 5 25 18 60 60
Допустимая длина коакси- ального фидера, м . электроды электроды 1 1 1,2 2 2
Габариты, мм в плане внутри генератора 435X460 внутри генератора 600X730 800X670 1250X1120 1262ХИ40 1870X1780 1870X1710
Высота, мм 1260 1650 1400 2050 1856 2250 2250
Вес, кг 125 450 360 844 900 1950 2100
* Наряду с генераторами, которые выпускаются промышленностью, в таблицу включены генераторы, которые уже не
выпускаются (например ЛГД-1, ЛГЕ-Зб и ЛГД-12), но имеются на предприятиях.
требуется выдержка до 40 ч, а при склеивании с древесными ма-
териалами— 20-^24 ч. Большие выдержки в первом случае объяс-
няются тем, что пенопласты имеют замкнутую структуру, это пре-
пятствует удалению влаги из клеевых швов. Давление при запрес-
совке, учитывая малую прочность пенопластов, не превышает
0,6—0,8 величины предела прочности на сжатие для данной марки
материала.
Применение контактного нагрева связано с определенными
сложностями, так как пенопласты — термопластичные материалы
и при нагреве размягчаются, особенно при внешнем давлении.
Опыты показали, что при контактном нагреве через тонкие обшивки
(древесноволокнистая плита толщиной 4 лш) (при температуре 60—
80°) без приложения давления усадка пенопласта (у = 35 кг(см3)
не наблюдается. Лишь после нагрева до 100° материал начинает
деформироваться. При одновременном действии нагрева и давле-
ния уже при давлении 0,4 кгс!см2 и нагреве в течение 30 мин при
Z = 80° усадка составила 3,5%. При склеивании без нагрева та же
деформация возникает лишь после увеличения давления до 0,6—
0,8 кгс!см2.
В отличие от контактного нагрева при склеивании в поле ТВЧ
пенопласты почти не нагреваются, и поэтому нет опасности их оп-
лавления. Этому благоприятствуют очень низкие диэлектрические
потери пенопластов. Измерения, проведенные на частотах от 2 до
20 Мгц, показали, что фактор потерь пенопласта изменяется в зави-
симости от объемного веса. Величина его очень низкая. Частотная
зависимость почти не наблюдается. Диэлектрические свойства ча-
стично зависят от способа изготовления пенопласта.
При введении клея диэлектрические показатели зоны клеевого
шва по сравнению с показателями пенопластов значительно из-
меняются; это видно из табл. 41.
Таблица 41
Диэлектрические свойства пенопластов и зоны клеевых швов
Измеряемый материал Время измерений £ tg 8 k = E tg 8 k зоны
k пено- пласта
Пенопласт ПС-4 1,5 0,001 0,00105 — ...
Зона клеевых До нагрева 6,8 0,58 3,95 3880
швов То же После 5 сек нагрева 4,8 0,15 0,72 685
После 10 сек нагрева 4,7 0,14 0,66 630
»» После 20 сек нагрева 4,8 0,12 0,57 542
После 30 сек нагрева 5,0 0,08 0,4 380
После 40 сек нагрева 5,0 0,05 0,25 238
После 60 сек нагрева 4,8 0,05 0,24 229
Примечание. Клей М-70, f=10 Мгц, толщина клеевой зоны Д£=0,2 см.
185
При измерении диэлектрических свойств было установлено, что
фактор потерь зоны клеевого шва практически не меняется даже
в течение 15-минутной закрытой выдержки. Это создает благопри-
ятные условия для интенсивного выборочного нагрева зоны клеевых
швов.
Не останавливаясь подробно на результатах склеивания самих
пенопластов, отметим, что уже при нагреве пенопластов ПС-1 и
ПС-4 в течение 3—5 сек достигается значительная прочность соеди-
нения, сравниваемая с прочностью холодного способа склеивания.
Дальнейший их нагрев не приводит к существенному увеличению
прочности. Прочность склеивания пенопластов карбамидными
клеями (М-70, МФ, К-17, МФФ) практически не зависит от марки
клея, а процесс склеивания происходит без каких-либо затруднений.
Хорошие результаты были получены в опытах по склеиванию пе-
нопластов с фанерой, древесностружечными и волокнистыми пли-
тами. Для склеивания использовали клеи МФ и КБ-3, а также мо-
чевиноформальдегидно-фурфурольный клей МФФ.
Проверка качества склеивания производилась путем испытаний
образцов на скалывание (площадь склеивания 15 см2) и на изгиб
трехслойных балочек размером 400X100 мм с обшивкой из древес-
ностружечных плит толщиной 18 мм.
Сначала были поставлены опыты по отработке режимов склеи-
вания пятислойной фанеры с пенопластом ПС-1 в параллельном
электрическом поле. Эти материалы, как наиболее прочные, позво-
лили более точно судить о прочности клеевого соединения. Доста-
точно высокая прочность (табл. 42) достигается уже через 1 ч после
Таблица 42
Прочность склеивания фанеры с пенопластом ПС-1
.Марка клея Режим нагрева Показатели прочности через
градиент напряже- ния Е, кв'.см время нагрева, сек, 1 ч 24 ч
Т, кгс/см2’ характер разрушения т, кгс/см? характер разрушения
МФФ 1 5 8,4 По клею 15 20% по пено-
1 10 10,6 10% по пено- 13 пласту 10% по пено-
0,4 10 7,1 пласту По клею 14,6 пласту То же
0,4 20 9,6 То же 15,4
КБ-3 1 5 6,8 13,8 По клею
1 10 11,9 10% по пено- 17,0 20% по пено-
0,4 10 4,6 пласту По клею 14,5 пласту 15% по пено-
0,4 20 8,4 15,5 пласту 20% по пено-
пласту
Примечание. Склеивание производилось при частоте 10 Мгц.
186
окончания нагрева, проводимого в течение 10 сек при Е=\ кв!см
и 20 сек при Е = 0,4 кв!см. Однако, несмотря на высокие показа-
тели прочности, полученные после суточной выдержки, разрушение
в большей части происходило по границе клея с пенопластом.
Когда пенопласт склеивался с менее прочными материалами об-
шивок, прочность клеевого соединения в большинстве случаев была
выше прочности самих материалов (табл. 43).
Таблица 43
Прочность склеивания пенопластов различных типов
с древесными плитами
Наименование показателей Клей
МФ МФФ КБ-3
кгс1ся? % разру- шения по мате- риалу т, кгс/см* % разру- шения по мате- риалу т, кгс/смъ % разру- шения по мате- риалу
Древесноволокнистая плита с ПС-1 11,0 100 10,9 100 П,2 100
То же, с ПС-4 . . . 5,1 100 4,4 100 4,7 100
Древесностружечная плита с ПС-1 . 17,7 75 14,0 70 14,8 75
То же, с ПС-4 4,8 100 5,5 100 5,2 100
Примечание. Режим нагрева: Е — 1 кв) см, f=10 Мгц, f=10 сек. Испы-
такие образцов производилось через 1 ч после окончания нагрева.
Склеивание в рассеянном электрическом поле оказалось более
продолжительным, чем в параллельном (табл. 44). Хорошая проч-
ность склеивания древесностружечной плиты с пенопластом дости-
гается лишь после нагрева в течение 4—5 мин, причем разрушение
Таблица 44
Склеивание пенопластов с древесными плитами в рассеянном
электрическом поле
Наименование склеиваемых материалов Режим нагрева Показатели прочности через
Напряже- ние на электродах, кв время нагрева, сек 1 ч 24 ч
кгс/см? % разру- шения по мате- риалу т, кгс]смъ % разру- шения по мате- риалу
Древесностружечная 3,0 2 мин 6,8 10 10,1 10
плита с ПС-1 3,0 5 мин 12,5 80 14,0 90
4,0 2 мин 7,8 0 11,2 15
4,0 4 мин 14,0 90 15,6 90
Древесноволокнистая 3,0 15 сек 5,4 30 7,5 50
плита с ПС-1 4,0 15 сек 6,4 40 11,0 70
4,0 30 сек 7,5 70 12,0 80
187
образцов происходило в основном по древесным материалам. Од-
нако прочность, обеспечивающая возможность распрессовки склеи-
ваемых образцов, достигалась уже после 2 мин нагрева.
Разница в скорости отверждения клея в рассеянном и парал-
лельном электрическом поле при склеивании древесноволокнистых
плит (6 = 4 мм) была незначительной. За 30 сек нагрева прочность
соединения обычно была выше прочности материала.
Для уточнения режимов склеивания в рассеянном электриче-
ском поле были склеены балочки размером 400X100 мм с обшив-
ками из древесностружечной плиты. Испытания балочек на изгиб
показали, что в большинстве случаев происходило разрушение от
разрыва нижней обшивки. Балочки, склепные при f7=4 кв, t=3 и
4 мин, разрушались при нагрузке порядка 1200—1300 кг. Касатель-
ные напряжения, определяющие сдвиг клеевого шва, были равны
т = 10—12 кгс[см2.
Склеивание древесных материалов
со стеклопластиком
и бумажным слоистым пластиком
При склеивании стеклопластиков избирательность нагрева мень-
ше, чем при склеивании пенопластов. Однако при склеивании поли-
эфирного стеклопластика полиэфирным клеем в начале склеивания
клеевой шов нагревается в 7—10 раз быстрее материала. Введение
древесины в состав склеиваемой пары ухудшает условия нагрева
(табл. 45), однако и в этом случае фактор потерь у материалов
ниже, чем в композиции их с клеем. Более благоприятные условия
нагрева, как это видно из таблицы, у пары сосна—бумажный
слоистый пластик, склеиваемой клеями МФ и КБ-3.
Таблица 45
Зависимость фактора потерь клеевого шва различных клеев и склеиваемых
материалов от времени закрытой выдержки (f—б Мгц)
Наименование склеиваемых материалов Марка клея Величины фактора потерь после выдержки в течение, мин
2 10 20 30
Сосна и бумажный слоистый пластик МФ 8,35 2,84 2,1 1,82
КБ-3 11,3 4,4 2,54 1,92
Сосна и полиэфирный стекло- пластик ПН-1 0,54 0,45 0,405 0,405
Из таблицы также видно, что с увеличением выдержки склеи-
ваемых материалов до момента нагрева фактор потерь значительно
снижается, поэтому продолжительность с момента нанесения клея
до начала нагрева должна быть минимальной. Это происходит вслед-
188
ствие того, что нанесенный клей постепенно впитывается в дре-
весину, увеличивая тем самым зону клеевого шва и уменьшая из-
бирательность нагрева.
Опыты по склеиванию стеклопластика в параллельном электри-
ческом поле показали (табл. 46), что наименьшее время склеива-
ния достигается при использовании клеев МФ и КБ-3. Однако при
склеивании клеем КБ-3 из-за сравнительно низкого допустимого
градиента напряжения возникла необходимость введения воздуш-
ного зазора (5—6 мм) между склеиваемыми образцами и высоко-
потенциальным электродом.
Таблица 46
Прочность образцов стеклопластика, склеенного с древесиной
при различных режимах нагрева
Клеи Порода древесины Режим нагрева Результаты испытаний на сдвиг* через
Е, Кв ICM t, мин 1 ч 3 суток
предел проч- ности, KZCjCM1 разрушение по древесине, /0 предел проч- ности, KZC'iCM1 разрушение по древесине, %
Полиэфирный 2,1 3 67 90 70 90
ПН-1 Сосна 2,1 2 50 60 64 70
1,5 4 67 90 — —
1,5 3 58 80 65 90
1,5 2 49 20 56 80
Дуб 1,5 4 105 60
1,5 0,5 77 60 85 80
Фенолформальде-
гидный КБ-3 Сосна 1,5 0,25 52 20 60 50
Дуб 1,5 0,5 83 10 — —
1,5 0,5 74 50 79 70
Мочевиноформаль-
дегидный МФ Сосна 1,5 0,25 43 10 54 30
Дуб 1,5 0,5 31 20 ——• —
* Площадь склеивания образцов — 4 см2.
Более длительный нагрев при использовании клея ПН-1 можно
объяснить низким фактором его потерь. Даже при довольно высо^
ком градиенте напряжения Е (2,1 кв/см) хорошая прочность дости-
галась только после 2—3 мин нагрева, а при £ = 0,7 кв!см для склеи-
вания потребовалось более 10 мин.
Однако градиент £ = 2,1 кв/см довольно высок; это вызывает ча-
стые прожоги в местах скопления клея и пробои по кромкам склеи-
ваемых материалов. В связи с этим в качестве основного был
выбран градиент £=1,5 кв/см, обеспечивающий устойчивую работу
высокочастотной установки.
Достаточно высокая прочность была получена также при склеи-
вании бумажного слоистого пластика с древесиной (табл. 47).
189
Таблица 47
Прочность образцов бумажного слоистого пластика,
склеенного с древесиной на различных режимах нагрева
Клей Порода древесины Режим нагрева Предел прочности, кгс]смг Разрушение по древесине, /о
Е, кв] см t, сек
Мочевинофор- 30 79 100
мальдегидный 15 82 100
МФ Сосна 1,5 5 48 30
Дуб 1,5 30 108 80
1,5 15 120 90
Сосна 0,7 60 78 100
0,7 30 50 20
Дуб 0,7 60 114 90
1,5 30 75 100
Мочевинофор- Сосна 1,5 15 76 100
мальдегидно- 1,5 5 40 30
фурфурольный Дуб 1,5 30 112 90
МФФ
Фенол формальде- Дуб 1,5 60 98 60
гидный КБ-3 30 84 90
Сосна 1,5 30 65 70
15 48 20
Пр имечание. Образцы испытывали через 1 ч после склеивания.
Прочность клеевого соединения была не ниже прочности склеи-
вания древесины с бумажным слоистым пластиком с контакт-
ным нагревом при 80° С и продолжительности около 20 мин.
Стеклопластики и бумажные слоистые пластики с древесиной
склеивали также в рассеянном электрическом поле.
Высокая прочность образцов из стеклопластика и бумажного
слоистого пластика, склеенных с сосной при напряжении на элект-
родах 3,5 кв, достигалась (табл. 48) почти за такое же время, как
и в предыдущем случае. Это объясняется небольшой толщиной пла-
стика, приклеиваемого к древесине.
Так как склеенные образцы испытывали в сухом виде спустя не-
которое время после склеивания, большой интерес представляло
определение влияния температурно-влажностных факторов на проч-
ность клеевых соединений древесины и бумажного слоистого пла-
стика, полученных при интенсивном высокочастотном нагреве. Для
этой цели образцы были склеены клеями МФ и КБ-3 при следующих
параметрах электрического поля: Е=1,5 кв(см, f=10 Мгц, время
нагрева 30 сек.
Испытания на ускоренное старение показали, что прочность
образцов после 15 циклов испытаний снижается, но остается на
190
уровне примерно 50 кгс/см2. Учитывая довольно жесткие условия
испытаний, эти результаты можно признать вполне удовлетвори-
тельными.
Таблица 48
Результаты испытания образцов, склеенных в рассеянном
электрическом поле
Склеиваемые материалы Клей Время нагрева, мин Предел прочности, кгс;см- Разрушение по древесине, vs ✓©
Сосна и бумаж- Мочевинофор- 1 95 100
ный слоистый м альдегидный 0,5 75 60
пластик МФ
То же Фенолформаль- 1 90 100
дегидный КБ-3 0,5 67 70
Сосна и стекло- Полиэфирный 4 75 60
пластик ПН-1 3 60 40
4. ВСПЕНИВАНИЕ ПЕНОПЛАСТА
С ОДНОВРЕМЕННЫМ ПРИКЛЕИВАНИЕМ ЕГО
К ДРЕВЕСНЫМ МАТЕРИАЛАМ
В настоящее время на некоторых деревообрабатывающих пред-
приятиях полистирольный пенопласт используется в щитах в каче-
стве среднего слоя, оклеиваемого с двух сторон фанерой или древес-
новолокнистыми плитами, или с одной стороны фанерой, а с дру-
гой— алюминием. Такой способ изготовления комбинированных
изделий нельзя считать рациональным, так как при раскрое и обра-
ботке блоков пенопласта значительная часть материала идет в от-
ходы. Кроме того, перевозка очень легкого пенопласта (его объем-
ный вес составляет 20—25 кг/м3) на большие расстояния экономи-
чески мало оправдана.
Одно из перспективных направлений в области комбинирования
пластмасс с древесными материалами — вспенивание полистироль-
ных пенопластов внутри полости изделий с одновременным при-
клеиванием их к древесным материалам. Этот способ особенно
применим при изготовлении строительных панелей, дверей и пере-
городок, узлов щитовой мебели и т. д. Обшивками у щитовых изде-
лий могут быть древесные плиты, фанера, а также другие листовые
материалы: стеклопластики, алюминиевые сплавы и асбестоцемент.
В качестве обрамления используют, как правило, деревянные
бруски.
Ввиду увеличения выпуска гранулированного полистирола и
перспективы снижения цен на него этот метод представляет суще-
ственный интерес для изготовления изделий различного назначе-
ния. В настоящее время средний слой из пенопласта объемным
191
весом 25 кг/м? по стоимости может конкурировать с реечным за-
полнением щитовых дверей, незначительно уступая сотовому за-
полнению.
Изготовление изделий таким способом заключается в том, что
бисерный полистирол, являющийся исходным материалом для пено-
пласта, поставляется на деревообрабатывающие предприятия и там
вспенивается. Образуемый при этом пенопласт одновременно со
вспениванием приклеивается к древесным материалам. При таком
способе изготовления исключаются нерациональные перевозки пе-
нопласта, не требуется его раскрой и обработка, весь материал без
отходов идет в дело.
С целью экономии пенопласта и улучшения некоторых его
свойств в бисерный полистирол в отдельных случаях добавляют
древесные стружки, обработанные жидким клеем. При вспенивании
этой смеси между обшивками образуются щиты с комбинированным
древесно-пластмассовым средним слоем. Перспективно также изго-
товление тонких древесностружечных плит, в состав которых вво-
дится полистирол. При прессовании плит гранулы полистирола
вспениваются и склеиваются со стружками.
Сырьем для изготовления полистирольного пенопласта является
бисерный пенополистирол, представляющий собой твердые гра-
нулы (бисер) белого цвета. Образуется он при суспензионной поли-
меризации стирола в присутствии порообразователя — изопентана.
Сущность вспенивания заключается в том, что под влиянием на-
грева полистирол переходит из стеклообразного в эластичное со-
стояние, а порообразователь — изопентан при t = 28° С и выше пере-
ходит из жидкого состояния в газообразное, значительно увеличи-
вая объем гранул полистирола.
На практике применяют двухстадийное вспенивание гранул по-
листирола: предварительное и окончательное. На первой ста-
дии отдельные гранулы вспениваются в свободном состоянии, зна-
чительно увеличивая при этом свой объем. На второй стадии
гранулы окончательно вспениваются в замкнутом объеме, сплав-
ляясь при этом.
В качестве теплоносителя для предварительного вспенивания
лучше всего использовать горячую воду или пар, хотя в ряде слу-
чаев может быть использован горячий воздух. Вспенивание проис-
ходит в аппаратах периодического или непрерывного действия,
в которых материал при постоянном перемешивании обрабатыва-
ется водой или паром. В водяной ванне при температуре 95—98° С
гранулы подвспениваются в течение 120—130 сек, а в шнековом ап-
парате (давление пара 0,9—1,1 атм) при t = 98—102° С в течение
60—120 сек. После сушки гранулы можно хранить 10—15 суток.
Окончательное вспенивание может производиться с примене-
нием различных видов нагрева.
Распространен способ, при котором внутрь изделия, заполнен-
ного гранулами, подается пар (метод теплового удара). Так как
древесные материалы маловодостойки, окончательное вспенивание
192
целесообразно производить с контактным нагревом или с нагревом
в поле ТВЧ. Возможно также одновременное использование двух
указанных выше видов нагрева.
Контактный нагрев целесообразен в тех случаях, когда толщина
изделий (плит, щитов) не превышает 20 мм и материал имеет срав-
нительно большой объемный вес (выше 200 кг}м?).
В Швейцарии [95] запатентованы древесно-пластмассовые пли-
ты, которые изготавливают в обычных многоэтажных прессах с кон-
тактным нагревом. Древесные стружки смешивают со связующим
и вспенивающимися полистирольными гранулами. Получаемую
смесь формуют и прессуют при повышенной температуре. Отдель-
ные гранулы вспениваются и склеиваются со стружками. В зависи-
мости от количественного соотношения стружки и вспенивающихся
гранул получается материал из стружек с пустотами, заполнен-
ными пенопластом, или пенопласт с внедренным в него карка-
сообразующими стружками (стружечно-полистирольные плиты).
Некоторые примеры соотношения компонентов в таком мате-
риале, режимы прессования и его характеристика приведены
в табл. 49.
Таблица 49
Состав и характеристика стружечно-полистирольных плит
Состав, % Режим нагрева Характеристика материала
стружки полистирол связующее темпера- тура, °C время, мин объемный вес, кг!мЛ прочность на изгиб, кгс[см2
76 11 13 140 10 220 37
85 1,5 13,5 140 15 410 72
82 1,3* 16,7 145 18 430 89
85,4 ** 1,1 13,5 140 15 430 180
* Гранулы полистирола не подвспенивались.
** Стружки не измельчались.
Теплопроводность пенопласта небольшая, поэтому с увеличе-
нием толщины плит контактный нагрев становится малоэффектив-
ным. Так как во многих случаях толщина щитов превышает 20 мм,.
в качестве основного вида нагрева при изготовлении таких изделий
используют высокочастотный нагрев. Контактный нагрев в таких
случаях создает только тепловой подпор со стороны обшивок.
В ряде случаев процесс вспенивания осуществляют только при вы-
сокочастотном нагреве.
Так как основная часть материала вспенивается под воздейст-
вием высокочастотного нагрева, остановимся более подробно на
этом процессе.
Вспенивание пенополистирола в поле ТВЧ заключается в том,
что пакет с предварительно вспененными гранулами помещается
193
между двумя электродами, к которым от генератора подводится
высокочастотная энергия. При включении генератора между элек-
тродами возникает переменное электрическое поле, вызывающее
нагрев массы материала вследствие возникающих в ней диэлектри-
ческих потерь.
Полистирол (и особенно пенополистирол) имеет очень малые
диэлектрические потери и поэтому очень слабо нагревается в поле
ТВЧ. Для интенсификации нагрева гранулы необходимо обраба-
тывать (смачивать) раствором электролита.
Рис. 59. Зависимость фактора потерь
а — от расхода электролита (1%-ный раствор); б—концентрация электролита (расход
5 г/л). Вид электролита: I — смачиватель НБ; 2— некаль фирмы «Ангер»; 3 — ДС РАС;
4 — ОП-7; 5 — поваренная соль
Обычно в качестве электролита используют водные растворы
поверхностно-активных веществ различной концентрации, а также
растворы соли в воде. Диэлектрические свойства гранул полисти-
рола, обработанных раствором электролита, зависят от вида и
концентрации электролита, расхода его, равномерности смачива-
ния и т. д.
Опыты показали, что фактор потерь гранул полистирола, смо-
ченных электролитом, растет с увеличением расхода электролита
(рис. 59). Однако величина фактора потерь существенно зависит от
свойств поверхностно-активных веществ и колеблется в значитель-
ном диапазоне.
Аналогичная картина наблюдается и при замере электрических
свойств гранул полистирола, смоченных электролитами различной
194
концентрации (рис. 59,6). В этом случае разница в показателях
фактора потерь для различных электролитов еще более ощутима.
а
Рис. 60. Зависимость ин-
интенсивности нагрева
вспениваемой массы:
а — от изменения напряже-
ния на электродах (толщина
образца 35 мм, обшивки из
фанеры толщиной 4 мм)\
б — от применения различных
обшивок. Материал обшивки:
1 — ДВП и фанера — 4 мм;
2 — ДСП — 6 мм
Напряжение на зпектровах,
Основной параметр, определяющий скорость высокочастотного
нагрева,— напряженность электрического поля в нагреваемом ма-
териале.
Как видно из рис. 60, а, при напряжении на электродах, равном
7 кв, вспенивание массы происходило за 45—50 сек; с уменьшением
195
напряжения время нагрева резко увеличивалось. Наиболее устой-
чивые результаты получены при напряжении 3,6 кв; в этом случае
вспенивание полистирола происходило за 2,5 мин и электрических
пробоев не наблюдалось.
Наиболее быстро температура растет в образцах с обшивкой из
древесноволокнистых плит толщиной 4 мм и наиболее медленно —
из древесностружечной плиты толщиной 8 мм (рис. 60, б). В первом
случае температура 100° С, обеспечивающая вспенивание массы,
достигалась за 2 мин> во втором—за 3 мин. Разницы в скорости
нагрева при использовании фанеры или древесноволокнистых плит
обнаружить не удалось.
Многочисленные опыты, проведенные с различными клеями
(карбамидными, фенолформальдегидными) и обшивками из фа-
неры древесностружечных и древесноволокнистых плит, показали,
что за время, необходимое для вспенивания полистирола, происхо-
дит требуемое отверждение клея. Обычно прочность соединения
при испытании на сдвиг была выше прочности самого материала и
составляла в среднем 2,5—2,8 кгс!см2 для пенопласта объемным
весом около 35—40 кг[м3.
Наряду со вспениванием чистого пенополистирола изучался
процесс вспенивания в поле ТВЧ смеси пенополистирола с древес-
ными стружками. Опыты показали, что при объемном соотношении
опилок и пенополистирола 1 : 1 получается довольно монолитный
средний слой. Дальнейшее увеличение количества стружек приво-
дит к нарушению монолитности образца и появлению отдельных,
несвязанных между собой участков. При использовании стружек
длиной 15—20 мм трудно получить монолитный образец, так как
большой их размер нарушает спекаемость гранул между собой.
Этот недостаток может быть частично устранен при использовании
более мелких стружек (5—8 мм) и при введении в состав среднего
слоя дополнительно некоторого количества (10—12%) связующего.
Введение древесных стружек в состав полистирольного пенопла-
ста [96] улучшает механическую характеристику материала
(табл. 50).
Все плиты, указанные в таблице, содержали 17,7 г мочевино-
формальдегидного клея на 1 л пенополистирола. При добавлении
древесных стружек повышается объемный вес материала и соот-
ветственно увеличивается его прочность. Установлено, что за счет
введения клея и стружек расходы на материал возрастают при-
мерно на 30%, но одновременно прочность увеличивается примерно
в 2—3 раза.
Коэффициент теплопроводности модифицированного пенопласта
на 10—15% выше коэффициента теплопроводности чистого пено-
пласта такого же объемного веса.
В заключение отметим, что вспенивание пенопласта и комбини-
рование его с древесными материалами путем склеивания факти-
чески только начинает применяться в деревообрабатывающей про-
мышленности. Несомненно, что по мере увеличения выпуска пено-
196
Таблица 50
Характеристики комбинированного стружечно-полистирольного материала,
изготовленного с высокочастотным нагревом
Материал Объемный вес пеноплас- та, г'л. Содержание полистирола в пенопласте, г 'л Предел прочности, кгс,см2
изгиб сжатие
Чистый пенопласт 21,0 21,0 3,1 1,5
Комбинированный (содержа- 74,7 21,0 6,9
ние стружек 36 г 1л) 3,1
Чистый пенопласт . . • 24,0 24,0 3,6 1,75
Комбинированный (содержа- 89,7 24,0
ние стружек 48 г/л) 6,3 5,5
Чистый пенопласт 36,0 36,0 6,1 3,0
Комбинированный (содержа- 101,7 36,0 12,0
ние стружек 48 г/л) 6,6
пласта и исходных материалов для его изготовления возможности
его использования в деревообработке будут все время расши-
ряться. Сравнительно небольшие работы, проведенные до настоя-
щего времени, выявили большие возможности этого материала.
Изменяя его объемный вес, вводя возможные пустообразователи,
комбинируя полистирол с древесными отходами и другими мате-
риалами, можно изготавливать всевозможные изделия, начиная от
простейших сплошных щитов с любыми обшивками из древесных
материалов, кончая гнутыми пустотелыми изделиями практически
любой формы и очертания.
Глава VII
ПРИКЛЕИВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ
И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК
К ДРЕВЕСНЫМ МАТЕРИАЛАМ
1. ФОРМОВАНИЕ НА ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛАХ
БУМАЖНЫХ СМОЛЯНЫХ ПОКРЫТИЙ
Нанесение покрытий. В зависимости от назначения покрытия,
материала основы, принятой технологии нанесения используют бу-
маги различного вида. Обычно пакет, предназначенный для покры-
тия лицевых сторон древесных плит, состоит из клеящего декора-
тивного и защитного слоев бумаги. Если декоративная бумага
имеет на своей поверхности дополнительный слой смолы, слой за-
щитной бумаги в пакете не требуется. Клеящую бумагу исполь-
зуют для внутренних слоев и для лучшего склеивания декоратив-
ной бумаги с поверхностью плит. Плотность ее 80—150 г{м2. Такие
бумаги выполняют роль грунтовки, их также наклеивают на обрат-
ную сторону плит для уравновешивания.
Декоративную кроющую бумагу применяют для придания по-
верхности плит необходимых цветов и рисунков. Плотность ее
120—100 г/м2.
Декоративная бумага может быть белой или цветной, с рисун-
ком, имитирующим текстуру различных пород древесины.
Бумагу для внутренних слоев чаще всего пропитывают спирто-
вым раствором резольной фенолформальдегидной смолы (бакели-
товым лаком марки А по ГОСТ 901 —56). Концентрация смолы
50—60%, содержание свободного фенола — до 14%, скорость от-
верждения— 50—115 сек. Вместо спиртового раствора можно при-
менять водно-эмульсионные фенолформальдегидные смолы. Для
пропитки наружных слоев используют карбамидные смолы различ-
ных рецептур.
ЦНИИФ [58] рекомендует пропиточную мочевино-меламинофор-
мальдегидную смолу ММП. Для этой же цели используют смолу
ММ-54-У (табл. 51).
Кроме основных компонентов, в смолу ММ-54-У вводят добавки
в виде моноурендфталевой кислоты (5,34 вес. частей), h — толуол-
сульфамида (2,66 вес. частей), 25%-ной аммиачной воды (2,70 вес.
частей). В качестве отвердителя смол ММП и ММ-54-У используют
хлористый аммоний (0,1—0,5% к весу смолы).
В настоящее время созданы отечественные пропиточно-сушиль-
ные установки с полной автоматизацией и механизацией всех опе-
раций. Скорость пропитки бумажного полотна шириной 1,6 м
(длина сушильной камеры 18 м) составляет 30 м/мин.
Режимы формования бумажных смоляных покрытий на дре-
весных плитных материалах, как правило, незначительно отлича-
ются друг от друга. Например, на заводе в г. Нида [18] плиты
198
пресса предварительно нагревают до 145—155°, а затем в пресс
загружают для склеивания пакеты. По истечении 8—10 мин на-
грева плиты пресса начинают охлаждаться без снятия давления.
Охлаждение плит пресса длится 7—8 мин до 50° С. Давление при
формовании покрытий на древесностружечных плитах составляет
30 кг/см2, а на древесноволокнистых — 45 кг!см2.
Таблица 51
Состав и характеристика пропиточных смол
Смолы
Компоненты (вес. частей)
ММП
ММ-54-У
Рецептурный состав
Мочевина
Меламин
Формалин, 37%-ный раствор
Уротропин
Вода
100
50
275
11,25
158
196,8
70,8
542,73
28,12
Характеристики смол
pH . .
Вязкость, спз . .
Концентрация, %
6,5—7,5
4—7
32+2
7,0—7,8
10—20
50—55
ЦНИИМОД рекомендует удельное давление при прессовании
на древесноволокнистых плитах 40 кг!см2, температуру плит пресса
145° С. Время выдержки плит в горячем прессе—10—15 мин.
После охлаждения до 25—30° С снимается давление и плиты пода-
ются для дальнейшей обработки.
Для получения зеркальной поверхности облицованных плит
важен подбор и подготовка прокладок, в качестве которых обычно
используют стальные полированные и хромированные листы. Глян-
цевые листы перед работой должны быть обязательно обезжирены
и смазаны, например, олеиновой кислотой, препятствующей при-
липанию бумаги к поверхности листов.
Испытания покрытий. Наряду с декоративной отделкой бумаж-
ные смоляные покрытия древесных материалов могут выполнять
также защитно-упрочняющую роль. Эффективность защиты и
упрочнения в первую очередь определяются качеством самих по-
крытий, поэтому раньше чем перейти к описанию проведенных
ЦНИИСК испытаний облагороженных древесных материалов,
остановимся на некоторых физико-механических показателях бу-
мажных смоляных пленок.
В качестве кроющей бумаги была использована бумага марки В
весом 78—80 г{м2 (СТУ-30 № 6134—62), пропитанная мочевино-
меламиновой смолой ММ-54-У,
199
Для внутренних слоев в качестве клеящей использована бумага
марки Bi весом 150 г/м2 (СТУ-30 № 6052—61), пропитанная баке-
литовым лаком. Из этих бумаг набирали пакеты и прессовали ме-
жду двумя полированными стальными прокладками при темпера-
туре плит пресса 140° С в течение 20 мин и удельном давлении 5;
10; 15; 20 кг/см2.
Из готовых пленок, согласно существующим методикам, выре-
зали образцы для определения предела прочности и модуля упру-
гости при растяжении, а также образцы для определения водопо-
глощения.
Испытания пленок показали (табл. 52), что у образцов с оди-
наковым количеством слоев бумаги при увеличении давления прес-
сования с 5 до 20 кг предел прочности при растяжении увеличи-
вается примерно на 40%.
Таблица 52
Показатели прочности и модуль упругости бумажных
смоляных пленок
Количество слоев клеящей бумаги Давление прессо- вания, кгс'см- Толщина образца, мм Предел прочности при растяжении, кгс!см- Модуль упругости при растяжении, кгс/см'1
1 5 0,65 271 Ч
1 10 0,6 320 1 Определить
1 15 0,6 377 [ не удалось
1 20 0,58 400 )
2 5 0,89 460 100000
2 10 0,8 490 106 000
2 15 0,7 470 110 000
2 20 0,65 460 115 000
4 5 1,1 520 100 000
4 10 1,3 511 100 000
4 15 1,1 606 110 000
4 20 1,0 762 140 000
Примечание. Слоев кроющей бумаги — 2.
У образцов с шестью слоями бумаги прочность больше на 30%,
чем у образцов с четырьмя слоями, и в 2 раза больше, чем у образ-
цов с двумя слоями бумаги.
Модуль упругости при растяжении бумажных смоляных пленок
колеблется в пределах 100 000— 140 000 кгс/см2. Заметной разницы
в величине модуля упругости для пленок с различным количеством
слоев бумаги не наблюдается. Вместе с тем увеличение давления
прессования приводит к некоторому увеличению модуля упругости.
Испытаниям на водопоглощение подвергали образцы с четырьмя
и шестью слоями бумаги, спрессованными при давлении 5, 10, 15 и
20 кгс/см2. Установлено (табл. 53), что минимальное водопоглоще-
ние за 10 суток, равное 2,4—2,9%, наблюдается у пленок, содержа-
200
щих шесть слоев бумаги (два слоя кроющей и четыре слоя бумаги
для внутренних слоев), спрессованных при давлении 15—20 кгс/см2.
Таблица 53
Водопоглощение бумажных смоляных пленок
Количество слоев клеящей бумаги Давление прессования пленок, кгс/см7- Водопоглощение, %
через 3 суток через 10 суток
2 5 6,2 9,7
2 10 4,5 6,8
2 15 3,2 6,4
2 20 3,0 5,0
4 5 2,7 5,5
4 10 0,7 4,0
4 15 0,8 2,9
4 20 0,8 2,4
П р и м е ч а н и е. Слоев кроющей бумаги — 2.
Так как пленки обычно формуются не отдельно, а на древесных
материалах и работают совместно с ними, наиболее полные данные,
характеризующие эффективность покрытий, могут быть получены
лишь при испытаниях облагороженных древесных материалов.
В специальной литературе есть очень ограниченные данные по
этому вопросу. Так, испытания, проведенные ЦНИИФ [67], пока-
зали, что при облицовке древесностружечных плит толщиной 19 мм
двумя слоями бумаги весом 80 г/м2 или одним слоем бумаги весом
150—170 г/м2 предел прочности при статическом изгибе до обли-
цовки составлял 180 кгс/см2, а после возрос до 210—220 кгс/см2.
По данным ВНИИНСМ [97], физико-механические показатели
облицованных твердых древесноволокнистых плит (четыре слоя
пропитанной мочевино-меламиновой смолой бумаги плотностью
80—170 г/м2 для лицевого слоя плиты и три слоя для обратной сет-
чатой стороны) значительно улучшились по сравнению с неотде-
ланными; объемный вес увеличился с 955 до 1200 кг/см\ водопогло-
щение снизилось в 4 раза, предел прочности при изгибе повысился
в 1,5 раза, водо- и паропроницаемость снизились в 2 раза. В не-
сколько раз уменьшилась истираемость поверхности.
Всесторонние испытания древесных материалов, облицован-
ных бумажными смоляными покрытиями, проводились ЦНИИСК
и ЦНИИМОД*. Опыты показали (табл. 54); что водопоглощение
и разбухание незащищенных плитных материалов значительно
больше, чем защищенных.
* Испытания ЦНИИМОД проводились Т. А. Пластининой.
201
Таблица 54
Водопоглощение и разбухание древесных плитных материалов,
облицованных бумажными смоляными покрытиями
Материалы Водопоглощение (%) после вымачивания образцов в течение Разбухание (%) после вымачивания образцов в течение
древесные плиты количество слоев бумаги 24 ч 240 ч 24 ч 240 ч
Древесноволокнистая Без покрытия 22,1 42,0 19,0 23,0
плита твердая, тол- /г = 2 4,7 9,2 3,6 6,9
щиной 4 мм /2 = 4 3,5 4,7 2,9 4,1
п = 6 2,6 3,6 2,3 3,7
Древесностружечная Без покрытия 27,0 52,5 6,7 11,0
плита, толщиной 18 мм /2 = 2 5,7 6,6 2,7 3,7
п = 4 1,4 1,8 0,4 0,45
/2=6 0,9 1,2 0,1 0,23
Фанера, толщиной 8 мм Без покрытия 17,0 39,0 5,6 10,8
/2 = 2 2,3 5,3 0,9 1,1
/2 = 4 1,5 2,0 0,7 0,7
/2 = 6 0.9 1,4 0,3 0,6
Примечание. Наружный слой состоит из кроющей бумаги плотностью
78—80 г/м2 (СТУ-30 № 6134—62), пропитанной мочевино-меламиновой смолой
ММ-54-У. Внутренние клеящие слои состоят из бумаги марки Bi плотностью
150 г/м2 (СТУ-30 № 6052—61), пропитанной бакелитовым лаком. При увлаж-
нении торцы плит и фанеры защищались специальными замазками.
Если защитные свойства покрытий проявляются довольно су-
щественно, то упрочняющее действие нанесенных на материал по-
крытий наблюдается в меньшей степени. Только для древесноволок-
нистых плит (табл. 55), облицованных 6—10 слоями бумаги, проч-
ность при статическом изгибе повышается почти в 2 раза.
Наблюдается также некоторое повышение удельной ударной вяз-
кости. Для древесины в связи с ее высокими прочностными показа-
телями нанесение самых различных бумажных смоляных покрытий
не привело к какому-либо повышению прочности.
Для уменьшения коробления рекомендуется ступенчатое давле-
ние: непродолжительное (3—4 мин) воздействие высокого давления
(30—40 кгс/см2) с последующим его снижением до 15—20 кгс/см2.
2. НАНЕСЕНИЕ НА ДРЕВЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ ПОКРЫТИЙ
Рациональным является формование на поверхности материа-
лов стеклопластикового покрытия. При этом наносимый слой
можно сделать минимальной толщины; находящееся в нем связую-
202
Таблица 55
Механические показатели древесных плитных материалов,
облицованных бумажными смоляными покрытиями
Материалы Предел прочности при изгибе, кгс!смг Удельная ударная вязкость, кг • cjt/c.it2
древесные плиты количество слоев бу «маги до выма- чивания после 24 ч вымачива- ния после 240 ч вымачива- ния
Древесноволокнистая Без покрытия 320 220 150 10,8
пдита твердая, тол-
щиной 4 мм
/7 = 2 390 220 170 9,2
п = 4 430 240 210 12,7
/7 = 6 510 420 360 14,6
Древесностружечная Без покрытия 330 260 127 11,0
плита толщиной 18 мм
/7 = 2 490 360 220 Н,7
/7 = 4 590 430 330 12,5
/2 = 6 630 400 330 13,5
Фанера толщиной 8 мм Без покрытия 625 412 375 20,0
/7 = 2 620 420 370 20,9
/2 = 4 620 580 400 23,3
/7 = 6 635 600 520 26,2
щее при отверждении прочно приклеивает образуемый слой стекло-
пластика к тому материалу, на котором он формуется [98].
Основные составные части упрочняющего слоя — стеклонапол-
нители и связующее на основе полиэфирной смолы ПН-1.
В качестве стеклонаполнителей применяют стеклохолсты типа
ВВ и хжк.
Когда требуется декоративная отделка, в качестве наполнителя
используют каолин или двуокись титана и добавляют соответствую-
щие красители. Если же к внешнему виду не предъявляется особых
требований, лучше использовать кварцевый песок или цемент.
При нанесении стеклопластикового покрытия на наклонные и
гнутые поверхности в полиэфирное связующее добавляют тикс-
тропные добавки (белую сажу марки У-333, А, аэросил марки
Х997 и др.), которые предотвращают стекание его с наклонных по-
верхностей.
Нанесение слоя заключается в укладке на подготовленные по-
верхности древесных плитных материалов готовых стеклохолстов,
пропитанных полиэфирным связующим, их прикатке и отверждении
слоя. При таком способе получается равномерный слой стеклопла-
стика толщиной 0,5 мм и более.
Чтобы защитить полиэфирное связующее от кислорода воздуха
и придать упрочняющему слою ровную гладкую поверхность, в про-
цессе его формования на пропитанный стеклохолст укладывают
203
разделительные прокладки, в качестве которых могут быть исполь-
зованы алюминиевые листы с разделительным слоем или различные
пленки (целлофан и т. д.). Остатки воздуха удаляют из упрочняю-
щего слоя путем прикатывания роликами.
Глянцевую зеркальную поверхность упрочняющему слою при-
дают хромированные полированные стальные листы или полирован-
ное стекло. Для получения матовой поверхности слоя с выпуклым
рисунком в качестве разделительного слоя используют стеклоткани
с различным переплетением нитей, предварительно пропитанные
мочевино-меламиноформальдегидной смолой и высушенные после
пропитки.
В качестве разделительного слоя используют полиизобутилен
(раствор в бензине) или поливиниловый спирт (5%-ный раствор
поливинилового спирта в дистиллированной воде с добавлением
40% этилового спирта), которые наносятся на прокладочные листы
непосредственно перед формованием упрочняющего слоя.
В простейшем случае нанесенный слой может отверждаться без
нагрева и приложения давления (подпрессовки). Однако такое
отверждение упрочняющего слоя может быть применено только
в экспериментальном и мелкосерийном производстве, так как этот
способ длителен и требует больших производственных площадей.
Кроме того, физико-механические показатели (прочность, водопо-
глощение, водопроницаемость) упрочняющего слоя, отвержденного
на холоду, ниже показателей упрочняющего слоя, отвержденного
при повышенной температуре.
Отверждение связующего происходит в течение 24 ч при ком-
натной температуре (18—20°С). Однако окончательную прочность
упрочняющий слой приобретает только через 2—3 недели.
Ускоренное отверждение упрочняющего слоя может быть осуще-
ствлено следующими способами: контактным при помощи
нагревательных плит или пластинчатых нагревателей, конвекци-
онным (обогрев горячим воздухом), инфракрасным (нагре-
вателями темного излучения, лампами), высокочастотным
нагревом в поле токов высокой частоты.
В табл. 56 приведены некоторые режимы отверждения упроч-
няющего слоя.
Таблица 56
Режимы отверждения упрочняющего слоя
при различных способах нагрева
Способ нагрева Температура нагрева, °C Время нагрева, мин
Конвекционный 80 55—60
Контактный 80 30—35
Инфракрасный .... Токами высокой частоты 80 100—120 45—50 2,5—3,0
204
Таблица 57
Водопоглощение и разбухание древесных материалов,
защищенных полиэфирным стеклопластиком
Материалы
Водопоглоще-
ние после 24 ч
вымачивания,
Водопоглоще-
ние после 240 ч
вымачивания,
%
Разбухание
после.24 ч
вымачивания,
Разбухание
после 240 ч
вымачивания,
Древесноволокнистая плита
Незащищенная 22,1 42 19 23
Со стеклопластиком холод- ного отверждения . 1,6 3,4 2,3 4,1
Со стеклопластиком горя- чего отверждения . . . 0,4 0,8 0,3 0,8
Т Незащищенная 1ревесностру>1 27 кечная плита 52 6,7 п,о
Со стеклопластиком холод- ного отверждения . 3,5 8,9 1,0 3,5
Со стеклопластиком горя- чего отверждения . . 0,2 0,5 0,07 0,2
Фанера
Незащищенная 17 39 5,6 10,8
Со стеклопластиком холод- ного отверждения . 0,2 0,4 0,4 0,32
Со стеклопластиком горя- чего отверждения . . 0,12 0,6 0,6 0,4
П римечание. При увлажнении торцы плит и фанеры защищались спе-
циальными замазками.
Таблица 58
Физико-механические показатели древесных материалов,
упрочненных полиэфирным стеклопластиком
Материалы Предел прочности при изгибе, кгс/см7. Удельная ударная вязкость, кг -см/см7
не упроч- ненного материала упрочнен- ного мате- риала до вымачи- вания после 24 ч вымачива- ния после 240 ч вымачива- ния
Древесноволокнистая плита твердая с объ- емным весом 960 кг/м? 320 560/1010 520/820 430/720 19,3/24
Древесностружечная плита с объемным ве- сом 700 кг[м? . . 330 520/670 380/560' 310/450 40,5/59,2
Фанера с объемным ве- сом 650 кг/м? 625 830/995 735/702 610/680 71,8/99
Примечание. В числителе — результаты для стеклопластикового покры-
тия, отвержденного холодным способом; в знаменателе — горячим способом.
205
Физико-механические испытания различных древесных материа-
лов показали, что покрытие поверхности тонким слоем стеклопла-
стика хорошо защищает материал от увлажнения (табл. 57) и
несколько увеличивает его прочностные характеристики (табл. 58).
Покрытие древесины стеклопластиком, как это показали спе-
циальные исследования [98], препятствует гниению древесины при
любых условиях влажности, так как в защищенном материале пол-
ностью погибают грибки.
3. ПРИКЛЕИВАНИЕ К ДРЕВЕСНЫМ МАТЕРИАЛАМ
ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНЫХ ПЛЕНОК
Так как чаще всего пленки используют как отделочный и за-
щитный материал, к прочности клеевого соединения не предъявля-
ются большие требования.
В отечественной практике для приклеивания пленок используют
водно-дисперсионные клеи латексы — Л-НТ, полиметилметакрилата
ПММА, дивинилметилметакрилата ДММА и др., а также поливи-
нилацетатную эмульсию ПВА.
Иногда для приклеивания поливинилхлоридных пленок к дре-
весным материалам применяют совмещенные клеи, например ме-
тил мет акр и латный латекс, поливинилацетатная эмульсия, совме-
щенные с мочевиноформальдегидными смолами (МФ-17, МФ и др.).
В зависимости от соотношения смол изменяются и свойства клеев.
Совмещенные клеи могут отверждаться на холоду под действием
отвердителей, а также с нагревом.
Для приклеивания поливинилхлоридных пленок могут быть ис-
пользованы также клеи на основе каучуков 88-Н, КС-1, а также
кумароно-каучуковая мастика КН-2. На древесные материалы
клеи наносятся распылением или кистями. После небольшой (5—
7 мин) открытой выдержки накладывают и тщательно прикатывают
пленку. По мере удаления растворителя прочность клеевого соеди-
нения увеличивается. При склеивании можно применять нагрев до
40—60° С.
Максимальная температура нагрева при склеивании определя-
ется температурой размягчения пленок и назначением их. Если не-
обходимо сохранить первоначальный вид пленки, температура на-
грева составляет 40—60° С.
Иногда пленку специально размягчают, особенно при облицовке
криволинейных поверхностей. Температура нагрева при этом дости-
гает 80—90° С.
Растворы перхлорвинила обладают хорошей адгезией как к дре-
весным материалам, так и к поливинилхлориду. Их наносят на обе
склеиваемые поверхности. Пленки приклеивают при 60° С в тече-
ние 10—15 мин.
Для лучшей клеящей способности эти клеи совмещают с дру-
гими, чаще всего термореактивными клеями.
206
При приклеивании жесткого поливинилхлорида к древесным ма-
териалам наибольшую прочность во время испытаний на сдвиг
(табл. 59) показывает клей ПЭД-Б.
Таблица 59
Прочность склеивания жесткого поливинилхлорида с сосной на различных клеях
Клей Показатели прочности при испытании на сдвиг
предел прочности, кгс- см2 разрушение по древесине, %
Эпоксидно-перхлорвиниловый ПЭД-Б .... 79 70
Каучуковый 88-Н 63 60
Тивоколь 4134 . 47 10
Кумароно-каучуковая масти- ка КН-2 19,7 10
Перхлорвиниловый (на ме- тиленхлориде) 8,2 0
Примечание. Образцы испытывались через 3 суток
после склеивания.
Этот клей наносят на обе склеиваемые поверхности. Открытая
выдержка клея 5—7 мин. Отверждается клей как на холоду, так и
при 80° С в течение 10—15 мин.
Клей ПЭД-Б обеспечивает хорошую прочность и на неравномер-
ный отрыв при приклеивании тонкой поливинилхлоридной пленки
к древесным материалам. Меньшая прочность получена на кумаро-
но-каучуковой мастике КН-2 (табл. 60).
Таблица 60
Прочность приклеивания поливинилхлоридных пленок
к древесным материалам на различных клеях
Клеи Прочность при испытании на неравномерный отрыв для пар материалов, кгс/см
ДВП - пленка ДСП — пленка фанера — пленка сосна — пленка
Эпоксидно-перхлорвинило- 0,9/0,8
вый ПЭД-Б . . 1,6/1,4 I,3/1,1 1,8/1,6
Каучуковый 88-Н .... Кумароно-каучуковая ма- 0,9/0,8 1,4/1,2 1,2/1,0 1,4/1,2
стика КН-2 Перхлорвиниловый (на ме- 0,8/0,7 0,8/0,6 1,0/0,9 0,8/0,6
тиленхлориде) 0,4/0,3 0,6/0,4 0,6/0,4 0,3/0,2
Примечание. Испытание образцов через 3 суток. В числителе — началь-
ная прочность склеивания, в знаменателе — прочность в процессе разрушения.
207/
Испытания древесных материалов, облицованных поливинилхло-
ридными пленками, были проведены на водопоглощение и разбу-
хание. Испытания показали, что водопоглощение облицованных
плит за 24 ч не превышает 0,2%, разбухание по толщине не превы-
шает 0,13%.
Образцы испытывали также путем открытой выдержки на стен-
де при воздействии атмосферных условий в течение 3 лет. В про-
цессе наблюдений отмечали степень изменения окраски испытывае-
мых образцов по сравнению с контрольными, появление мелких
трещин, неровностей и отслоений пленки от древесноволокнистых
плит.
В результате испытаний все пленки потеряли первоначальный
цвет и блеск. Отслоений пленки от плиты, а также трещин на ма-
териале не наблюдалось.
Поливинилхлоридная пленка приклеивается к плоским древес-
ным материалам в обычных плитных прессах. Если используются
каучуковые клеи, может быть применено склеивание в валковых
прессах.
Для приклеивания поливинилхлоридных пленок к кромкам дета-
лей и к деталям сложной геометрической формы используют метод
вакуумного прессования с контактными эластичными клеями [99].
Контактный клей наносят на кромки деталей и на пленку, выдер-
живают до удаления растворителей, после чего деталь помещают
в вакуумную прессформу. Разогретая пленка при помощи вакуума
прижимается к кромкам деталей и приклеивается к ней.
Пленку на кромки щитов приклеивают также при помощи пнев-
матических вайм.
Если пленка наклеивалась на древесину в горячих прессах, со
временем на поверхности появляются неровности, повторяющие по-
верхностную структуру древесины. Для устранения этого предпри-
нимались попытки [101] при облицовке фанеры пленками в каче-
стве буфера поверхностной деформации использовать алюминие-
вую фольгу, как подслой к пленке.
Для облицовки применяли поливинилхлоридную пленку толщи-
ной 0,15 мм и фольгу толщиной 0,025 мм. Склеивание производилось
перхлорвиниловыми клеями, модифицированными растворимыми
в углеводородных растворителях фенольными смолами (смолой
№ 101, резолом РБ и гексафенольной смолой) и клеем на основе
эпоксидной смолы ЭД-5.
На алюминиевую фольгу наносили один слой клея, а на древе-
сину два слоя. Каждый последующий слой клея наносили после
высыхания предыдущих, а при склеивании эпоксидным клеем —
после выдерживания до состояния отлипа. Применяли следующий
режим склеивания: температура 140° С, удельное давление 12-е-
-е-14 кгс/см2, выдержка для клеев с фенольными смолами 3 мин,
с эпоксидной—1 ч. Перед снятием давления пресс охлаждали
до 30°.
Испытания на прочность клеевых соединений показали, что тех-
208
нологическим преимуществом обладают перхлорвиниловые клеи со
смолой № 101 и резолом РБ. Использование этих клеев обеспечи-
вает быстрое склеивание горячим способом облицовочного мате-
риала с древесиной. При этом прочность клеевого соединения
пленки с алюминиевой фольгой близка прочности самой пленки,
а прочность склеивания фольги с древесиной превышает прочность
древесины при скалывании (60 кгс!см2).
4. ПРИКЛЕИВАНИЕ АЛЮМИНИЕВОЙ ФОЛЬГИ
К ДРЕВЕСНЫМ МАТЕРИАЛАМ
Одно из условий надежной защиты поверхности древесных
материалов фольгой — качественное соединение ее с защищае-
мым материалом. ЦНИИСК были проведены экспериментальные
работы по выбору наиболее приемлемых клеев и проверке надеж-
ности склеивания фольги с древесным материалом.
После анализа имеющихся клеевых составов для отработки тех-
нологии приклеивания фольги были отобраны бакелитовая пленка
марки А (ГОСТ 1941 —44), клеи БФ-2 и 88-Н. Прочность склеива-
ния определялась при испытании образцов на неравномерный отрыв
(ширина образца 30 мм).
В опытах по склеиванию алюминиевой фольги с древесными ма-
териалами каучуковым клеем 88-Н предварительно было проверено,
как влияет на прочность склеивания одностороннее и двустороннее
нанесение клея. Опыты показали (табл. 61), что прочность склеива-
Таблица 61
Прочность склеивания алюминиевой фольги с древесными
материалами (склеивание с реактивацией) каучуковым клеем
Склеивание материала Прочность склеивания при нанесении клея, кгс]см Разрушение по материалу, %
одностороннем двустороннем
Сосна — фольга 1,4/1,0 3,0/2,5 0/10
Фанера — фольга . . Древесноволокнистая 1,6/1,2 2,7/1,8 0/0
плита — фольга . 0,8/0,4 1,2/0,9 30/70
Примечание. В числителе — начальная прочность, в знаме-
нателе — прочность в процессе разрушения. Процент разрушения
дан в числителе для одностороннего, в знаменателе — для двусто-
роннего нанесения.
ния при двустороннем нанесении клея в 2 раза выше, чем при одно-
стороннем. Вместе с тем показатели прочности при одностороннем
нанесении были достаточно высокими, если учесть, что при обли-
цовке фольгой к клеевому соединению не предъявляются высокие
требования.
209
Клей БФ-2 наносили на обезжиренную ацетоном поверхность
фольги в два слоя. Расход клея на каждый слой составлял 50—
70 г/м2. Каждый из нанесенных слоев высушивали сначала при
20° С в течение 30 мин, а затем при 80° С в течение 50 мин. Затем
фольгу с подложкой из древесных материалов склеивали в гидрав-
лическом прессе при температуре плит пресса 160° и давлении
5 кгс/см2. Выдержка под давлением составляла 20 мин.
Как показали опыты, клеевой шов обладает достаточно большой
первоначальной прочностью (табл. 62), которая, однако, была ниже,
чем при склеивании каучуковыми клеями.
Таблица 62
Прочность склеивания фольги с древесными материалами
клеем БФ-2
Склеиваемые материалы Прочность склеи- вания при испыта- нии на неравномер- ный отрыв, кгс-см Разрушения по материалу, ✓6
Сосна — фольга Древесноволокнистая плита — 2,2/1,2 20
фольга ... 1,2/0,8 70
Фанера — фольга Древесностружечная плита — 1,8/1,0 0
фольга 1,9/0,9 30
Примечание. Образцы испытывали через сутки.
Для определения упрочняющего действия алюминиевой фольги
различной толщины на древесные материалы были проведены испы-
тания на статический изгиб и на удар свободно падающим грузом.
Фольгу приклеивали на одну и на две стороны образцов из древес-
ных материалов. Для каждого вида материалов (древесноволокни-
стой, древесностружечной плит и фанеры) испытания на изгиб про-
водили в соответствии с существующими методиками.
Результаты испытаний показали (табл. 63), что при покрытии
алюминиевой фольгой прочность древесноволокнистых плит при
статическом изгибе увеличивается в 2—3 раза в зависимости от тол-
щины фольги и от ее расположения (с одной или с двух сторон
плиты). Значительно меньше повышается прочность древесностру-
жечных плит и фанеры, поэтому для этих материалов алюминиевая
фольга служит в основном защитным покрытием, обеспечивающим
им абсолютную водонепроницаемость при условии хорошей защиты
торцов.
При испытании на удар разрушение фольги толщиной 0,2 мм
в виде микротрещин получено при трехкратном ударе груза весом
1 кг с высоты 50 см.
210
Таблица 63
Результаты испытаний на статический изгиб древесных
плитных материалов, покрытых алюминиевой фольгой
Древесные материалы На какую поверхность нанесено покрытие Предел прочности при изгибе, кгс/см? толщина покрытия, мм
0,1 0,2 0,5 без покры- тия
Древесноволокнистая плита толщиной Без покрытия .... Покрытие с двух сторон 750 900 920 320
4 мм На поверхность в растя- нутой зоне .... 580 570 780 —
На поверхность в сжа- той зоне 560 550 750 •
Древесностружечная Без покрытия — — — 330
плита толщиной Покрытие с двух сторон 360 460 800
18 мм На поверхность в рас- тянутой зоне .... 350 390 410 —
На поверхность в сжа- той зоне . . 235 300 370 —
Фанера толщиной Без покрытия — — — 625
6 мм Покрытие с двух сторон 740 830 1120 —
На поверхность в рас- тянутой зоне .... 670 780 905
На поверхность в сжа- той зоне 630 750 830 —
Глава VIII
КОНТРОЛИРОВАНИЕ КЛЕЕВ
И КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
1. ИСПЫТАНИЕ КЛЕЕВ И ИХ КОМПОНЕНТОВ
Разнообразие видов клеев, используемых для склеивания дре-
весных материалов с различными видами пластмасс и металлов,
требует применения различных методов и приборов для испытаний.
В большинстве случаев эти методы отличаются от принятых в дере-
вообработке стандартных методов испытаний, поэтому ниже они
будут кратко описаны.
Существенно отличаются от принятых также методы испытаний
клеевых соединений. Если для определения прочности склеивания
древесины используют в основном скалывание образцов, то при
склеивании древесных материалов с пластмассами и металлами
образцы испытывают также на равномерный и неравномерный от-
рыв и т. д.
Жизнеспособность клеев. Рабочей жизнеспособностью клеевого
раствора называется время, в течение которого клеевой раствор
сохраняет рабочую вязкость, т. е. ту вязкость, при которой можно
наносить клей.
Испытания проводят следующим образом: 200 г свежеприготов-
ленного клея помещают в стеклянной или фарфоровой чашке в тер-
мостат и выдерживают при 20° С. Начальную вязкость определяют
по достижении клеем 20°. Далее вязкость определяют через ка-
ждые 20—30 мин, пока клеевая композиция не достигнет макси-
мально допустимой вязкости.
Для клеев типа полиэфирных, у которых вязкость практически
не изменяется до момента начала желатинизации, определение
жизнеспособности более удобно проводить по экзотермическому
эффекту. У этих клеевых композиций медленное, плавное нараста-
ние температуры сменяется резким ее подъемом при начале жела-
тинизации.
Измерение вязкости. Вязкость можно измерять различными при-
борами и выражать в разных единицах.
Различают вязкость динамическую, кинематическую и условную.
Единица динамической вязкости — пуаз, который равен 100 сан-
типуазам (спз) и 1 г/с'сек.
Единица кинематической вязкости — стокс (ст), равный 100 сан-
тистоксам и 1 см21 сек.
Абсолютную вязкость можно определять только на абсолютных
вискозиметрах.
В производственных условиях, а иногда и в исследовательских
работах в большинстве случаев определяют условную вязкость и
пользуются для этих целей различными техническими вискозимет-
рами. Это объясняется тем, что при склеивании разнородных мате-
212
риалов используют клеи, имеющие большой диапазон вязкости. Так,
если вязкость каучуковых клеев составляет 120—160 спз, вязкость
некоторых эпоксидных клеев, содержащих наполнители, доходит
до 200 000 спз. В первом случае наиболее часто используют
вискозиметры В-36 и ВЗ-4. Вязкость особо густых клеев измеряется
на разработанных ЦНИИСК вискозиметрах ВП-3 и ВК-2. Иногда
в лабораторной практике используют вискозиметры Хеплера, кото-
рыми вязкость определяется в абсолютных единицах.
Вязкость при помощи вискозиметра В-36, ВЗ-1 и ВЗ-4 опреде-
ляют по известным методикам [53].
Вязкость в вискозиметре Хепплера определяют по методу па-
дающего шарика (ТУ 33029—59).
Расчет производят по формуле
7) = k (5К - S,) Z, (23)
где ц — вязкость, спз\
k — константа шарика;
SK — плотность шарика (удельный вес);
St — плотность смолы или клея (удельный вес);
t — время падения шарика, сек.
На вышеописанном вискозиметре определение вязкости клеевых
композиций, содержащих отвердители и большое количество напол-
нителей, связано с определенными трудностями, так как практиче-
ски трудно уловить момент перехода клея из жидкой фазы в твер-
дую. Эти клеи могут сильно загустевать, даже отверждаться
в процессе измерения вязкости и вывести прибор из строя. Многие
наполнители эпоксидных и полиэфирных клеев — абразивные
(кварцевый песок, цемент и др.); это также затрудняет использова-
ние вискозиметров описанного вида.
В этом случае наиболее приемлемы [102] специальные вискози-
метры: упрощенный для определения вязкости по изменению пло-
щади отпечатка (типа ВП-3) и конусный вискозиметр с автомати-
ческой фиксацией времени для более точного определения вязко-
сти (типа ВК-2).
Принцип определения вязкости на приборе ВП-3 * заключается
в следующем: если небольшое количество клея поместить на гори-
зонтально расположенное стекло и накрыть вторым стеклом, то под
действием веса второго стекла клей примет форму правильной ок-
ружности. С изменением вязкости изменяется диаметр отпечатка,
а следовательно, и его площадь (рис. 61, а).
Принцип действия вискозиметра ВК-2 основан на измерении при
помощи электросекундомера времени погружения конуса в иссле-
дуемую жидкость (рис. 61,6).
Условная вязкость определяется в секундах.
При трех повторных определениях условной вязкости точность
конусного вискозиметра ВК-2 лежит в пределах 3%, а вискозиметра
* Авторское свидетельство В. В. Патуроева № 158725.
213
2
t
3
220
Рис. 61. Вискозиметры ВП-3 и ВК-2:
а — вискозиметр ВП-3: 1 — основание прибора; 2 — металлическая пластинка; 3 — стекла;
б —схема конусного вискозиметра ВК-2 с автоматической фиксацией времени: 1 — выключа-
тель; 2— электромагнит; 3 — конус; 4 — сосуд с клеем; 5 — термостат; 6 — тумблер; 7 — элек-
тросекундомер ПВ-53Л; 8 — стальной сердечник; 9— индукционная катушка
220
U006
1506
ВП-3 — в пределах 5%. Такая точность вполне достаточна не только
для определения вязкости в производственных условиях, но и для
лабораторных исследований.
Методы контролирования режимов отверждения клеев. Отвер-
ждение клеев можно контролировать при помощи полимеризацион-
ных плиток, путем измерения диэлектрических потерь, твердости
клеев и т. д. Каждый из этих методов имеет свои положительные и
отрицательные стороны.
Рис. 62. Изменение фактора потерь клея К-17
в процессе его отверждения
К сожалению, пока еще нет надежных способов, которые дали
бы возможность непрерывно контролировать весь процесс отвер-
ждения клея при переходе его из жидкого в полностью отвержден-
ное состояние. Из имеющихся способов приемлемым (и то в огра-
ниченных случаях) оказался контроль режимов отверждения клеев
по изменению диэлектрических свойств [103].
На рис. 62 в качестве примера показано изменение фактора по-
терь клея К-17 в процессе отверждения. Видно, что сначала фактор
потерь возрастает как вследствие температурной зависимости, так
и вследствие процесса отверждения клея. Затем, когда отверждение
достигает определенной стадии, рост фактора потерь прекращается
и начинается его падение. Так как температура в дальнейшем под-
216
держивалась практически неизменной (130°С), падение фактора
потерь является результатом только процесса отверждения клея.
Описанный метод сложен, а сам процесс измерения длителен;
полученные данные требуют тщательной математической обра-
ботки; при измерении получается большой разброс показаний. Все
это требует многократности опытов. Кроме того, в реальных усло-
виях при склеивании отверждение клея происходит несравненно
быстрее. Для упрощения целесообразно применять раздельные ме-
тоды контроля клея: до наступления желатинизации и после нее.
Контроль отверждения клея до момента его желатинизации.
В деревообрабатывающей и некоторых других отраслях промыш-
ленности нашел применение способ определения скорости отвержде-
ния путем прогрева навески клея в пробирке. В стакан с кипящей
водой помещают пробирку с навеской клея (обычно 2 г) и при по-
стоянном перемешивании определяют время отверждения, которое
равно периоду от начала погружения пробирки с клеем в стакан
с кипящей водой до момента желатинизации (загустевания) клея.
Другой, более приближенный к реальным условиям и сравни-
тельно простой способ — определение скорости отверждения клея
на полимеризационной плитке. Во время измерений плитку нагре-
вают до требуемой температуры, например 80, 100, 150° С. Стеклян-
ной палочкой на поверхность плитки наносят каплю клея и посто-
янно ее перемешивают этой же палочкой. Время до начала жела-
тинизации капли клея замеряют секундомером. Для проведения
измерений используют специальную полимеризационную плитку,
выполненную в виде пластинчатого электронагревателя. В тело на-
гревателя вложена и запрессована термопара. Сам нагреватель при
помощи эпоксидного клея соединен с изоляционным основанием.
Изменение напряжения при помощи автотрансформатора позволяет
быстро изменять температуру нагрева плитки, которую замеряют
термопарой при помощи потенциометра.
Время до начала желатинизации клея, определяемое при помощи
полимеризационной плитки и пробирки, меньше времени, необхо-
димого для получения разборной прочности изделия (табл. 64).
Это объясняется как различными условиями отверждения, так и не-
точностью определения момента перехода клея из жидкого в твер-
дое состояние.
Отверждение клеев после желатинизации контролируют по из-
менению твердости клея в процессе отверждения, так как увеличе-
ние твердости характеризует нарастание прочности клеевого соеди-
нения материалов.
Определение твердости по размеру отпечатка, остающегося на
материале, не дает достоверных результатов из-за заметного вос-
становления лунки после снятия нагрузки, а также вследствие сла-
бой различимости границ отпечатка под микроскопом, поэтому для
определения твердости отверждаемых клеев удобнее замерять не
размер получающегося отпечатка, а глубину вдавливания инден-
тора.
217
Таким образом, на первой стадии отверждения клея оптималь-
ным является контроль скорости отверждения на полимеризацион-
ной плитке, на второй стадии — измерение твердости.
Таблица 64
Сравнительные данные по времени отверждения клеев
различными способами
Клей Время отверждения клея, мин—сек
в пробирке на плитке при склеивании образцов с контактным нагревом
Эпоксидный . 14—50 11—12 20—00
Полиэфирный .... 4—45 1—26 40—00
Фенолформальдегидный 2—47 1—16 20—00
Мочевиноформальдегид- ный: горячего отвержде- ния 5—00 1—36 30—00
холодного отвержде- ния . 4—05 44—00 от 360
Определение полноты отверждения. Полнота отверждения клеев
характеризует эксплуатационные свойства клеевых соединений.
Она зависит как от состава клея, так и от режимов отверждения.
Полнота отверждения может быть временной или постоянной. Вре-
менная полнота отверждения не опасна, так как в дальнейшем под
действием отвердителей она устраняется. Значительно опаснее по-
стоянная неполнота отверждения, которая является следствием не-
правильно выбранного количества отвердителя. Постоянную не-
полноту отверждения практически устранить невозможно.
Для термореактивных клеев повышенной водостойкости (фенол-
формальдегидных, эпоксидных, полиэфирных и др.) полнота отвер-
ждения обычно определяется методом экстракции в ацетоне, так
как отвержденный клей отличается от неотвержденного нераство-
римостью и неплавкостью. Растворителем можно перевести в рас-
твор неотвержденную часть и таким образом отделить ее от отвер-
жденной.
Для экстрагирования синтетических клеев обычно применяют
аппараты Сокслета.
Отвержденные образцы точно взвешивают, помещают в патроны
из фильтровальной бумаги и загружают в экстрактор аппарата.
После экстракции образцы высушивают и взвешивают. Количе-
ство экстрагируемых веществ в процентах определяют по формуле
X = • 100, (24)
218
где а — вес образца до экстракции, г;
b — вес образца после экстракции, г.
2. ИСПЫТАНИЕ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Клеевые соединения могут воспринимать одновременно несколь-
ко различных нагрузок: сжатие, срез, неравномерный отрыв, удар
и т. д., поэтому, чтобы полностью охарактеризовать надежность
клеевого соединения, на практике используют различные виды
механических испытаний и соответствующие этим испытаниям типы
образцов. Причем наряду с механическими испытаниями малых об-
разцов часто прибегают к испытаниям клееных фрагментов и узлов
конструкций, а также к натурным испытаниям целых клееных из-
делий.
Для правильной и полной оценки механической прочности кле-
евых соединений большое значение имеют режимы нагружения,
поэтому образцы и изделия могут быть подвергнуты кратковремен-
ным статическим испытаниям, длительным испытаниям при стати-
ческих нагрузках, динамическим испытаниям (ударные нагрузки)
и испытаниям на усталостность (выносливость) при действии знако-
переменных циклически изменяющихся нагрузок.
Клеевые соединения можно испытывать при постоянных или пе-
ременных температурно-влажностных условиях.
Проведение всех или некоторых из указанных выше видов испы-
таний позволяет достаточно надежно характеризовать стойкость
клеевых соединений в тех или иных условиях эксплуатации.
Уже отмечалось, что для проверки качества склеивания древе-
сины образцы испытывали только на сдвиг, так как из-за большой
толщины материала в конструкциях отрывающие усилия проявля-
ются в меньшей степени. При склеивании древесных материалов
с пластмассами и металлами, которые в большинстве случаев
имеют небольшую толщину, большое значение имеют также испы-
тания на отрыв (в основном — на неравномерный). Как первый вид
испытаний, так и второй преимущественно применяют при воздейст-
вии кратковременных статических нагрузок.
При склеивании комбинированных материалов чаще всего про-
водят испытания клеевых швов путем скалывания образцов при
сжатии. Вид образца определяется склеиваемыми материалами
(рис. 63, а).
При склеивании тонких гибких металлов (например, алюминие-
вой фольги) или пластмассовых пленок с древесными материалами
прочность соединения проверяют путем испытания образцов на не-
равномерный отрыв. Типы образцов для этих испытаний показаны
на рис. 63, б.
Образцы для испытаний могут быть склеены каждый в отдель-
ности или же вырезаны из заранее склеенных заготовок.
Если склеивание происходит на холоду, скленные заготовки
поступают на распиловку на отдельные образцы не ранее чем через
219
24 ч после снятия давления. Готовые образцы выдерживают перед
испытаниями не менее 24 ч. Если образцы предназначены для тем-
пературно-влажностных испытаний, их необходимо выдерживать не
менее 12 суток.
Образцы испытывают в сухом виде при +18---Ь20°С на испыта-
тельных машинах, обеспечивающих равномерную скорость переме-
щения захватов (25—30 mmJmuh для образцов, испытываемых на
неравномерный отрыв, и 1 mmImuh для остальных образцов) или
равномерную скорость приложения нагрузки (1000—1500 кг!мин
для всех образцов, кроме тех, которые испытывают на неравномер-
ный отрыв).
Предел прочности при сдвиге тсдв вычисляют по формуле
= (25)
тах — максимальная нагрузка, кг;
F — площадь скалывания, см2.
И
220
Рис. 63. Типы лабораторных образцов для испытания клеевых
соединений:
а — на сдвиг: I — стеклопластик и алюминий с древесноволокнистыми
плитами (в торец при сжатии); II— древесина, древесноволокнистые
и древесностружечные плиты с металлом (по пласти при сжатии);
III — то же при растяжении; IV — древесина, древесноволокнистые
и древесностружечные плиты с металлом и стеклопластиком; б —
на неравномерный отрыв-: I — алюминий—пенопласт, древесные мате-
риалы; II — алюминий, пленочные пластмассы—древесноволокнистые
плиты (в торец)
В процессе определения прочности при неравномерном отрыве
снимают диаграмму нагрузка—длина образца, по которой затем
определяют максимальную и минимальную нагрузки при разруше-
нии. Вместо этого можно фиксировать нагрузку при начале разру-
шения (максимальную) и нагрузку при установившемся процессе
разрушения (минимальную) на участке образца длиной не менее
40 мм.
При проведении испытаний необходимо следить, чтобы склеен-
ная часть образца находилась под прямым углом по отношению
к захватам.
Предел прочности при неравномерном отрыве тотр в кгс(см
221
ширины рассчитывается отдельно для максимальной и минималь-
ной нагрузки по формуле
Р
^отр 2? KzcjcM, (26)
где РОТр — нагрузка (при неравномерном отрыве), кг;
В — ширина образца, см.
В отдельных случаях определяют сдвиг при изгибе образцов.
При нагружении балочек центральной сосредоточенной нагрузкой
и при их изгибе в клеевом шве возникают срезающие напряжения.
Затвердевшие клеевые швы характеризуются очень сложным на-
пряженным состоянием. Обычно прочность клеевого соединения
принято выражать отношением разрушающей нагрузки к пло-
щади клеевого шва, но фактически это не отражает истинного поло-
жения, так как напряжения в клеевом шве очень разнообразны и не
распределены равномерно. Они зависят от формы и величины скле-
енных деталей, характера концентраций напряжений, которые обус-
ловливают разрушение и снижают прочность всего соединения.
Получаемые при испытаниях показатели прочности определя-
ются многочисленными факторами (размерами и формой образца,
режимами склеивания, условиями испытаний и т. д.), поэтому экс-
периментальные данные, в том числе приведенные в настоящей
книге, не всегда сравнимы по абсолютной величине: они получены
в разное время различными исследователями.
Древесные материалы склеивают с пластмассами и металлами,
как это было показано выше, при изготовлении самых разнообраз-
ных изделий. Соответственно требования к клеевым соединениям
для разных изделий также различны. Например, к приклеиванию
пластмассовых пленок при облицовке деталей мебели предъявля-
ются менее жесткие прочностные требования, так как эти изделия
эксплуатируются в комнатных условиях, где нет больших темпера-
турно-влажностных перепадов. Кроме того, на клеевой шов прак-
тически не передаются какие-либо нагрузки. Иное положение при
склеивании строительных изделий, где долговечность работы клее-
ной конструкции во многом определяется надежностью клеевых сое-
динений.
Клееные конструкции могут находиться под большими постоян-
ными и переменными нагрузками. Кроме того, в процессе склеива-
ния в изделиях развиваются напряжения, которые также влияют на
надежность соединений.
В связи с этим прочность образцов, испытанных сразу же после
склеивания, не характеризует полностью надежность соединений.
Наиболее показательно поведение клеевых соединений под дей-
ствием атмосферных факторов. Однако из-за длительности таких
испытаний получили также распространение ускоренные испытания
(так называемое ускоренное старение).
Наряду с ускоренными испытаниями практикуется длительное
выдерживание образцов под нагрузкой или без нее в комнатных и
222
наружных условиях. Анализируя и сравнивая результаты различ-
ных видов испытаний, можно сделать определенные выводы о на-
дежности клеевых соединений применительно к тем или иным усло-
виям эксплуатации.
В отечественной лабораторной практике основными видами
испытаний можно считать проверку прочности соединений после
длительной выдержки образцов в комнатных и наружных условиях,
а также после ускоренного старения.
При выдержке в комнатных условиях образцы испытывают через
1 ч, 3, 15, 30 суток и далее через 0,5; 1; 3; 5 и 10 лет; при выдержке
в наружных условиях — через 0,25; 0,5; 1; 3; 5 и 10 лет.
Ускоренные испытания заключаются в интенсивной термовла-
гообработке образцов путем кипячения, вымачивания, заморажи-
вания, нагревания при различном сочетании этих воздействий с по-
следующими механическими испытаниями. Такие методы испыта-
ний в достаточной мере условны, поскольку они не соответствуют
прямо условиям эксплуатации. Эти методы предложены на основе
сопоставления результатов ускоренных испытаний с данными мно-
голетних длительных испытаний клеевых соединений в различных
температурно-влажностных условиях. Естественно, что данные ус-
коренных испытаний должны рассматриваться совместно с резуль-
татами длительных испытаний.
Для ускоренного старения клеевых швов наибольшее распрост-
ранение нашла так называемая методика ВИАМ. Каждый цикл
испытаний состоит из 18 ч вымачивания при t= +18°, 7 ч замора-
живания при t = —20°, оттаивания в течение 15 ч при t= 4-18° и
сушки в течение 6 ч при / = 60—70°.
Образцы испытывают обычно после 1, 3, 5, 8, 10, 12 и более цик-
лов. Указанная методика создает заведомо более жесткие условия,
чем в действительности. Однако эти испытания обеспечивают более
быстрое получение результатов, носящих сравнительный характер.
Накоплен большой опыт по ускоренным и длительным испытаниям.
Несмотря на то что эти испытания относятся к клеевым соеди-
нениям древесных материалов, они могут быть использованы при
испытании клеевых соединений разнородных материалов.
Мэдисоновская лаборатория в США в течение более чем 30 лет
придерживалась следующих условий выдержки скленных деталей:
длительное погружение в воду с комнатной температурой; при
этом проверяется фактическая водостойкость клея;
длительное хранение на воздухе с относительной влажностью
97% и температурой 27° С; при этом испытывается стойкость соеди-
нений при влажности древесины, близкой к точке насыщения во-
локон, а также их сопротивляемость гниению и микроорганизмам;
периодическое погружение в воду с комнатной температурой
(в течение 2—3 дней) и высушивание при температуре 27° С и
влажности воздуха 30% (12 дней); при этом испытывается сопро-
тивляемость механическим напряжениям, водостойкость и биоло-
гическая стойкость;
223
периодическое хранение во влажном воздухе (97% при 27°С
в течение 2 недель) и в воздухе с низкой влажностью (30% при
27° С в течение 2 недель); при этом определяется стойкость против
механических напряжений, биологическая стойкость и состояние
насыщения волокон;
длительное хранение в воздухе с влажностью 65% при 27° С;
проверяется стойкость клеевых соединений в мягких условиях;
длительное хранение в воздухе с влажностью 20% при темпера-
туре 70° С; испытывается стойкость против высоких температур при
умеренной влажности воздуха;
длительное хранение в воздухе с влажностью 60% при темпера-
туре 70° С; проверяется стойкость при высоких температурах и
высокой влажности;
периодическое хранение в климатической камере (27° С, 65%,
16 ч) и жарком сухом климате (70°, 20%, 8 ч); испытывается пове-
дение при комбинированном воздействии высокой температуры и
смене умеренного и сухого воздуха, а также стойкость против не-
больших напряжений усушки;
длительное хранение в климатической камере (27° С, 65%, 16 ч)
и в холодном климате ( — 43°С); испытывается стойкость клеевых
соединений против низких температур;
длительное хранение в воздухе с влажностью 20% при темпе-
ратуре 93°С; проводится ускоренное испытание стойкости клеевых
соединений на сопротивляемость клея и древесины высоким темпе-
ратурам.
3. НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СКЛЕИВАНИЯ*
Выборочные испытания клеевых соединений разрушающими ме-
тодами мало надежны из-за случайного характера появления зна-
чительной части дефектов. В связи с этим очень актуально приме-
нение неразрушающих методов испытаний клеевых соединений.
Обычно неразрушающие методы контроля дополняют проверку ка-
чества изделий разрушающими методами и позволяют отбраковать
все изделия с недопустимыми дефектами.
Проверка качества склеивания, несомненно, требует дополни-
тельных затрат. Однако она позволяет своевременно обнаружить
нарушения технологии, сокращает количество брака, повышает ка-
чество продукции, исключает возможность расклеивания изделий
в процессе эксплуатации. Опыт применения неразрушающих мето-
дов в металлургии, машиностроении и других отраслях промышлен-
ности показывает, что стоимость приборов быстро окупается, а зат-
раты на проведение испытаний сравнительно невелики.
Ниже описываются некоторые методы контроля, которые могут
найти применение для выявления дефектов в клеевых соединениях.
* Контролирование клеевых соединений древесных материалов с пластмас-
сами и металлами неразрушающими методами производилось в ЦНИИСК
А. И. Горбуновым под руководством автора.
224
Часть этих методов экспериментально разработана и проверена
ЦНИИСК.
Вакуумный метод. Вакуумный метод основан на резком измене-
нии жесткости обшивок в местах с дефектами. Качественное кле-
евое соединение обеспечивает совместную работу всех элементов,
а местная жесткость определяется жесткостью всего изделия. При
нарушении соединения местная жесткость равна жесткости только
одного слоя обшивки; это приводит к заметному росту деформации
обшивки при разности давления воздуха снаружи изделия и внутри
Рис. 64. Вакуумный прибор для измерения непро-
клеев
полостей дефектов. В большинстве случаев это осуществляется пу-
тем понижения давления воздуха на наружной поверхности об-
шивки в специальной чаше, в то время как давление в полости де-
фекта будет оставаться атмосферным или понизится незначительно.
В ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко разработан вакуумный прибор
для статического режима работы (рис. 64).
Чувствительность прибора определяется разностью прогибов
в местах с качественным и дефектным склеиванием и, как показали
опыты, зависит от размеров непроклеев, жесткости приклеиваемого
материала, расстояния от центра дефектов, вида и толщины под-
ложки (рис. 65). В данных испытаниях подложка была выполнена
из древесностружечных плит толщиной 20 мм.
Степень разряжения зависит от поверхности обшивки, ее возду-
хопроницаемости. Так, при контроле изделий с обшивками из бу-
мажного слоистого пластика, стеклопластика и алюминия разряже-
ние достигает 0,80—0,97 ат, а фанеры — только 0,60—0,70 ат.
Контроль заключается в поиске дефектов, выявлении их раз-
меров. Дефекты, размер которых превышает размеры чаши иска-
тельной головки, определяются ориентировочно путем оконтурива-
ния; дефекты меньших размеров — по максимальному прогибу об-
шивки, которому соответствует определенный размер дефектов. Для
225
точного определения размеров предварительно составляют график
(размер дефекта — прогиб).
Вакуумный метод в основном эффективен для контроля изделий
с обшивками средних и малых толщин и с несплошным основанием
(сотопласт, решетка из плит и т. д.). Если основание выполнено из
воздухонепроницаемых материалов и если полости дефектов не-
больших размеров не сообщаются с атмосферой, применение метода
затруднено: незначительный прогиб обшивки увеличивает объем
полости дефекта и давление в ней приближается к давлению в чаше
измерительной головки.
Производительность контроля вакуумным методом невелика и
его применение рационально для небольших объемов работ или
тогда, когда требуется высокая надежность и наглядность конт-
роля. Это практически единственный метод, который позволяет
контролировать приклеивание обшивок средних и малых толщин из
материалов, не пропускающих ультразвуковые волны и сильно
демпфирующих упругие колебания.
Вибрационный метод. Метод вибрации основан на возбуждении
свободных колебаний, соответствующих собственным механическим
колебаниям материала изделия.
Наличие дефекта изменяет упругие свойства материала, вслед-
а
226
Рис. 65. Определение непроклеев ва-
куумным способом:
а — чувствительность вакуумного прибора
при контроле изделий с обшивками: 1 —
алюминий толщиной 0,20 мм; 2 — стекло-
пластик толщиной 1,80 мм; 3 — алюминий
толщиной 0,45 мм; 4 — древесноволокнистые
плиты толщиной 3,98 мм; 5 — алюминий тол-
щиной 0,98 мм; 6 — бумажный слоистый
пластик толщиной 1,96 мм; 7 — березовая
фанера толщиной 5,20 мм; 8 — березовая
фанера толщиной 9,60 мм; б — зависимость
прогиба обшивки от расстояния до центра
дефектов: 1 — бумажный слоистый пластик
толщиной 1,96 мм; 2 — алюминий толщиной
1,00 мм
ствие чего при возбуждении в нем
механических колебаний возни-
кает спектр частот, отличный от
спектра, соответствующего каче-
ственному изделию. Молоточек
вибратора с частотой 50 гц уда-
ряет по поверхности изделия, воз-
буждая в материале упругие ко-
лебания, которые затем улавли-
ваются приемником. Эти колеба-
ния, преобразованные в электри-
ческие сигналы, усиливаются по
всему частотному спектру и пропускаются через фильтр. При этом
основной спектр частот, соответствующий качественному мате»
риалу, отсекается.
Есть несколько модификаций вибрационных дефектоскопов. В за-
висимости от назначения прибора изменяется конструкция датчика,
система усиления и фильтра.
Существующая контрольная аппаратура, основанная на методе
вибрации, обеспечивает надежный контроль на глубину до 8—
12 мм. При этом выявляются дефекты площадью от 2 до 8 см2. Раз-
решающая способность метода уменьшается с увеличением тол-
щины изделия. Метод вибрации не требует создания иммерсион-
ного слоя для улучшения контакта датчика с изделием, но показа-
ния этих приборов в значительной мере зависят от стабильности
удара молоточка выбратора и равномерности прижатия датчиков
к поверхности изделия.
Фирма Дуглас Аиркрафт разработала способ контроля пло-
скопараллельных сотовых панелей. Панель посыпают слоем пе-
ска и возбуждают в ней упругие колебания. Когда частота стано-
вится равной собственной частоте обшивки в местах непроклеев,
амплитуды колебаний возрастают и в этих местах обшивка освобо-
ждается от песка. Контроль проводится в специальных помещениях
с хорошей звукоизоляцией.
227
Вибрационный метод использован в приборе, разработанном для
контроля качества склеивания фанеры в Оттавской лаборатории
лесных продуктов (Канада) [103]. Упругие колебания возбуждаются
движением вращающихся щеток по поверхности контролируемых
листов. С появлением в фанере непроклеев и воздушных пузырей
амплитуда колебаний на частоте 8000 гц увеличивается примерно
на 6 децибел. Звук усиливается, пропускается через фильтр и по-
падает в устройство, управляющее самописцем, отмечающим кон-
туры дефектов. Возможна работа на двух режимах: со скоростью
9 м}мин, при которой могут быть выявлены дефекты и ориентиро-
вочно определены их размеры, и со скоростью 30 м!мин, когда вы-
являются только дефекты, а размеры их определяются при скорости
9 или даже 1 м/мин. В первом случае установка оборудуется тремя
вращающимися щеточными датчиками, во втором случае при ско-
рости 30 м{мин дополнительного вращения не требуется. Фанеру
толщиной 19 мм контролируют с двух сторон. Чувствительность
прибора достаточна для выявления воздушных пузырей диаметром
более 152 мм между средними слоями 19 мм фанеры и возрастает
с уменьшением глубины залегания дефектов.
Вибрационный метод эффективен для обнаружения непроклеев,
когда облицовка выполнена из материалов, достаточно упругих для
возбуждения собственных колебаний (стали, алюминия, стекло-
пластика, бумажного слоистого пластика, древесного шпона и т. д.),
и находится от подложки на расстоянии, превышающем амплитуды
этих колебаний (обычно порядка несколько десятых миллиметра).
На чувствительность метода влияет материал подложки. Если под-
ложка выполнена из полутвердых древесноволокнистых плит, пено-
пласта и других легких материалов, сильно демпфирующих упругие
колебания, чувствительность резко снижается.
Импедансный метод. Импендансный метод основан на принципе
сравнения жесткости отдельных участков конструкции. Величина
механического импеданса оценивается по силе реакции контроли-
руемого изделия на стержень датчика, при помощи которого в ма-
териале возбуждаются ультразвуковые колебания. Нарушение
сплошности материала вызывает изменение жесткости. Сила реак-
ции при этом резко уменьшается; это приводит к падению напря-
жения на пьезоэлементе датчика. Изменение импеданса материала
изделия фиксируется стрелочным индикатором или световыми сиг-
налами.
Нарушения сплошности материала, расположенные параллель-
но поверхности, надежно выявляются, если жесткость прилегаю-
щего к дефекту поверхностного слоя меньше жесткости остальной
части материала.
Импедансный акустический дефектоскоп ИАД-2 с успехом при-
меняется для контроля клеевых соединений различных тонких ма-
териалов.
Импедансный метод обеспечивает надежный контроль изделий
на глубину 6 мм. Качество покрытий и материала проверяют пере-
228
мещением датчика по поверхности изделий. Дефекты выявляются
световыми сигналами контрольной лампочки, вмонтированной
в стержень датчика. При помощи светового индикатора определяют
границы распространения дефекта. При достаточном навыке опе-
ратор по отклонению стрелки вольтметра может определить при-
мерную глубину залегания дефекта или величину его раскрытия.
На рис. 66 приведены экспериментальные кривые, полученные
Ю. В. Ланге [105] и показывающие чувствительность прибора
при подложках толщиной
10 мм из стали, алюми-
ния, фанеры и пенопласта.
Облицовочный слой во
всех случаях выполнен
из алюминия толщиной
0,8 мм. Максимальный
уровень сигнала при каче-
ственном склеивании при-
нят за единицу. В левой
части графика показан
разброс сигналов в зонах
с хорошим склеиванием.
Изделия с подложкой
из древесины мягких по-
род, фанеры, древесно-
стружечных плит можно
контролировать при тол-
щине обшивки из дюралю-
мина до 1 мм и слоистого
пластика 1,5—2 мм. По-
добно вибрационному ме-
тоду импедансный метод
не позволяет выявлять
дефекты, если нет зазора
между обшивкой и под-
ложкой.
Для контроля изделий
этим методом наша про-
0 5 10 15 20 25 30.
Диаметр детектор нм
Рис. 66. Относительная чувствительность импе-
дансного метода при обшивке из дюралюминия
толщиной 0,8 мм и подложках толщиной 10 мм
из стали 1, дюралюминия 2, фанеры 3, пено-
пласта 4.
мышленность выпускает
усовершенствованный прибор — ИАД-2.
Разработана экспериментальная установка ПИ-1 [12] для конт-
роля клеевых соединений изделий длиной около 800 мм, шириной
600—800 мм и с переменной толщиной от 5 до 200 мм, включающая
дефектоскоп ИАД-1 или ИАД-2, приставку-самописец ПСК-1В, пе-
ремещающее устройство и самописец. Датчик устанавливается
в специальной каретке и перемещается по изделию с определенным
шагом. Движение пера самописца согласуется с движением дат-
чика. Скорость перемещения датчика достигает 10 м!мин. На про-
верку всего изделия требуется около 10 мин.
229-;
Теневой ультразвуковой метод основан на получении
звуковой тени в местах нарушения сплошности материала.
Ультразвуковые колебания, посылаемые излучателем в мате-
риал изделия, улавливаются приемной головкой, усиливаются и
передаются на электроннолучевой индикатор, на котором появля-
ется изображение электрических колебаний. При наличии дефекта
ультразвуковые колебания отражаются от его границы, образуя за
ним звуковую тень. Этот метод позволяет определять размеры,
а иногда и конфигурацию дефектов, но не дает возможности судить
о глубине их залегания. Для проведения контроля необходим дву-
сторонний доступ к проверяемой конструкции.
Сплошные клеевые швы сравнительно неплохо проводят ультра-
звук. В то же время тончайшие воздушные прослойки в непроклеях
почти не пропускают ультразвуковые волны. Только при толщинах
менее 10~5 мм и частоте 5 Мгц воздушные прослойки начинают про-
пускать ультразвуковую энергию, причем коэффициент пропуска-
ния достигает 80% лишь при толщине 10-8 мм. На практике тол-
щина зазора обычно на несколько порядков больше и бывает от
сотых долей до нескольких миллиметров.
Прослойка воздуха между поверхностями искательных головок
и изделия, как и дефекты, не пропускают ультразвук, поэтому, что-
бы ввести и принять ультразвуковые волны, поверхности ввода по-
крывают какой-нибудь жидкостью. Для этого применяют воду, тех-
нические масла, нефть, любые другие жидкости, не вызывающие
коррозии и растворения искательных головок и контролируемых
изделий. На частотах ниже 70—100 кгц возможно введение и прием
ультразвука без контактной смазки.
В ЦНИИСК были исследованы возможности применения тене-
вого метода для контроля изделий из материалов, не боящихся
кратковременного увлажнения поверхностей, таких, как бакелизи-
рованная фанера, древесина, оклеенная с двух сторон алюминиевой
фольгой, и т. д.
Дефектоскоп включался для работы на две головки: одна соеди-
нялась с генератором прибора и была излучающей, другая (с усили-
телем) была приемной. Если склеивание качественное, ультразвук
частично проходит к пьезопластинке приемной головки, частично
отражается обратно. При значительном поглощении ультра-
звука в соединении на экране дефектоскопа виден пришедший
сигнал (рис. 67, а); при незначительном поглощении импульс мно-
гократно отражается от поверхностей элементов до полного зату-
хания. Если дефекты закрывают пьезопластинку приемной иска-
тельной головки, сигналы на экране прибора не появляются
(рис. 67,6). С левой стороны осциллограммы виден зондирующий
импульс, который просачивается в тракт усилителя дефектоскопа
за счет паразитных связей. Проведению контроля этот импульс не
мешает.
Этот метод позволяет выявлять непроклеи независимо от глу-
бины их расположения в клеевом шве. Размеры надежно выявляе-
230
мых дефектов при толщине элемента со стороны приемной головки
менее 1—2,5 см не превышают 0,5—3,5 см. При большей толщине
выявить дефекты трудно из-за уменьшения размеров тени.
Качество склеивания можно проверять специальными теневыми
дефектоскопами или универсальными импульсными, допускающими
работу теневым методом. Контроль качества теневым методом мо-
жет быть легко механизирован и автоматизирован.
Эхометод. Этот метод основан на явлении отражения ультра-
звука от границы изменения волновых акустических сопротивле-
ний сред.
Рис. 67. Осциллограммы при контроле теневым методом соединения
алюминия толщиной 1,5 лии — бакелизированная фанера толщиной
10 мм:
а — качественная склейка; б — ненроклей
В ЦНИИСК были проведены исследования возможностей конт-
роля эхометодом изделий с подложкой из материалов с большим
затуханием ультразвука (пенопластов, древесностружечных и дре-
весноволокнистых плит, древесины мягких пород — ели, сосны),
т. е. когда невозможно или трудно получить отраженный сигнал от
нижней поверхности. В таких соединениях часто встречаются рас-
слоения клеевого шва и места, где нет адгезии к облицовке или
к подложке. Качество склеивания определялось по интенсивности
принятых отраженных ультразвуковых волн. При качественной
склейке ультразвуковые волны частично отражаются от клеевого
шва, частично проходят в подложку; от непроклеев наблюдается
полное отражение волн. Опыты показали, что затухание ультра-
звука в клеевом шве велико и небольшое увеличение или уменьше-
ние толщины шва резко изменяет интенсивность пришедшего сиг-
нала. Таким образом, чтобы надежно выявлять дефекты, степень
перехода ультразвука в материал подложки при самом тонком кле-
евом шве должна быть больше, чем затухание его в самой толстой
клеевой пленке в наиболее неблагоприятном случае отсутствия ад-
гезии в подложке.
231
В изделиях с подложками из древесных материалов удается по-
добрать условие работы приборов, при которых выявляются места
с клеевой пленкой толщиной до 0,8-е-1,2 мм. В непроклеях толщина
клеевой пленки обычно менее 0,6 ч- 0,8 мм и, как правило, меньше
толщины клеевого шва.
Пример проверки качества склеивания соединения бумажного
слоистого пластика с древесностружечной плитой при помощи при-
бора ДУК-5 показан на рис. 68. Эхометодом можно выявлять места
отсутствия адгезии к металлической обшивке площадью более 1,5—
2 мм2.
Рис. 68. Контроль соединения: бумажный сло-
истый пластик — древесностружечная плита
эхометодом при помощи дефектоскопа ДУК-5
Проверка изделий эхометодом по количеству отраженных сигна-
-лов проще, чем теневым, так как не требуется двустороннего до-
ступа к изделию, но надежность контроля ниже. В случае наруше-
ния акустического контакта дефекты могут остаться невыявлен-
ными.
Применение контактной смазки при контроле эхометодом так
же важно, как и при теневом методе.
Ультразвуковой в е л о с и м м е т р и ч е с к и й метод
дефектоскопии основан на влиянии дефектов на скорость распрост-
ранения в изделии изгибных волн [105]. Этим методом эффективно
выявляются расслоения и зоны нарушения клеевых соединений в из-
делиях из слоистых пластиков и в многослойных конструкциях из
неметаллических материалов.
На поверхности изделия достаточно большого размера устанав-
ливают искательную головку, содержащую излучающий и прием-
ный вибраторы с фиксированным расстоянием между их осями. От
излучающего вибратора во все стороны распространяется упругая
232
изгибная волна. Скорость распространения этой волны зависит от
толщины слоя, в котором она распространяется.
Если изделие не содержит дефектов, то работает все его сече-
ние, и скорость распространения волны оказывается наибольшей.
При наличии в изделии расслоения (например, непроклеев) ско-
рость распространения волны в отделенном дефектом слое меньше,
чем на участке без дефекта. В результате меняется фаза волны
в точке приема колебаний, что и является основным признаком де-
фекта. Изменение фазы фиксируется электронной аппаратурой.
В большинстве случаев дефект вызывает также увеличение ам-
плитуды принятого приемным вибратором сигнала. Изменение
амплитуды волны, отмечаемое аппаратурой, служит дополнитель-
ным признаком дефекта. Этот метод положен в основу конструкции
дефектоскопа типа УВФД-1.
Методы оценки прочности склеивания. В клеевых швах наряду
с непроклеями часто встречаются и другие дефекты (пористость,
высокие внутренние напряжения, деструкция, неполное отвержде-
ние и т. д.), снижающие прочность соединений. Непроклеи можно<
рассматривать как соединения с нулевой прочностью.
Радикальное решение проблемы контроля — определение проч-
ности склеивания неразрушающими методами. В этом направлении
также ведутся интенсивные работы и достигнуты некоторые успехи.
Голландская фирма «Фоккер» для определения прочности склеи-
вания на сдвиг и отрыв выпускает приборы, которые работают по
резонансному методу [106]. Эти приборы дают возможность прове-
рить склеивание металлических и стеклопластиковых обшивок с дре-
весиной, сотами и т. д. Для определения прочности на отрыв в изде-
лие вводят продольные ультразвуковые волны, на сдвиг — сдвиго-
вые. Для определения прочности предварительно составляют
корреляционные кривые.
Фирма «Норт Америкен Авиэйшин» (США) для контроля проч-
ности склеивания металлической обшивки с сотопластом приме-
нила эходефектоскоп, работающий на волнах Лемба, и автоматиче-
скую ультразвуковую установку «Сонефакс» [107]. Прочность склеи-
вания оценивается по относительной амплитуде импульсов на
экране дефектоскопа. Нижняя нулевая отметка соответствует опти-
мальной прочности, верхняя — прочности, равной нулю. Промежу-
точные значения амплитуд соответствуют промежуточным значе-
ниям прочности. Места с сомнительной прочностью контролируют
повторно на установке «Сонефакс». Приборы градуируют по эта-
лонам, аналогичным контролируемым соединениям с определенной
прочностью склеивания.
В настоящее время нельзя указать методы контроля, которые
были бы универсальными для всех случаев склеивания и всех клеев.
В табл. 65 ориентировочно приведены методы контроля, которые
могут найти применение в различных областях деревообрабатываю-
щей промышленности. Разработка новых методов, усовершенство-
вание старых неизбежно будут вносить соответствующие изменения.
233
Таблица 65
Области применения в деревообрабатывающей промышленности
неразрушающих методов контроля качества склеивания **
Склеенные материалы Методы контроля
оошивка основание * х сз tn :Х X X о X X сь ю S ’Я S X X гз о С X о со <р X СР о съ
вид толщина, мм вид толщина, мм
Древесина (шпон, строганая фа- нера и т. д.) Фанера Алюминий Стеклопластик Бумажный слои- стый пластик Полимерные плен- ки, поливинил- хлоридные, по- лиамидные и т. д. Древесноволокни- стая плита 0,4—2 3—10 0,2—1,5 0,5—4 0,8—2,5 0,2—1 4 Древесина . . . Древесностружеч- ная плита Фанера Фанера . Фанера .... Древесноволокни- стая плита . Фанера .... Древесностружеч- ная плита . . Древесностружеч- ная плита . . Стеклопластик Решетка из стек- лопластика, дре- весноволокни- стой плиты и Т. д. Древесностружеч- ная плита . . Древесноволокни- стая плита Древесина Древесина . . . Древесностружеч- плита . Древесноволокни- стая плита 10—200 8—22 3—10 3—10 3—10 4—8 3—10 8—22 4—8 0,5—4 8—22 4—8 10—100 10—100 8—22 4—8 о** о о о в в о о о о м в в в в в о в в в в в в в в в в в в в в м м м В в в м в о о в о о в в о в м м м о м о о о м о м м в м м м о о м м о о о о о в в в в в о в в в в в м
* Для теневого метода требуется двусторонний доступ к контролируемому
изделию.
** Условные обозначения: В — применение метода возможно; О — примене-
ние метода ограничивается недостаточной чувствительностью или трудностью
приема и ввода ультразвуковых волн или другими техническими причинами;
М — применение метода невозможно.
234
ЛИТЕРАТУРА
1. Engineering Materials and Desing, N 9. 1962.
2. Wood and Wood Products, N 4, 1961.
3. Industrial Woodworking, N 10, 1961.
4. Adhesive Age, N 9, 1959.
5. Строительные материалы, изделия и оборудование, 1963, № 6.
6. Holz Zentralblatt, N 131—132, 1962.
7. Adhesive Age, N 1, 1959.
8. Путь и путевое хозяйство, 1962, № 8.
9. Строительные материалы, изделия и оборудование, 1962, № 6.
10. Timber and Phy wood, N 3, 1962.
11. Drevo, N 3, 1963.
12. К a p д а ш о в Д. А. Синтетические клеи, Химия, 1964.
13. Проспект фирмы Цибы. Искусственные смолы, 1965.
14. Строительные материалы, изделия и оборудование, 1963, № 5.
15. Строительные материалы, изделия и оборудование, 1963, № 2.
16. Синтетические высокополимерные материалы. Экспресс-информация,
ВИНИТИ, 1959, № 18.
17. Holzindustrie, 1965, N 4.
18. Зарубежная техника. ЦНИИТЭИ леспрома, 1963, № 7.
19. Forest Products Journal. 1961, N 4.
20. Труды конференции по применению пластмасс в строительных кон-
струкциях. Лондон. 1965.
21. Строительные материалы, изделия и оборудование, 1962, № 8.
22. Canadian Builder, 1961, N 8.
23. Wood and Wood Products, 1959, N 2.
24. Aluminium, 1964, N 2.
25. Wood, 1962, Nil.
26. Жилищное строительство, 1963, № 2.
27. МОД ЦНИИТЭИлеспрома, 1965, № 24.
28. VDI Juni, 1962, N 16.
29. Civil Engineering and Public Work review, 1965, N 705.
30. Proceeding ASSE I. Structural Division t. 91, — STI, 1965.
31. Hoch und Tiefbau, 1965, N 22.
32. Линия для склеивания слоистых строительных конструкций. Drevo>
(ЧССР), 1965, № 6, МОД ЦНИИТЭИлеспрома, 1965, № 25.
33. Губенко А. Б. Клееные конструкции в строительстве и инженерном
деле. Докторская диссертация, 1949.
34. Экспресс-информация. Строительные материалы, 1963, № 6.
35. Holztechnik, 1962, N 10.
36. Drevo, 1963, N 8.
37. Строительные материалы, изделия и оборудование, 1962, № 8.
38. Строительные материалы, изделия и оборудование, 1963, № 2, 6.
39. Строительные материалы, изделия и оборудование, 1963, № 2.
40. На стройках России, 1961, № 4.
41. Holz—Forschung, 1962, N 5.
42. Изготовление строительных конструкций на основе пластмасс. Изда-
тельство литературы по строительству, 1967.
43. МОД ЦНИИТЭИлеспрома, 1964, № 31.
44. П е р е л ы г и н Л. М. Древесиноведение и лесное товароведение. М.—Л.,
Гослесбумиздат, 1954.
235
45. Р о м а н о в Н. Т. Технология древесных пластиков и плит. Лесная
промышленность, 1966.
46. Строительные материалы, изделия и оборудование, 1965, № 11.
47. Wood, 1965, N 4.
48. Новое в производстве материалов на основе древесины и синтетических
смол. Стройиздат УССР, Киев, 1963.
49. Л а б к о в с к и й С. С. Отделка стружечных плит ПВХ пленками.
ЦНИИТЭИлеспрома, 1963.
50. Кауфман Б. Н. и др. Строительные поропласты, Стройиздат, 1965.
51. Иванов Л. М. и др. Применение пластмасс в строительных конструк-
циях и частях зданий. Стройиздат, 1965.
52. Воробьев В. А. Производство и применение пластмасс в строитель-
стве, Стройиздат, 1965.
53. Указания по склеиванию строительных конструкций с применением
пластмасс, Стройиздат, 1965.
54. Михалев И. И. Технология склеивания металлов. Машиностроение,
1965.
55. Производство и переработка пластмасс, синтетических смол и стеклян-
ных волокон. Технико-экономическая информация, 1965, № 4.
56. Темкина Р. 3. Повышение водостойкости и жизнеспособности кар-
бамидных смол. Материалы семинара работников фанерной промышленности,
1961.
57. П о т и е в с к а я С. А., Мещанская Н. К. Карбамидные смолы
с применением фурфурола и его производных, Киев, 1963.
58. Темкина Р. 3. Технология синтетических смол и клеев. Лесная про-
мышленность, 1966.
59. Holz als Roh—und Werkstoff, 1961, N 6.
60. Drevo, 1958, N 9.
61. Производство и переработка синтетических смол и стеклянных воло-
кон. Технико-экономическая информация, 1964, № 8.
62. Деревообрабатывающая промышленность, 1963, № 11.
63. Деревообрабатывающая промышленность, 1963, № 1.
64. МОД ЦНИИТЭИлеспрома, 1964, № 20.
65. Неметаллические материалы, часть I, ОНТИ ЭНИМС, 1960.
66. Holz als Roh- und Werkstoff, 1962, N 5.
67. МОД ЦНИИТЭИлеспрома, 1964, № 30.
68. Фрейдия А. С. Влияние способа подготовки поверхности алюминия
на прочность его склеивания с различными материалами. Пластические массы,
1961, № 11.
69. Каучук и резина, 1961, № 4.
70. Синтетические высокополимерные материалы. Экспресс-информация
ВИНИТИ, 1959, № 44.
71. Industrial Research, 1962, N 9, N 4.
72. Технология изготовления клееных панелей из пластмасс, алюминия, ас-
бестоцемента и бетона. Сборник, Госстройиздат, 1963.
73. Furniture Manufacturer, 1961, N 2.
74. Revue de I’arneublement, 1960, N 7.
75. Fernitur and woodworking, 1960, N 9.
76. Бумажная и деревообрабатывающая промышленность, 1963, № 4.
77. Holz als Roh- und Werkstoff, 1962, N 5.
78. Holztechnik, 1962, N 9.
79. Board, 1963, N 5.
80. Holz als Roh- und Werkstoff, 1963, N 2.
81. Holztechnik, 1960, N 6.
82. Holz—Zentralblatt, 1963, № 91.
83. Деревообрабатывающая промышленность, 1962, № 12.
84. Ковальчук Л. М., Нету ши л Н. Е., Чистяков А. М. О раз-
борной прочности при склеивании. Пластические массы, 1966, № 4.
85. Хрулев В. М. Синтетические клеи в железнодорожной технике.
Транспорт, 1965.
236
86. Деревообрабатывающая промышленность, 1961, № 2.
87. Adhesive and resinc, 1960, N 9, 10.
88. Canadian Wood Products Industries, 1963, N 4.
89. Деревообрабатывающая промышленность, 1962, № 12.
90. Клеи и технология приклеивания пластиков в производстве мебели. Де-
ревообработка, ЦНИИТЭИлеспрома, 1962, № 76.
91. Деревообрабатывающая промышленность, 1965, № 11.
92. Деревообрабатывающая промышленность, 1962, № 4.
93. Ковальчук Л. М. Склеивание древесины в поле потоков высокой
частоты, Гослесбумиздат, 1960.
94. Н е т у ш и л А. В. и др. Высокочастотный нагрев диэлектриков и полу-
проводников. Госэнергоиздат, 1959.
95. Прочный на сжатие формовой материал и способ его изготовления. Па-
тент № 3700229, 1963. Швейцария.
96. Kunststoffe, 1965, N 3.
97. Л а ща в е р М. С. Пути уменьшения коробления ДВП, облицованных
бумагой. Мебель, реферативная информация ЦНИИТЭИлеспрома, 1966, № 3,
стр. 9.
98. Деревообрабатывающая промышленность, 1962, № 9.
99. Canadian Woodworker, 1959, N 1.
100. Kunststoffe, 1959, N 2.
101. Деревообрабатывающая промышленность, 1964, № 8.
102. Патуроев В. В. Испытания клеев и клеевых соединений
ЦНИИТЭИлеспрома, 1966.
103. Парили Е. П. Исследование и расчет основных технологических па-
раметров высокочастотного склеивания строительных деталей и конструкций из
древесины и пластмасс. Кандидатская диссертация, 1966.
104. Woodworking Digest, 1955, N 3.
105. Ланге Ю. В. Некоторые характеристики акустического импедансного
метода дефектоскопии. Заводская лаборатория, 1960, № 7.
106. Aircraft Production, 1960, N 2.
107. ASTM Special Technical Publication, 1959, N 278.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение 3
Глава 1. Опыт изготовления и применения клееных изделий из раз-
нородных материалов . . 6
1. Использование клеев для соединения древесных материалов
с пластмассами и металлами в зарубежной практике 6
2. Клееные многослойные щиты и панели............................. 14
3. Склеивание древесины с металлами в несущих конструкциях ... 28
4. Защита и упрочнение древесных материалов пластмассами и ме-
таллами . . 35
Глава II. Особенности склеивания разнородных материалов и их
свойства . . . 40
1. Особенности склеивания разнородных материалов 40
2. Материалы и их свойства . . 51
Глава III. Клеи для соединения древесных материалов с пластмассами
и металлами 62
1. Основные виды клеев и их состав 63
2. Технологические свойства клеев 83
Глава IV. Основные операции технологического процесса изготовления
клееных изделий из разнородных материалов . 93
1. Раскрой и подготовка поверхности материалов 94
2. Приготовление клеев . 103
3. Нанесение клеев . . . 109
4. Запрессовка и склеивание...................................... 122
5. Техника безопасности при склеивании 134
Глава V. Склеивание с контактным нагревом 137
1. Режимы склеивания............................................. 137
2. Склеивание металлов с древесными материалами . 144
3. Склеивание пластмасс с древесными материалами 153
4. Склеивание каучуковыми клеями . 161
Глава VI. Склеивание с высокочастотным нагревом 177
1. Принцип нагрева и основные расчетные положения процесса
склеивания............................................. . 177
2. Оборудование для высокочастотного нагрева..................... 182
3. Склеивание различных материалов с применением высокочастотного
нагрева........................................................... 183
Склеивание древесных материалов с пенопластами.............. 183
Склеивание древесных материалов со стеклопластиком и бумаж-
ным слоистым пластиком ........................................ 188
4. Вспенивание пенопласта с одновременным приклеиванием его
к древесным материалам . 191
238
Глава VII. Приклеивание пластмассовых и металлических пленок
к древесным материалам............................................ 198
1. Формование на древесных материалах бумажных смоляных покры-
тий ........................................................... 198
2. Нанесение на доевесные материалы стеклопластиковых покрытий 202
3. Приклеивание к древесным материалам поливинилхлоридных
пленок......................................................... 206
4. Приклеивание алюминиевой фольги к древесным материалам 209
Глава VIII. Контролирование клеев и клеевых соединений 212
1. Испытание клеев и их компонентов 212
2. Испытание клеевых соединений . ...... 219
3. Неразрушающий контроль качества склеивания 224
Литература 235
Леонид Михайлович Ковальчук
СКЛЕИВАНИЕ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
С ПЛАСТМАССАМИ И МЕТАЛЛАМИ
Редактор В. В. Патуроев
Редактор издательства И. Д. Лебедева
Технический редактор В. П. Колпаков
Корректор А. В. Королева
Переплет художника И. А. Тарасова
Т-03843 Сдано в производство 2/XI 1967 г. Подписано к печати
20/11 1968 г. Бумага 60X90’/i6. типогр. № 1. Печ. л. 15+1 вкл.=0,25
Уч.-изд. л. 15,66 Тираж 7500 экз. Издат. № 293/66 Цена 93 коп.
Зак. 690
Тематический план 1968 г. № 39
Издательство «Лесная промышленность»,
Москва, Центр, ул. Кирова, 40а
Ленинградская типография № 8 Главполиграфпрома
Комитета по печати при Совете Министров СССР
Ленинград, Прачечный пер., 6