Особенности применения клеевых композиций при изготовлении деревянных дверных блоков

УДК 674.04

В результате научно-исследовательской работы был произведен подбор клеевых рецептур на основе поливинилацетатной диспер­сии и карбамидоформальдегидного клея, определена степень водостойкости полученных клеевых композиций и твердость. Разработана методика по определению прочности склеивания стеклянных филенок с рамкой из древесных материалов и определены прочностные показатели.

As a result of the research work was carried out the selection of adhesive formulations based on polyvinyl acetate dispersions and urea- formaldehyde glue, the degree of water resistance obtained adhesive compositions and hardness. A technique to determine the bond strength of glass panels with a wood frame and determined strength properties.

Введение. В настоящее время для изго­товления дверных блоков используются раз­нообразные конструкционные материалы: древесина и древесные материалы, поливи­нилхлорид, различные металлы, стекло.

По данным национального статистиче­ского комитета РБ в 2010 г. было изготовлено 2142640,7 м* 1 2 дверных блоков из древесины и древесных материалов и порядка 239418 м2 дверных блоков из поливинилхлорида. Как по­казывают эти данные, потребитель выбирает дверные блоки в большей степени из натураль­ных материалов, что особенно будет характер­но для межкомнатных дверей.

При анализе новых конструкций межком­натных дверей обращает на себя внимание использование при их изготовлении комбина­ции таких материалов, как древесина и стекло. Конструкция подобной двери представлена на рис. 1.

В процессе производства такой двери важным технологическим подходом является правильный выбор клеевой композиции для крепления стекла к стоевым брускам дверно­го полотна, соединение осуществляется в паз

]]> ]]>

Рис. 1. Деревянная дверь со стеклянной филенкой

на клею. Правильность выбора клея будет являться критерием безопасности эксплуатации такой дверной конструкции. В связи с этим актуальным становится вопрос по выбору клеевой композиции.

Дверные блоки, изготавливаемые из массивной древесины, в целях обеспечения формоустойчивости полотна, повышения прочности и долговечности их делают клееными как по длине (путем сращивания), так и по ширине.

Качество клееных деревянных конструкций во многом будут определяться применяемым клеем. Про­изводители дверных блоков стремятся использовать клей по группе водостойкости соответствующие со­гласно DIN EN 204 D3 [1]. В основным для этих целей используются клеи на основе поливинилацетных дис­персий и карбамидоформальдегидные.

Как показывает практика многие поливиниаце- татные клеи, не удовлетворяют заявленным показате­лям по группе водостойкости D3. В большей степени данной группе будут соответствовать карбамидофор- мальдегидные клеи. Но в производственных условиях было отмечено, что при обработке клееных деревян­ных элементов наблюдается повышенный износ ре­жущего инструмента, что будет связано с более вы­сокими физико-механическими свойствами (модуль упругости, твердость) клеевых прослоек и соответственно жесткостью и хрупкостью, по сравнению с более эластичны­ми клеевыми соединениями на основе поливинилацетатных дисперсий.

В связи с этим актуальность снижение жесткости карба- мидоформальдегидных клеевых соединений с целью повыше­ния ресурса твердосплавных напаек дереворежущего инстру­мента с сохранений уровня водостойкости D3.

Основная часть. Для опре­деления прочности склеивания стеклянных (триплекс) филенок с рамкой из древесных материалов было подготовлено 3 партии об­разцов. В каждой партии у части образцов рамка была изготовле­на из древесины сосны, а вторая часть из древесноволокнистой плиты высокой плотности. Для 1-ой партии образцов склеивание стеклянной филенки с рамкой производилась полиуретановым клеем иностранного производ­ства, во 2-ой партии - гермети­ком иностранного производства; в 3-ей партии - клеем-гермети­ком иностранного производства.

Стандартизированной мето­дики по определению прочности склеивания стеклянной филенки с деревянной рамкой нет. В свя­зи с чем, была разработана схема испытания и подготовлены соот­ветствующие образцы, представ­ленные на рис. 2.

Испытания проводились на разрывной машине РМ-0,5 со скоростью нагружения 10 мм/ мин.

Испытание проводилось до разрушения образца (отрыва филенки) и определялась разрушающая нагрузка P, Н, и ха­рактер разрушения.

Прочность склеивания МПа определялось по формуле:

]]>]]>, где Sот - площадь склеивания, м2;

Результаты испытаний представлены в табл. 1. Таблица 1

Прочности склеивания древесных материалов со стеклянными филенками

Номер партии образцов

Прочность склеивания, МПа в зависимости от материала рамки

Древесина

сосны

Древесноволокнистая плита высокой плотности

1

0,457

0,362

2

0,221

0,177

3

0,338

0,378

Одним из вариантов повышения эластичности клеевых прослоек на основе карбамидоформальдегидных клеев яв­ляется введение в них поливинилацетатных клеев. Исходя из этого, в исследованиях использовались карбамидоформальде- гидный клей, который применяется на производстве и с добав­лением в него поливинилацетатной дисперсии соответствую­щей по техническим характеристикам группе водостойкости D3. Данные клеи были одного иностранного производителя.

Для проведения исследований было сформировано 5 пар­тий образцов. Для первой партии образцы склеивались «чи­стым» КФ клеем; для второй партии - «чистым» ПВА клеем; для третьей партии - КФ клеем с добавлением 10 % ПВА; для четвертой партии - КФ клеем с добавлением 18 % ПВА; для пятой партии - КФ клеем с добавлением 25 % ПВА.

 

]]> ]]>

Рис. 2. Образец для проведения испытаний 1 - деревянное основание; 2 - стекло; 3 - захватывающее приспособление

Образцы изготавливались из древесины бука с плотно­стью 700±100 кг/м3 и влажностью 12 %. Волокна древесины располагались вдоль плоскости склеивания (по направлению растяжения при испытании), а годичные слои - под углом 30-90° к плоскости склеивания. Для получения образцов бу­ковые пиломатериалы распиливались на планки шириной 20 мм и толщиной 6 мм. После чего они калибровались и шли­фовались до толщины 5 мм. Затем полученные планки рас­краивались на образцы длиной 150 мм. Образцы получали ме­тодом склеивания по пластям двух пластинок длиной 150 мм, шириной 20 мм и толщиной 5 мм. Склеивание образцов про­водилось по следующим режимам:

• одностороннее нанесение с расходом 200 г/м2;
• 5 минут открытой выдержки;
• 5 минут закрытой выдержки;
• давление 1 МПа в течение 1 часа для поливинилацетат­ной дисперсии и 1 МПа в течение 5 часов для карбамидофор- мальдегидных композиций.

После склеивания, чтобы определить группу водостойко­сти полученных композиций, образцы испытывались в соот­ветствии с DIN EN 205 в три этапа (перед испытаниями на образцах производились поперечные запилы шириной 2 мм на расстоянии 10 мм):

1 этап: определялась прочность склеивания части образ­цов после 7 дней выдержки при температуре 20оС и влажно­сти 65±5%;

2 этап: определялась прочность склеивания части образ­цов после 7 дней выдержки при температуре 20оС и влажно­сти 65±5% с последующей выдержкой в воде в течение 4 дней;

3  этап: определялась прочность склеивания части образ­цов после 7 дней выдержки при температуре 20 оС и влаж­ности 65±5 % с последующей выдержкой в воде в течение 4 дней и затем 7 дневной выдержкой при температуре 20 оС и влажности 65±5 %.

Схема определение прочности на скалывание образцов представлена рис. 3 [2] и осуществлялась на разрывной маши­не РМ-0,5 с использованием специального приспособления.

Скорость нагружения составляла 50 мм/мин.

]]> ]]>

Рис. 3. Схема испытаний образцов на скалывание 1 - образец для испытаний; 2 - приспособление

Прочность клеевого соединения, P, МПа, определялась по

формуле: ]]>]]>

где Fmax - усилие, при котором происходит разрушение образца, Н; А - площадь скалывания, мм2.

Для определение изменения жесткости клеевых соеди­нений, были подготовлены образцы из древесины бука с на­несенными с одной стороны клеевыми композициями с ана­логичным расходом и характер жесткости определялся по микротвердости клеевых прослоек.

Микротвердость клеевых соединений определялась с помо­щью микротвердомера марки 402 MVD, суть применения кото­рого заключается в измерении отпечатка алмазной четырехгран­ной пирамидки при вдавливании в покрытие поверхности.

Количественно микротвердость (HV) определялось со­гласно формулы:

]]> ]]>

где HV - значение твердости по Виккерсу; F - испыта­тельная сила, Н; D - средняя длина диагонали отпечатка, мм.

В результате проведенных исследований по определению микротвердости и прочности при определении водостойкости клеевых соединений были получены данные, представленные в таблице 2.

Таблица 2. Средние показатели прочности на скалывание клеевых соединений и их микротвердости

№ партии образцов

 

Прочность клеевых соединений, МПА

Микро-

Вид клеевой композиции

После 7 дней выдержки

7 дней (сухой) 4 дня (вода)

7 дней (сухой) 4 дня (вода) 7 дней (сухой)

твердость, МПа

1

КФ

7,3

7,36

6,21

495,8

2

ПВА

7,97

1,61

6,62

-

3

КФ+10%ПВА

9,0

4,48

6,47

423,7

4

КФ+18% ПВА

8,86

5,94

6,51

395,9

5

КФ+25% ПВА

12,14

6,08

7,24

362,3

Заключение. Анализ данных прочности склеивания сте­клянных филенок с рамками из древесных материалов пока­зывает, что наиболее высокие показатели у образцов, скле­енных полиуретановым клеем (0,362-0,457 МПа), примерно на таком же уровне по прочности образцы, склеенные клеем- герметиком (0,338-0,378 МПа). При этом следует отметить, что разрушение происходило на границе клей-стекло. Учи­тывая, что деревянные элементы в процессе эксплуатации будут изменять свою влажность и изменять свои линейные размеры, можно рекомендовать к производственному приме­нению клей-герметик (партия №3), так полиуретановый клей образует более жесткое соединение, но несколько выше его стоимость.

При анализе полученных результатов вытекает, что вве­дение поливинилацетатной дисперсии в карбамидоформаль- дегидный клей способствует росту прочности клеевого соеди­нения. Так после выдержки в комнатных условиях в течение 7 суток наиболее высокие показатели прочности наблюдались в клеевой композиции с 25% добавкой поливинилацетатной дисперсии и было выше минимального требуемого значения 10 МПа. При испытаниях образцов выдержанных в воде, са­мый низкий результат наблюдался у образцов 2 партии скле­енных поливинилацетатной дисперсии (1,61 МПа) при мини­мальном 2 МПа, что подтверждает не соответствие данного типа клея заявленной группе водостойкости. Наиболее высо­кий результат был достигнут образцами из 1-ой партии, что соответствует карбамидоформальдегидному клею, затем до­статочно высокие показатели у образцов, склеенных клеевой композицией с 25% добавкой поливинилацетатной диспер­сии. Согласно требований [1], из всех клеевых композиций к группе D3 по водостойкости можно отнести клеевой состав на основе карбамидоформальдегидного клея с введением 25% поливинилацетатной дисперсии.

Анализ данных же по микротвердости клеевых соедине­ний показывает, что введение клея поливинилацетатной дис­персии (25 %) в карбамидоформальдегидный клей работает на снижение данного показателя в 1,4 раза по сравнению с чистым составом. Исходя из полученных данных, можно ре­комендовать к использованию в производственных условиях клеевую композицию на основе карбамидоформальдегидного клея с введением 25 % поливинилацетатной дисперсии при сохранении необходимого уровня водостойкости.

Литература

1.   Классификация термопластичных клеев для древесины для применения не в производстве конструкционного силового бруса: DINEN204-2001. -Введ. 01.05.2001. -CEN, 2001. -5 с.

2.   Клеи неконструкционные для дерева. Определение прочно­сти склеивания продольных склеек испытанием на разрыв: DINEN205-2003. - Введ. 21.11.2002. - CEN, 2003. - 10 с.

Поступила в редакцию 21.02.2013