Конструкционные клеи. Основные требования к технологии склеивания
В руководствах [29, 30] и указаниях [7, 12] приведены различные способы и режимы склеивания заготовок с использованием соответствующего оборудования.
В данном пособии освещены лишь основные требования, предъявляемые к технологии изготовления несущих клееных деревянных конструкций постоянных сооружений.
Необходимо чтобы:
1) применяемый для склеивания конструкционной древесины смоляной клей после твердения (полимеризации или поликонденсации) обеспечивал прочность клеевого шва, превышающую прочность сухой древесины на скалывание вдоль волокон и на растяжение (раскалывание) поперек волокон [это требование относится не только к прочности связи между частицами затвердевшего вещества клея (когезионная связь), но и к прочности прилипания затвердевшего клея к склеиваемым поверхностям (адгезионная связь).];
2) клеевой шов был абсолютно водостоек и биостоек;
3) теплостойкость шва была не ниже теплостойкости склеиваемой древесины;
4) долговечность службы клеевого шва соответствовала бы сроку службы конструкции в заданных условиях.
Составы и марки конструкционных клеев продолжают совершенствоваться. В настоящее время требованиям прочности, водостойкости, биостойкости, теплостойкости и долговечности наиболее полно отвечают феноло-резорциновый клей типа ФР-12 и феноло-формальдегидный клей типа КБ-3 *.
Основные виды конструкционных клеев, и в том числе феноло-формальдегидные, феноло-резорциновые, мочевино-формальдегидные и меламино-формальдегидные, относятся к термореактивным смолам. В отличие от термопластичных смол они необратимо переходят из вязко-текучего в неплавкое твердое состояние в результате химических процессов под действием катализаторов (отвердителей) или нагрева. Твердение этих смоляных клеев с образованием высокомолекулярных соединений происходит в результате поликонденсации, сопровождающейся отщеплением побочных продуктов (воды и др.). В технологии склеивания необходимо предусмотреть удаление этих побочных продуктов. В процессе склеивания чистых досок происходит главным образом впитывание побочных продуктов самой древесиной, прилегающей к клеевому шву.
В поточном производстве клееных элементов целесообразно обеспечивать сочетание химических, тепловых и временных факторов формирования прочного клеевого шва.
Назначая режим склеивания [7, 12, 29, 30, 33], не следует исходить из резкого разделения на либо «холодное» отверждение, достигаемое введением концентрированных химических отвердителей, либо «горячее» отверждение с использованием только активного высокотемпературного прогрева.
Введение избыточного количества контакта Петрова (для клея КБ-3) или других химических отвердителей, содержащих свободные кислоты, может со временем привести к ослаблению древесины, прилегающей к клеевому шву. Кроме того, при избыточной концентрации химического отвердителя трудно своевременно, до начала схватывания клея, завершить операции по нанесению клея на большое число склеиваемых поверхностей многослойных пакетов досок и по окончательному обжатию их под прессом.
С другой стороны, трудно обойтись вовсе без химических отвердителей, поскольку контактный высокотемпературный прогрев массивных деталей из древесины — материала малой теплопроводности — при отсутствии химических отвердителей длится долго и сопровождается опасными деформациями коробления еще до завершения процесса схватывания клея.
Оптимальное соответствие требованиям поточного производства обеспечивается непосредственным нагревом клеевого шва токами высокой частоты (ТВЧ). В склеиваемом изделии, помещенном в электрическом поле высокой частоты, избирательно нагревается именно зона клеевого шва. При этом теплота не подводится снаружи, а генерируется непосредственно в клеевом шве, на всем протяжении его. Нагрев и отверждение клеевого соединения завершаются в кратчайшие сроки — от нескольких секунд до нескольких минут даже при пониженной активности химического отвердителя.
Применение ТВЧ отвечает основному направлению прогрессивного развития индустриального производства клееных деревянных конструкций. Оно ведет к увеличению выпуска серийной продукции, к конвейерной системе поточного производства, способствует повышению производительности труда.
* Освоению каждого нового вида клея в дальнейшем будет сопутствовать систематическое испытание его согласно «Инструкции» [33].
Резорциновые клеи нетоксичны в производстве; они обеспечивают повышенную теплостойкость клеевого шва.