УДК 674.093.26

СТРУКТУРа клеевых СЛОЕВ и качество склеивания лиственничного шпона

 

THE STRUCTURE OF THE ADHESIVE LAYERS
AND THE ADHESION
QUALITY OF LARCH VENEER

 

Исаев С.П. (Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, РФ)

Isaev S.P. (Pacific National University, Khabarovsk, Russia)

 

Показано влияние зон годичного слоя древесины на формирование клеевого слоя и качество склеивания шпона из лиственницы.

It shows the influence zones of the annual ring of wood on the formation of the adhesive layer and the bonding quality of veneer from larch.

 

Ключевые слова: шпон, трахеида, годичный слой, поздняя и ранняя древесина, клей

Key words: veneer, a tracheid, an annual ring, latewood and earlywood, glue

 

В настоящее время прочность склеивания шпона при производстве фанеры не является определяющей. Оценка качества клеевого соединения осуществляется в совокупности с процентом разрушения древесины, следовательно, предел прочности в зоне клеевого слоя во многом определяется прочностью древесины шпона, которая зависит от качества его изготовления. При этом согласно приказу Росстандарта от 01.12.2011 № 688-ст на территории Российской Федерации с 01.05.2012 введены в действие изменения в ГОСТ 3916.2-96 "Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона хвойных пород. Технические условия", согласно которым предел прочности при скалывании по клеевому слою не зависит от марки фанеры, а его значения должны соответствовать требованиям, приведенным в табл. 1.

 

Таблица 1 – Среднее значение предела прочности при скалывании по клеевому слою

Значение показателя, МПа

Разрушение по древесине, %

Свыше 0,2 до 0,4 вкл.

Свыше или равно 80

Свыше 0,4 до 0,6 вкл.

Свыше или равно 60

Свыше 0,6, но менее 1,0

Свыше или равно 40

1,0 и более

-

Примечания: Процент разрушения по древесине определяют визуально.

Многочисленные исследования показали, что процесс создания клеевого слоя не заканчивается на этапе подпрессовки пакетов шпона перед склеиванием, а окончательное распределение адгезива между склеиваемыми поверхностями и формирование клеевого соединения, обеспечивающего прочностные характеристики материала, происходит при пьезотермической обработке пакетов и зависит от параметров режима склеивания. При этом прочность клеевого соединения будет зависеть также от условий эксплуатации фанеры.

Предварительные эксперименты позволили установить, что для получения прочного клеевого соединения лиственничного шпона при испытании на скалывание после кипячения желательно использовать клей повышенной вязкости.

В экспериментах использовали смолу марки СФЖ-3013 с условной вязкостью 80 и 160 с по В3-246. Склеивание осуществляли по общепринятым режимам [1], с расходом связующего 125 г/м2. После кондиционирования полученной фанеры в течение трех суток в комнатных условиях проводили испытания образцов фанеры на скалывание по клеевому слою. Результаты испытаний представлены в табл.2

Часть образцов испытывали после кипячения в течение часа, вторую половину - в сухом виде.

 

Таблица 2 – Показатели качества склеивания шпона

 

Условия
испытания

Условная вязкость смолы (клея), с

Статистические характеристики

n,

шт.

,
МПа

S,
МПа

v,
%

t,
p = 0,95

,

МПа

После
кипячения в
течение часа

80

38

0,90

0,16

17,4

1,697

0,044

160

35

1,00

0,14

14,0

1,697

0,040

В сухом
виде

80

40

2,38

0,25

10,5

1,697

0,067

160

41

2,41

0,28

11,6

1,697

0,074

 

Результаты испытаний показали, что влияние вязкости клея на прочность при скалывании образцов фанеры по клеевому слою больше проявляется после кипячения в течение одного часа. Прочность склеивания шпона с использованием смолы вязкостью 160 с выше по сравнению с аналогичным показателем при вязкости 80 с на 8 %, тогда как при испытании в сухом виде разница в прочности незначительна и составляет 1,2 %. Между тем, необходимо отметить, что при испытании после кипячения коэффициент вариации v выше, чем при испытании в сухом виде. Это указывает на возможное различие в структуре клеевых слоев, причем с уменьшением вязкости коэффициент вариации v увеличивается. Объяснить это можно следующим. Менее вязкий адгезив, проникая в древесину, образует между склеиваемыми поверхностями прерывистый клеевой слой. Последний является причиной снижения прочности и рассеиванием значений показателя. Для подтверждения данного вывода были проведаны исследования, направленные на изучение характера распределения клея в клеевом слое в зависимости от вязкости адгезива.

Образцы, оставшихся после испытания в сухом виде, подвергали исследованию на микроскопе при увеличении в 440 раз.

В результате исследования методом оптической микроскопии установлено следующее.

1. Клей (смола) вязкостью 80 с проникает в древесину лиственничного шпона на различную глубину в зависимости от зон годичного слоя. Так, глубина проникновения в раннюю зону древесины в среднем составляет 0,14 мм, а в позднею - 0,08 мм. Наблюдались отдельные локальные скопления клея в трахеидах ранней зоны на расстоянии 0,32 мм от поверхности шпона, вблизи сердцевинных лучей, что указывает на способность последних проводить клей, тем самым обедняя зону склеивания. Ранние трахеиды в зоне клеевого слоя сильно деформированы.

2. Глубина проникновения клея вязкостью 160 с изменяется в пределах 0,08…0,11 мм в зависимости от зоны годичного слоя.

    Отдельных скоплений клея не наблюдалось. Деформация клеток древесины, пропитанных клеем, незначительна.

3. Прерывистого клеевого слоя по длине трасс исследования для обоих случаев не обнаружено.

Таким образом, было установлено, что увеличение глубины проникновения клея в древесину не может повысить прочность при скалывании образцов лиственничной фанеры после кипячения (в переменных термо-влажностных условиях) при ограниченном расходе клея. Снижение же прочности склеивания шпона объясняется напряжениями, возникающими от разбухания древесины в процессе кипячения.

Рост остаточных напряжений сдерживается слоем импрегнированной древесины, т.е. зона годичного слоя ранней древесины, пропитанная клеем на большую глубину, чем поздней, имеет меньшую способность к разбуханию. Нестабильность в глубине проникновения клея в зависимости от зоны годичного сдоя приводит к росту напряжений, снижающих прочность склеивания.

 Для определения коэффициента разбухания импрегнированной древесины лиственницы были проведены следующие опыты.

Шпон толщиной 1,5 мм нагревали, а затем погружали в клеевой раствор для пропитки. После этого формировали пакет, в котором между листами пропитанного шпона помещали антиадгезионную пленку, а затем сформированный пакет загружали в пресс. После отверждения клея модифицированные листы шпона кондиционировали, изготавливали образцы размером 100 х 100 мм. Полученные образцы кипятили в воде в течение одного часа, после чего измеряли деформации разбухания в тангенциальном направлении и вдоль волокон. Экспериментальные данные приведены в табл. 3. Влажность исследуемых образцов до кипячения составляла 8 %, после – 32%.

 

Таблица 3 - Относительная деформация разбухания модифицированной лиственничной древесины

Структурное
направление
древесины

Статистические характеристики

n,

шт

,
ед.

S,
ед.

v,
%

t,
p = 0,95

,

ед.

Тангентальное

75

0,90

0,16

17,4

1,697

0,044

Вдоль волокон

70

1,00

0,14

14,0

1,697

0,040

На основании экспериментальных данных рассчитывали коэффициенты разбухания модифицированного слоя после кипячении по формуле [2]:

  ,                                                      (1)

где - величина различия между значениями влажностей образца до кипячения и после.

В результате вычислений получили, что в тангенциальном направлении = 0,0017 ед./%, а коэффициент разбухания древесины лиственницы, модифицированной фенолформальдегидной смолой, вдоль волокон – = 0,0013 ед./%.

Полученные результаты позволили установить, что разница в значениях коэффициентов разбухания древесины, пропитанной клеем в тангенциальном направлении и воль волокон незначительна, хотя и имеет место. Это еще раз подтверждает вывод о том, что прочность при испытании после кипячения снижается за счет напряжений от разбухания поздней зоны, которая в клеевом соединении пропитывается на меньшую глубину.

 Несколько большая прочность склеивания шпона при использовании клея повышенной вязкости объясняется меньшей разницей в глубине его проникновения по зонам годичного слоя, что обеспечивает равномерное распределение возникающих напряжений по площади склеивания. Увеличение же глубины проникновения клея низкой вязкости в позднею зону древесины приводит к перепаду значений напряжений и снижает прочность склеивания.

 

Список использованных источников

1.      Справочник по производству фанеры [Текст] / Под ред. Качалина Н.В./ М.: Лесная промышленность, 1984. 432 с.

2.      Уголев, Б.Н. Деформативность древесины и напряжения при сушке [Текст] / Б.Н. Уголев.  М.: Лесная промышленность, 1971.  173 с.