Естественно, что бывшим экономистам или химикам, текстильщикам или математикам порой не хватает фундаментальных знаний, когда дело касается, скажем, технологии механической обработки древесины или её . Как клеить древесину

Многие из тех, кто нынче занимается изготовлением окон и дверей, некогда получили базовое образование по далёким от этой области специальностям. Украинцам, пережившим общегосударственную перестройку, пришлось ещё и основательно перестраивать собственную жизнь, в том числе профессиональную. Естественно, что бывшим экономистам или химикам, текстильщикам или математикам порой не хватает фундаментальных знаний, когда дело касается, скажем, технологии механической обработки древесины или её склеивания. Не отступая от основной своей задачи - рассказывать о новом в строительных технологиях Запада, наш журнал охотно предоставляет свои страницы и квалифицированным отечественным специалистам, прежде всего преподавателям вузов.

Своими статьями и консультативными материалами они могут оказать неоценимую помощь новоиспечённым производственникам, желающим получить специальные знания и глубже разобраться в теоретических основах технологии - будь она для деревообработки, раскроя стекла или изготовления конструкций из металлопластиковых профилей. Смолы и клеи для древесины Основу большинства используемых в деревообработке клеёв составляет та или иная синтетическая смола - высокомолекулярный продукт, способный при определённых условиях к отвердению. Клей как конечный продукт получают в результате добавления в смолу технологически важных компонентов, прежде всего способствующих отвердению. Существуют и одно-компонентные клеи, например резиновые, поливинилацетатные и другие, не содержащие отвердителей. В зависимости от их поведения при нагревании, смолы делятся на термореактивные и термопластичные. Первые, расплавившись, уже в нагретом виде необратимо твердеют, а термопластичные остаются жидкими, их отвердение возможно за счёт охлаждения расплава. Грамотный технолог может сам направленно менять некоторые свойства клея, используя такие приёмы как наполнение, пластифицирование, модифицирование.

Наполнители влияют на вязкость клея, его усадку, прочностные свойства шва. Добавляя в небольших количествах специальные вещества - пластификаторы, можно снизить жесткость клеевого шва. Наконец, смешивание различных клеев позволяет получать новые их модификации, то есть связующие с иными свойствами.

Клеи на основе карбамидо-формальдегидных смол - самые распространённые. Исходными материалами для них являются карбамид (мочевина) и формальдегид - бесцветный газ с резким запахом. Карбамидо-формальдегидные (КФ) клеи бесцветны, имеют слабый запах, сравнительно недороги, быстро твердеют, обеспечивают высокую прочность клеевого шва. Их термостойкость характеризуется диапазоном температур от минус 40 до плюс 60 оС. К недостаткам КФ-клеёв, сужающим область их применения, можно отнести ограниченную водостойкость, наличие токсичного компонента (свободный формальдегид), значительную усадку, неравномерное заполнение швов, опасность коррозии. Характеристика основных марок (по ГОСТ 14231-88), применимых в строительстве: • КФ-О - малотоксичный (не более 0,25% свободного формальдегида), используется в производстве фанеры и стройматериалов (кроме древесностружечных плит), подходит для склеивания бумаги; • К.Ф-Б - быстротвердеющий, находит применение при облицовывания поверхностей шпоном, в производстве фанеры, теплоизоляционных материалов; • КФ-Ж - с повышенной жизнеспособностью, идёт на изготовление фанеры, деталей мебели, столярно-строительных изделий; • КФ-БЖ - соединяет в себе преимущества двух предыдущих, а потому находит самое широкое применение; Все КФ-смолы можно использовать как для холодного, так и для горячего склеивания (в зависимости от используемого отвердителя), но не ранее чем через 24 часа после приготовления. Карбамидные смолы, отвердевающие под действием кислоты, после добавления отвердителя их жизнеспособность невелика и они пригодны для использования лишь в течение двух-четырех часов. Клеи на основе меламиновых смол изготавливаются в СНГ, в основном, на импортном сырье, поскольку собственного промышленного производства меламина у нас пока нет.

Реакция меламина с формальдегидом дает более развитую трехмерную структуру, чем получаемая при взаимодействии формальдегида и карбамида, так что соединение на меламиновом клее будет более прочным и долговечным Из-за высокой стоимости меламина его используют как добавку к карбамидным смолам (15-20% от обшей массы клея), но поскольку он труднорастворим, прямая модификация этих смол меламином невыгодна. Куда эффективнее совмещать их с меламиноформальдегидными смолами, которые могут твердеть как при повышенной температуре, так и при комнатной (последнее возможно, если добавлен кислый отвердитель). Клей = смола + отвердитель Клеи на основе феноло-формальдегидных смол, получаемых в результате реакции фенола с формальдегидом, могут быть как термопластичными, так и тормореактивными. Это зависит от соотношения исходных компонентов если фенол и формальдегид взять поровну или с преобладанием формальдегида (обычно не более чем в два раза), получается термореактивная смола, а при избытке фенола - термопластичная. Клей = смола + высокая температура Для склеивания древесины применяют термореактивные смолы горячего и холодного отвердевания. Смолы горячего отвердения имеют повышенную щелочность и непригодны для холодного склеивания. При горячем склеивании фенольными смолами отвердитель не требуется: реакция происходит быстро благодаря высокой температуре, и смола по существу является однокомпонентным клеем. При холодном склеивании для отвердения используются диэтиленбензосульфокислоты (БСК). Клеи горячего отвердения применяют, в основном, для производства водостойкой фанеры, холодного - для склеивания деталей строительных конструкций, где горячий метод склеивания не подходит из-за большой толщины материала.

В сравнении с карбамидными, фенольные смолы обеспечивают более высокую водо- и атмосферостойкость клеевых соединений. Однако они обходятся дороже, медленнее отвердевают, более токсичны, дают темный клеевой шов, могут вызвать кислотное повреждение древесных волокон. Клеи некоторых марок после нанесения необходимо подсушивать.

Резорциновые клеи очень востребованы изготовителями клееных деревянных строительных конструкций. Резорцин - двухатомный фенол С6Н4(ОН)2 - бесцветное или слабо окрашенное кристаллическое вещество с едва заметным запахом, более высокореакционное, чем обычный одноатомный фенол. В результате реакции поликонденсации резорцина с формальдегидом получается клей, дающий шов более плотной объемной структуры с высокими физико-механическими показателями. Подобно тому, как меламин способен "усиливать" карбамидные клеи, резорцин делает более крепкими фенолформальдегидные клеи. Резорцинформальдегидные смолы в чистом виде термопластичны. Их основное преимущество перед фенольными в том, что они твердеют в щелочной среде и имеют более высокую концентрацию (60-65%). При холодном склеивании отвердителем служит параформ - параформальдегид (СН2О)n, добавка которого создает избыток формальдегида и делает смолу термореактивной.

В качестве примера такой смолы, применимой для клееных деревянных конструкций, можно назвать ФР-12 Она удобна для склеивания в поле токов высокой частоты, однако очень дорогая (примерно в 8 раз дороже фенольных смол) ввиду дефицитности резорцина. Фенолорезорциновые и фенолоалкилрезорциновые смолы также отверждаются параформом. Марки ФРФ-50 и ДФК-14 с содержанием резорцина до 50%, по качеству не уступающие резорцинформальдегидным клеям, применяются для склеивания деталей строительных конструкций из хвойной древесины холодным или теплым способом Жизнеспособность этих клеев при температуре 20оС составляет всего полтора часа. Алкилрезорциновые смолы (ФР-100, ДФК-1АМ) получают при термическом разложении горючих сланцев.

Благодаря наличию отечественной сырьевой базы, они не так дороги - вдвое дешевле резорцинформальдегидных клеев, а срок хранения у них втрое больше, чем у фенольных смол Получаемая по новой технологии синтеза смола ФР-100 с концентрацией резорцина до 58,6% содержит свободного формальдегида не более 0,12%. Жизнеспособность клея на её основе превышает два с половиной часа, а прочность при скалывании достигает 7,4 МПа. Отвердитель параформ поставляют в виде порошка, в который в качестве наполнителя добавлена древесная мука (до 15%).

Это повышает эластичность клеевого шва, предотвращает комкование нараформа и способствует проявлению тикстропного эффекта, то есть способности клея удерживаться на вертикальной поверхности. Поливинилацетатные (ПВА) клеи относятся к термопластичным и поэтому подходят только для холодного или тёплого (не выше 80°С) склеивания. Они эластичны, химически стойкие и почти неограниченно жизнеспособны, поскольку быстро самоотвердевают при комнатной или повышенной температуре только за счёт удаления влаги и роста макроцепей молекул. Для склеивания древесины лучше всего подходит дисперсия ПВА, преимущество которой перед раствором в том, что вода из неё испаряется быстрее, а это ускоряет склеивание. Эмульгатором в ПВА-дисперсиях является поливиниловый спирт, пластификатором - дибутилфталат (5-15%). Большинство ПВА-дисперсий сохраняют свои свойства при температурах от 1 до 40°С, некоторые марки морозостойки. Если содержание пластификатора превышает 7%, дисперсия утрачивает морозостойкость, поэтому в зимнее время пластификатор поставляется отдельно. Несмотря на довольно низкую теплостойкость (до 40-60 оС) и водостойкость дисперсий ПВА и их склонность к текучести под нагрузкой, они как экологически самые чистые связующие остаются пока наиболее приемлемыми для склеивания деталей мебели и столярно-строительных изделий, эксплуатируемых внутри помещений.

Время отвердения при 20оС составляет не более получаса, а при повышенной температуре его можно сократить до одной минуты. Шов получается совершенно бесцветный. Наиболее распространённые марки отечественных клеёв - ДБ 48/4Н и ДБ 48/4С.

Обозначения расшифровываются так: Д -дисперсия, Б - содержащая дибутилфталат, 48/4 - среднее процентное содержание, соответственно, полимера и пластификатора, И - низковязкая, С - средневязкая. Плёнкообразующая способность клея ПВА определяется "точкой беления" - минимальной температурой плёнкообразования (МТП), которая зависит от кислотности клея. При малой кислотности, например при рН = 6, удовлетворительная прочность достигается при температуре не ниже 30оС, поэтому разводить клей водой не рекомендуется, лучше использовать слабые кислоты. Большинство ПВА-дисперсий выпускаются со сравнительно небольшим сухим остатком (35-55 %), так как при высокой концентрации полимера стабильность клея падает.

От величины сухого остатка зависит вязкость клея, которая возрастает примерно пропорционально квадрату концентрации полимера. Иногда в клей специально вводят загустители, например 0,5% силиката натрия, что увеличивает тиксотропность дисперсной системы. Для повышения водо- и теплостойкости к ПВА-дисперсии добавляют карбамидную смолу. Модифицированный таким способом клей требует и добавки отвердителя, например щавелевой кислоты.

Теперь в продаже есть импортные твердеющие одно- и двухкомпонентные ПВА-клеи, которые отличаются высокой водо- и теплостойкостью. Добавка (до 5%) так называемого турбоотвердителя (полиизоцианата) превращает клей из термопластичного в термореактивный, то есть делает водостойким и более твёрдым. Эта добавка не приводит к преждевременному отвердению клея, однако смесь следует использовать в течение двух часов, позже полиизоцианат утрачивает эффективность. Водорастворимый клей может быть водостойким Не так давно на рынке появились однокомпонентные водостойкие клеи с низкой МТП - дисперсии сополимеров винилацетата с этиленом или другими мономерами. Они не требуют дополнительной пластификации и весьма экономичны, так как содержат дешёвый этилен (до 60-90%), который служит в дисперсии внутренним пластификатором. Клеи-расплавы продаются в виде твёрдых гранул, которые не содержат растворителей (сухой остаток 100%) и имеют очень длительный срок хранения. Перед применением гранулы расплавляют, температура их размягчения 80-90оС, рабочая обычно 190-210оС.

Отвердение с расплавов происходит только за счёт охлаждения и чрезвычайно быстро, за 3-5 секунд, что и определило поначалу их сравнительно узкую область применения: главным образом, для облицовывания кромок ДСП синтетическим ленточным или полосовым материалом. Теперь их также используют для точечного ребросклеивания шпона и в производстве реечных щитов. Недостатки расплава те же, что у всех полимеризационных клеёв: невысокая водо- и теплостойкость, ползучесть под нагрузкой, а достоинства, помимо прочего, в том, что он не даёт усадки, не выделяет вредных веществ. Полиуретановые клеи можно выделить как принципиально новые среди расплавов. При нанесении их на поверхность материала начальное сцепление обеспечивается чисто физическим процессом охлаждения расплава в течение 3-10 минут.

Затем за счёт влаги воздуха и древесины полиизоцианатные группы в полимере образуют поперечные связи, что делает клеевой шов нерасплавляемым и нерастворимым. При комнатной температуре прочность полиуретановых клеёв в 3-4 раза выше, чем у обычных клеёв-расплавов. Для зашиты от влаги их выпускают упакованными в металлические картуши, а наносят специальным пистолетом.

Вспененные клеи - ещё одна сравнительно новая разновидность клеёв-расплавов, представляющая собой дисперсию газа и полиуретанового расплава, - применяются для склеивания крупногабаритных изделий и наносятся методом распыления. Примером может служить клей марки Supracraft PL) 586. Каучуковые (резиновые) клеи - самостоятельный класс эластомерных клеящих материалов, подразделяемых на латексные и резиновые. Резиновый клей представляет собой органический раствор резиновой смеси или каучуков, а латексный - коллоидную смесь тех же веществ (дисперсную систему).

Резиновые клеи бывают вулканизирующимися и самовулканизирующимися. В первом случае клей содержит добавки - серу, органические ускорители и активаторы,- под воздействием которых макромолекулы каучука при нагревании связываются между собой и образуют пространственные структуры. Ко вторым относятся некоторые виды клеёв, содержащих ускорители и способных вулканизироваться без нагрева. В большинстве современных резиновых клеёв используют синтетические каучуки в сочетании с модификаторами, смягчителями, антиоксидантами, отвердителями, наполнителями. Растворителями служат этил-ацетат, ацетон, метилэтилкетон, бензин. Обычное содержание сухих веществ в резиновых клеях 20-30%. Шов из резинового клея эластичен, хорошо противостоит ударам и вибрации, но из-за склонности к ползучести не выдерживает больших нагрузок. Латексные клеи - это системы, в которых каучук в виде мельчайших частиц диспергирован в воде.

Они не содержат дорогих и легко воспламеняющихся растворителей, удобны в работе. Клей с рабочей температурой до 80оС наносится на обе соединяемые поверхности. Прочность латексного шва на 40-60% меньше, чем с резиновым клеем.

Наиболее распространены латексы на основе сополимера дивинила с метилметакрилатом ДММА-65ГП. Эти клеи пригодны для облицовывания ПВХ-плёнками плоских деталей. Что и как контролировать. Если клей выбран неподходящий или неправильно хранился, если нарушался режим склеивания или допускались иные ошибки в технологии, которые к тому же обнаружились слишком поздно, то все это вместе и по отдельности может привести к серьёзным убыткам, потере клиентов и т.п. Работая с клеями, производственник должен учитывать все их свойства и показатели, влияющие на качество выпускаемых изделий. Стабильность (срок хранения) смолы - определяющий показатель для решения вопроса о том. сколько клея следует закупить единовременно и как его хранить. Срок хранения альдегидных смол зависит в основном от содержания формальдегида, времени конденсации в кислой среде, температуры воздуха на складе.

Карбамидные смолы выдерживают замерзание до -20°С. Для увеличения срока хранения применяют стабилизирующие добавки многоатомные спирты или этиловый спирт, которые к тому же делают безопасным замерзание до -52 оС. Средний срок хранения карбамидных смол без добавок около трёх месяцев, фенольных - до полугода. Ряд клеёв и смол следует использовать в течение нескольких суток после изготовления, в частности - меламиновые пропиточные смолы, которые нужно готовить непосредственно на деревообрабатывающем предприятии. Стабильность дисперсионных клеёв зависит от способности связующего не давать нерастворимого осадка вследствие соединения частиц. Работая с ПВА, важно иметь в виду, что не все марки выдерживают замораживание.

Первейший критерий пригодности клея - его растворимость в воде. Большинство смол и клеёв для древесины водорастворимы (в том числе и те, что обеспечивают полностью водостойкое соединение!), поэтому даже очень загустевший клей не стоит выбрасывать, не попытавшись развести его в воде. Массовая доля сухого остатка (концентрация) смол - та часть связующего, которая остаётся после отвердения клея и удаления всех летучих веществ. К примеру, концентрация вакуумированных карбамидных смол составляет 66%. Это довольно высокий показатель, означающий, что вещества, которые впоследствии улетучатся (главным образом вода), составляют примерно треть всей массы смолы. Чем выше концентрация, тем быстрее идет отвердение, тем плотнее будет клеевой шов, а напряжения в нем меньше. Однако одновременно это и большая вязкость, технологические трудности с нанесением клея, повышенный расход связующего. Массовую долю сухого остатка смол можно определять прямо или косвенно.

В первом случае взвешивается определенное количество смолы, высушивается до полного удаления летучих веществ и снова взвешивается. Для косвенной оценки требуется меньше времени, однако этот метод не отличается высокой точностью и применим только для прозрачных материалов (в основном карбамидных смол). Суть метода в том, что на специальном приборе - рефрактометре определяют коэффициент рефракции смолы, который зависит от плотности материала, а она, в свою очередь, находится в тесной зависимости с содержанием сухого остатка. Вязкость синтетических смол и клеев как показатель их текучести измеряется в МПа х с. Для технологических оценок часто вязкость измеряют в условных единицах, например в секундах как время, за которое условный объем жидкости проходит через отверстие определенного диаметра. Для этих замеров в случае карбамидных смол применяют вискозиметры, в основном ВЗ-4 измеряют время истечения 100 мл смолы через отверстие диаметром 4 мм. Вязкость карбамидных смол характеризуется значениями 50-150 с, и ее можно изменять, добавляя воду (сокращается доля сухого остатка клея) или нагревая смолу, например в проходных смолоподогревателях.

В технических условиях на синтетические смолы, как правило, указывают не только условную вязкость в секундах, но и динамическую, в МПа х с (или по системе СГС в сантипуазах, сП), которая служит более универсальным показателем, но для ее определения нужны вискозиметры довольно сложного принципа действия. Вязкость ПВА-дисперсий определяют с помощью стандартной кружки ВМС (вискозиметрический сосуд с калиброванными отверстиями). Тщательно перемешанную дисперсию наливают в кружку так чтобы уровень жидкости был выше верхнего отверстия. Секундомер включают, когда при вытекании дисперсии открывается верхнее отверстие, а в тот момент, когда открывается нижнее - выключают За условную вязкость принимают время истечения объема клея между верхним и нижним отверстиями.

Обычно технические условия регламентируют вязкость свежеприготовленной смолы или выдержанной определенное время после приготовления. Дело в том, что высокомолекулярные продукты становятся со временем более вязкими. Это вызвано происходящими в смоле химическими процессами, остановить которые невозможно, но их можно замедлить, добавляя специальные вещества-стабилизаторы. Ориентировочно, верхняя граница вязкости смолы - примерно 300с по ВЗ-4.

Значительное загустевание вовсе не признак непригодности если в смоле не начались процессы гелеобразования, ее рабочую вязкость можно восстановить, добавив растворитель. Водородный показатель (рН) синтетических смол и клеёв важен при подборе доли отвердителя от уровня кислотности зависит срок годности смолы. Для дистиллированной воды рН = 7, и это значение принято за показатель нейтральной среды, меньшие значения указывают на кислотную среду, большие - на щелочную. При длительном хранении высокая кислотность (низкие значения рН) нежелательна Реакция поставляемых карбамидных смол обычно нейтральная или слабощелочная (7