CC BY
50АДГЕЗИЯ ЖИДКОСТЕЙ В ДРЕВЕСИНЕ Яцун И.В.1, Чатинян А.С.2
'Яцун Ирина Валерьевна — кандидат технических наук, доцент, кафедра механической обработки древесины и производственной безопасности;
2Чатинян Ани Сергеевна — магистрант, направление: технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств, Институт лесопромышленного бизнеса и дорожного строительства Уральский государственный лесотехнический университет, г. Екатеринбург
Аннотация: статья посвящена одному из важнейших свойств с точки зрения склеивания древесины - адгезии. Рассмотрены теоретические вопросы возникновения сил адгезионного взаимодействия между древесиной и клеевыми материалами и вопросы подготовки поверхности древесины при склеивании.
Ключевые слова: адгезия, когезия, прочность клеевого соединения, механизм адгезии, факторы готовности поверхности к склеиванию, смачиваемость древесины клеевыми материалами, качество склеивания древесины.
В физике адгезия определяется как способность сцепления разнородных твердых тел или твердых тел с жидкостями в местах контакта их поверхностей [1, 2]. В практике деревообработки это явление представляет наибольший интерес для получения прочных и долговечных клеевых соединений.
Помимо адгезии большое значение имеет и когезия, которая определяется как сцепление молекул (атомов, ионов) физического тела под действием сил межмолекулярного взаимодействия, водородной и/или химической связи. Явление когезии представляет интерес для разработчиков клеевых систем. Клей должен обладать высокой когезией (собственной прочностью). Но прочного соединения не получается, если клей имеет высокую собственную прочность (например, цемент), но не имеет высокой адгезии к древесине (тот же цемент). Однако в этом случае есть и положительные моменты: при бетонных работах благодаря отсутствию адгезии можно использовать древесину или материалы на ее основе в качестве опалубки.
Для клеев, применяющихся в деревообработке, характерно сочетание высокой адгезии и когезии.
Единой точки зрения на природу возникновения адгезии между древесиной и жидкостью, в частности с клеем, не существует. Тем не менее, основные явления, встречающиеся на границе разделения двух материалов, - адгезива (клея) и субстрата (древесины) - достаточно хорошо изучены [1].
По мнению большинства специалистов, наиболее существенную роль в образовании прочного соединения играет механическое сцепление адгезива и субстрата. Оно происходит за счет проникновения адгезива (жидкости, в частности клея) в поры субстрата и образования так называемых замков. В пользу этой гипотезы говорит и влияние шероховатости поверхности на прочность клеевого соединения. Долгое время считалось, что этот механизм характерен только для пористых материалов (древесина, бумага и пр.). Однако последние исследования [4] показали, что даже для паяных соединений твердого сплава с подложкой (сталь или цветные сплавы) предварительная подготовка поверхности соединяемых деталей (химическое травление или дуговая поверхностная обработка, придающая поверхности металла определенную пористость или шероховатость) позволяет значительно повысить прочность соединения. На основании этих данных можно сделать предположение, что механическое сцепление является первичным механизмом для образования прочной связи соединяемых деталей.
В последнее время получены доказательства того, что наряду с механическим взаимодействием в образовании соединения важную роль играют межатомные межмолекулярные связи, возникающие на границе двух материалов [1, 3].
Межатомные связи могут быть ионными, ковалентными и водородными. Наиболее сильными из них являются ковалентные, которые более чем в разы превышают водородные. Несмотря на это, маловероятно, что этот механизм оказываем заметное влияние на качество соединения древесных материалов. Для древесины наиболее заметно проявляют себя вторичные или ван-дер-вальсовы силы, потому что она относится к полярным материалам, т.е. молекулы которых являются диполями и, соответственно, ориентируются друг относительно друга.
Водородные связи проявляют себя в ситуации, когда образуются химические связи между клеем и субстратом, т.е. при другом поверхностном явлении - хемсорбции.
Здесь в направлении, перпендикулярном поверхности раздела фаз, происходит образование первичных связей. Например, при использовании фенольных клеев возможно взаимодействие гидроксильных групп целлюлозы и метиловых групп клея с образованием эфирных групп. Химические связи играют важную роль и при использовании изоциантных клеевых систем.
Остальные виды поверхностных явлений (диффузия, электростатическое взаимодействие, электрорелаксационные процессы) проявляют себя в значительно меньшей степени [1, 2].
Адгезия древесины к жидкостям, и в частности к клеям, во многом зависит от содержания в ней экстрактивных и смолистых веществ. Эти вещества обычно проявляют гидрофобные свойства и существенно снижают смачиваемость поверхности деталей - важнейшего условия хорошей адгезии клея и других жидких материалов по отношению к древесине. Для клея смачиваемость поверхности является первым и необходимым условием образования прочного соединения, так как обеспечивает формирование молекулярного межфазного контакта между подложкой (субстратом) и адгезивом (клеем) [1, 2].
Наличие экстрактивных и смолистых веществ характерно для целого ряда пород древесины и накладывает определенный отпечаток на технологический процесс образования клеевого соединения. Кроме гидрофобных свойств этих веществ, большое значение имеет их показатель кислотности. Повышенная кислотная реакция экстрактивных веществ некоторых пород древесины способствует преждевременной полимеризации и снижению вязкости щелочных фенольных клеев. Снижение вязкости по понятным причинам заметно снижает и эффективность клея. И напротив, нормальная полимеризация клея с кислой реакцией (карбамидоформальдегидные составы) существенно затрудняется при щелочной реакции экстрактивных веществ, воздействие которых может снизить качество соединения.
Экстрактивные и смолистые вещества интенсивно диффундируют к поверхности детали при воздействии высоких температур и ряде случаев способны блокировать взаимодействие клея с поверхностью древесины. Высокая температура способствует появлению на поверхности заготовок продуктов окисления и пиролиза древесины, которые тоже снижают адгезию жидкостей к древесине. При использовании топочных газов в качестве сушильного агента к этому добавляются еще и загрязнения продуктами горения. Механическая обработка, проводимая вслед за сушкой, снижает их влияние на определенный период времени, в течение которого экстрактивные вещества вновь накапливаются в поверхностном слое древесины.
Продолжительность периода между завершением обработки поверхности (строганием, фрезерованием) и началом нанесения клея на поверхность деталей зависит от породы древесины, точнее - от концентрации и свойств экстрактивных веществ. Для хвойных пород древесины этот промежуток должен составлять 4-8 часов. Максимальная его продолжительность не должна превышать 24 часа.
Специалисты предлагают простой способ определения готовности поверхности к склеиванию: если капля воды на поверхности детали сохраняет шаровидную форму в течение 30 секунд, то это означает, что поверхность не пригодна для нанесения клея. Другой способ: капля воды наносится на поверхность (например, шпона) в области ранней древесины, свободную от продольных и поперечных трещин. Хорошая смачиваемость и, соответственно, отсутствие проблем при нанесении клея имеет место в том случае, если капля будет поглощена в течение 20 мин. Если капля растеклась по поверхности и частично поглощена в течение 40 мин., то при склеивании вероятнее всего будут проблемы. И наконец, если после 40 мин. капля сохраняет свою первоначальную форму и лишь частично растеклась по поверхности, то трудности возникнут обязательно. Тем не менее соединение поверхностей, полученных пилением, в отличие от фугованных, будет более слабыми и менее однородными по прочности. При этом следует иметь в виду, что тупые лезвия фуганка или рейсмуса могут существенно снизить качество соединения за счет разрыва волокон и «заглаживания» поверхности заготовок.
Качество склеивания зависит от качества обработки поверхности заготовок. Наиболее оптимальной технологической операцией по подготовке поверхности к склеиванию является цилиндрическое фрезерование (строгание), которое обычно обеспечивает чистоту поверхности не ниже 200 мкм. В ряде случаев оказывается достаточным и чистовое пиление, особенно строгальными пилами, гарантирующими такую же чистоту обработки. Данная операция часто является более экономичной с учетом производительности и энергозатрат.
Для того чтобы проверить качество подготовки поверхности к склеиванию применяют простой тест: часть поверхности детали протирают влажной ветошью и после нескольких минут выдержки удаляют оставшуюся влагу бумажной салфеткой. Затем необходимо сравнить
42
сухую и влажную части поверхности заготовки: если увлажненная область имеет заметно большую шероховатость, чем сухая, то это значит, что поверхность обработана неудовлетворительно. И, соответственно, качество клеевого соединения будет низким.
Шлифование крупонзернистыми абразивными материалами только ухудшает адгезию клея к поверхности заготовки. Влияние результатов такой обработки сравнимо с последствиями обработки тупыми ножами при фрезеровании или при плохом качестве пиления. Обработка мелкозернистыми абразивными материалами (чистовое шлифование) обеспечивает приемлемое качество соединения. Тем не менее, шлифование не рекомендовано для деталей конструкционного назначения, особенно для тех, которые находятся в условиях существенно меняющейся окружающей среды. Поэтому, если абразивная обработка необходима по технологическим соображениям, она должна производиться свежими абразивными материалами, а шлифовальную пыль следует тщательно удалять с поверхности.
1. КуликовВ.А. Производство фанеры. М.: Лесная промышленность, 1976. 368 с.
2. Волынский В.Н. Технология клееных материалов. Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-т, 1998. 229 с.
3. Яцун И.В., Шишкина С.Б. Исследование адгезионных параметров композиционных материалов // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика: международная заочная научно-практическая конференция. Воронеж: Издательство ФГБОУ ВПО «ВГЛТА», 2014. № 1 (6). С. 55-63.
4. Ветошкин Ю.И., Яцун И.В., Чернышев О.Н. Конструкции и эксплуатационно-технологические особенности композиционных рентгенозащитных материалов на основе древесины: монография. Екатеринбург: УГЛТУ, 2009. 148 с.
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛЕССОВЫХ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ Будикова А.М.1, Отепберген Н.О.2
'БудиковаАйгульМолдашевна - старший преподаватель, кандидат технических наук; 2Отепберген Назарбек Оразбекулы — магистрант, кафедра архитектуры и строительного производства, инженерно-технологический факультет, Кызылординский государственный университет им. Коркыт Ата, г. Кызылорда, Республика Казахстан
Аннотация: в статье предлагаются инженерно-геологические исследования лессовых просадочных грунтов в особых условиях и основные характеристики закономерностей деформации просадочных грунтов.
Ключевые слова: инженерно-геологические исследования, фундамент, просадочные грунты, лессовые породы, деформации грунта.
На площадках с лессовыми просадочными грунтами обеспечение эксплуатационной пригодности зданий зависит от проведения инженерно-геологические исследования лессовых просадочных грунтов с полным учетом специфических особенностей, основных характеристик, закономерностей деформации просадочных грунтов.
Список литературы
