CC BY
39
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА КЛЕЕВ
А. А. ФИЛИППОВИЧ, Сибирский государственный технологический университет, А.И. КРИВОРОТОВА, А.Г. КОСТЫГИН
Стандартные методы испытания синтетических смол и клеев для деревообрабатывающей промышленности были разработаны в период их широкого внедрения в производство. Сейчас, спустя более чем тридцать лет, эти методы и номенклатура контролируемых ими показателей уже не отвечают современному уровню технологии склеивания древесины.
Клеящие свойства - наиболее важный «интегральный» показатель качества смол и клеев. В настоящее время основным стандартным методом оценки клеящих свойств остается испытание на скалывание клеевых соединений фанеры, спрессованной при строго заданных условиях [7, 8]. Этот метод неоднократно критиковался в литературе. К числу его недостатков относят большую длительность испытания и малую информативность результатов. Однако главным недостатком стандартного метода является несоответствие теплофизических условий при склеивании пакетов шпона лабораторного и промышленного форматов.
В пакете шпона промышленного формата принято выделять две характерные по своим теплофизическим условиям зоны -краевую и серединную [2]. Из краевой зоны, при горячем прессовании через кромки пакета происходит интенсивное удаление влаги в виде пара. Из серединной зоны, вследствие сопротивления уплотненных кромок, удаления влаги практически не происходит. Ширина краевой зоны ориентировочно составляет 100-250 мм. Таким образом, при прессовании пакета шпона лабораторного формата (400 х 400 мм и менее) теплофизиче-ские условия соответствуют краевой зоне.
Ранее считалось, что для формирования клеевых соединений наименее благоприятные условия имеют место в краевой зоне по причине меньшей, вследствие по-
терь тепла на испарение влаги, температуры прогрева. Однако основным дефектом склеивания фанеры является локальное расслоение - пузырь в области серединной зоны, причиной появления которого является низкая когезионная прочность клея, о чем свидетельствует преимущественно когези-онный по клею характер разрушения в местах расслоений. Пузырь образуется сразу после размыкания плит пресса, если нере-лаксировавшиеся к тому времени силы упругого сопротивления пакета и внутреннего парогазового давления оказываются больше когезионной прочности клея.
Для объяснения причины появления пузырей были предприняты исследования процесса отверждения клеев в герметичном объеме. Основанием для такого рода исследований послужило то, что и в клеевых слоях серединной зоны и в герметичном объеме отверждение протекает при отсутствии удаления воды из сферы реакции. Действительно, различными физическими и физико-химическими методами, в том числе ИК- и УФ-спектроскопией [3, 8], ДСК, ультразвуковыми и реологическими, было установлено, что процесс отверждения феноло- и карбамидоформаль-дегидных смол в случае неэффективного удаления воды из сферы реакции поликонденсации значительно замедляется. На основании этих исследований было выдвинуто априорное предположение о замедленном отверждений и, соответственно, росте когезионной прочности клея в серединной зоне.
Оценить кинетику прочности клеевых соединений в условиях серединной зоны ранее не представлялось возможным по причине отсутствия необходимых методик исследований и технических средств для их реализации.
МПа
0,6
0,4
0,2 О
2 4 6* мин
Рис. 1. Кинетика прочности клеевых соединений на различных партиях смолы марки КФ-МТ-15
Для этой цели на кафедре технологии композиционных материалов СибГТУ была создана экспериментальная установка, позволяющая моделировать теплофизические процессы, протекающие в серединной зоне при склеивании фанеры промышленного формата [1].
Согласно принятому принципу моделирования серединной зоны, склеивание и последующее определение прочности клеевых соединений пакета шпона на нормальный отрыв осуществляется в герметичной камере установки при избыточном давлении воздуха. Тем самым исключается удаление влаги в виде пара через кромки модельного пакета.
При помощи установки было установлено, что в условиях серединной зоны рост прочности клеевых соединений на фе-ноло- и карбамидоформальдегидных смолах протекает значительно менее интенсивно, чем в краевой. Таким образом, было подтверждено предположение о том, что при
испытании клеящих свойств необходимо ориентироваться на теплофизические условия серединной зоны, как на наименее благоприятные для формирования клеевых соединений.
Результаты исследований кинетики прочности клеевых соединений шпона в зависимости от породы и влажноггч древесины, режима склеивания, физических и физико-химических свойств смол и клеев позволили сформулировать условия проведения испытаний и критерии контроля клеящих свойств. В качестве критерия клеящих свойств предложено использовать кинетические зависимости прочности клеевых соединений, что информативнее испытания при фиксированной продолжительности склеивания. В частности, на основании полученных кинетических зависимостей можно корректировать продолжительность склеивания и свести вероятность появления пузырей к минимуму.
Были проведены сравнительные испытания клеящих свойств различных партий и марок карбамидо-фенолофор-мальдегидных смол стандартным и предлагаемым методами. Как показал дисперсионный анализ результатов, стандартный метод не позволяет статистически значимо различать партии и марки смол, в то время как предлагаемым их можно четко идентифицировать по клеящим свойствам (рис. 1).
На основании технических решений, заложенных в установке, разработаны и изготовлены несколько вариантов приборов для реализации предлагаемого метода контроля клеящих свойств [4]. Общий вид одного из приборов показан на рис. 2, техническая характеристика приведена ниже.
Максимальная нагрузка сжатия, кгс 200
Максимальная нагрузка растяжения, кгс 100
Пределы регулирования температуры нагревательных плит, °С 100, 120, 130
Габаритные размеры, мм 620 * 340 х 380
Масса, кг 56
Рис. 2. Принципиальная схема прибора для контроля клеящих свойств синтетических смол и клеев: 1 -аналого-цифровой преобразователь; 2 - датчики давления; 3 - крышка испытательной камеры с рукояткой; 4 - нагревательные плиты; 5 - образцы; 6 - диафрагменный пневматический привод для создания усилий сжатия-растяжения; 7 - терморегуляторы; 8 - блок управления; 9 -основание; 10 - диафрагменный привод для создания усилия поджатия крышки испытальной камеры; 11 - тяги
Принципиальная схема прибора изображена на рис. 3. Прибор обеспечивает склеивание и последующее определение прочности клеевого соединения в автоматическом режиме с индикацией результатов в цифровом виде. Конструктивно он состоит из блоков управления-регулирования, силового, АЦП и пневматической панели.
С широким внедрением в производстве фанеры и ДСтП операции холодной подпрессовки и особенно при освоении технологии производства ДСтП на установках для бесподдонного прессования возникла необходимость в контроле показателя коге-зионной прочности смол и клеев в вязко-пластичном состоянии - липкости. От этого показателя во многом зависит стабильность технологического процесса. Бесподдонный способ прессования древесностружечных плит при низкой липкости смолы просто неосуществим. Однако в настоящее время неизвестно ни одного отечественного и иностранного стандарта на смолы для деревообработки, в которые, в качестве контроли-
руемого, входил бы этот показатель. Его отсутствие в стандартах вынуждает разрабатывать и использовать при проведении исследовательских работ и производственных испытаниях различные нетрадиционные методы испытания липкости. Эти методы различаются главным образом по способу приложения нагрузки, виду субстрата и, соответственно, приборному оформлению.
Нами в качестве критерия липкости была использована не собственно величина разрушающей нагрузки, а время с момента контактирования частей соединения с нанесенным клеем до момента разрушения клеевого слоя под действием нормально направленной постоянной нагрузки.
Исследования липкости проводились на специально сконструированном лабораторном приборе. Прибор содержит два дюралюминиевых диска с плоско-параллельными торцовыми поверхностями. Нижний диск, предназначенный для нанесения испытуемого клея, неподвижно установлен на основании, а верхний подвешен на одном из
плеч технических весов. В приборе предусмотрена регулировка толщины клеевого слоя и величины нагрузки.
Рис. 3. Принципиальная схема прибора для контроля липкости синтетических смол и клеев: 1 - приемник излучения; 2 - излучающий ИК-светодиод; 3 - катушка электромагнита; 4 -шток; 5 - диски; б - блок управления; 7 - электронный секундомер; 8 - основание
Были проведены исследования зависимости показателя липкости от физико-химических, термодинамических и реологических свойств смол и клеев различных видов, марок и партий.
Статистический анализ экспериментальных зависимостей показал, что условный показатель липкости тесно коррелирует с величинами краевого угла смачивания и поверхностного натяжения смол и клеев. При этом наблюдается отчетливая согласованность полученных результатов с основными положениями классической теории адгезионного смачивания и прилипания.
Проведенные исследования позволили обосновать метод и разработать прибор для контроля показателя липкости клеев и
связующих, предназначенный для эксплуатации в условиях заводских лабораторий [5].
Опытная эксплуатация разработанных приборов для контроля клеящих свойств и липкости показала правильность выбранных критериев контролируемых показателей и использованных конструктивных решений. В целом приборы отвечают современным требованиям, предъявляемым к средствам для контроля качества материалов в производственных усло-
виях.
Литература
1. Анисов П.П., Орлов Г.И., Филиппович
A.A. Исследование процесса склеивания шпона. - В экспресс-информ.: Отеч. про-из. опыт. -Плиты и фанера; Вып. 10.-М.: ВНИПИЭИлеспром, 1988. - С. 12-20.
2. Михайлов А.Н. Процессы, протекающие при склеивании. - Л.: ЛЛТА, 1965. -88 с.
3. Пшеницина В.П., Молоткова H.H., Смирнова Л.Н. и др. Отверждение карбамидо-формальдегидных олигомеров // Пластмассы. - 1987. - № 7. - С. 20-22.
4. Филиппович A.A., Анисов П.П., Орлов Г.И. A.c. № 1682895. МКИ G 01 № 19/04. Адгезиометр. - Опубл. 07.10. 1991.
5. Филиппович A.A., Анисов П.П., Панов
B.М. и др. Устройство для определения липкости синтетических клеев. Красноярский межотраслевой территориальный ЦНТИ. Информационный листок № 27-96. -2 с.
6. ГОСТ 14231-88. Смолы карбамидофор-мальдегидные. Технические условия. -М.: Изд-во стандартов, 1988. - 21 с.
7. ГОСТ 20907-75. Смолы фенолоформаль-дегидные жидкие. Технические условия. -М. : Изд-во стандартов, 1982. - 24 с.
8. Chow S., Vukai H.N. Polymerization of phenolic resin at high vapor pressure. «Wood Sei.», 1972, V. 5, № 1, 65-72.
