Особые технологии склеивания древесных деталей

Склеивание деталей из массивной древесины приобретает всё большее значение в связи с увеличением покупательского спроса на изделия именно из натуральной древесины. Не меньший интерес это вызывает у предприятий, расположенных в местах богатых лесными ресурсами. При изготовлении окон и дверей из массивной древесины, например, а также мебельного щита особым успехом пользуются клеевые материалы, обладающие максимальной влагостойкостью (D3 или D4 по DIN/EN204), и температуростойкостью (WATT 91). Как правило, клеевой шов имеет два квалификационных параметра — адгезия и когезия.

Адгезионные силы возникают только на поверхности соприкосновения двух материалов, которые в момент склеивания проявляют, как минимум, одно из отличительных свойств применительно к его агрегатному состоянию — жидкому или твёрдому, или к его химической структуре. Иногда используются механические адгезионные силы. За счёт соединения путём кинематического замыкания, клеевой материал проникает в своём текучем состоянии в поры, капилляры или задние срезы твёрдых поверхностей деталей и тут же схватывается. Возможности замыкания определяются особенностями поверхности деталей и механической обработкой. В качестве примера для сравнения можно привести профиль из строганного дуба или ПВХ. В некоторых других ситуациях применяют специфические адгезионные силы. Они возникают в результате химического, физического и термодинамического процессов между молекулами клеевого вещества. Детали становятся предпосылкой к образованию адгезионных сил в местах соединений. Молекулы клея должны обладать способностью свободно двигаться, по возможности клеевое вещество должно иметь жидкую консистенцию и иметь оптимальное схватывание.

Особенности склеивания

На поверхности материи действует напряжение, которое пытается уменьшить поверхность тела и тем самым принять энергетически удобную форму. Напряжение поверхности (OFS) измеряется только на граничащих поверхностях двух различных материалов. Примером может служить ртуть или стеклянная пластина. Напряжение поверхности чётко определяется в жидкостях, у которых напряжение поверхности уступает напряжению у твёрдых тел. Определяющим для оптимального сцепления является состояние энергии в граничащем слое клеевое вещество. Важна также особенность стыкуемой детали. При соединении клеевого вещества с поверхностью стыкуемой детали OFS начинает от определённого расстояния создавать наслоение притягивающихся и отталкивающихся сил диполярных молекул обоих материалов. Диполярные силы пытаются взаимно осуществить пространственное выравнивание деталей таким образом, чтобы был принят энергетически благоприятный уровень. Главная цель, которую преследуют в данном случае добиться состояния без напряжения. Поверхности соединения к моменту склеивания обладают максимальной прочностью, по сравнению с клеевым веществом, посредством которого осуществляется склеивание. Молекулы деталей становятся менее устойчивыми к внешним факторам и менее подвижными.

Существует несколько методов склеивания, которые повсеместно применяются не только в промышленности, но и в быту. Существует ряд рекомендаций по выбору клея для них.

• Мембранно-вакуумное прессование. Для этого процесса применяют одно- и двухкомпонентные дисперсионные клеи, которые предназначены для приклеивания термопластичных ПВХ ПП ПЭТ плёнок, к плитным материалам, которым как правило служит МДФ. При использовании двухкомпонентных клеев в дисперсию добавляют изоцианатный отвердитель в количестве 5%,что повышает тепло-, влаго-, паро- стойкость и обеспечивает качество склеивания D4.
• Облицовывание профильно-погонажных изделий. Для этой технологии применяют материалы имеющую высокую адгезию к трудносклеиваемым материалам. Данные клеи предназначены для облицовывания ПВХ-, алюминиевых и древесных профилей. Долгие годы для данной технологии использовались клеи на основе полиэфирных смол, но в последние годы всё большую популярность набирают реактивные полиуретановые клеи-расплавы, не содержащие растворителей. Клеи на основе полиэфирных смол перерабатывают холодным способом, наносят его ракелем. Клей полимеризуется за счёт испарения растворителя. Реактивные полиуретановые клеи-расплавы перерабатываются горячим способом. После отверждения клеевой шов имеет повышенную влаго- и температуростойкость до 150 °С.
• Монтажное склеивание. Данная группа клеев предназначена для сборки отдельно изготовленных деталей в узлы и единое целое. К данной группе относятся цианоакрилатые клеи, позволяющие моментально склеить различные материалы между собой; контактные клеи, для склеивания которыми необходимо давление прессования; клеи на основе ПВА-дисперсии, применяемые для монтажного склеивания в мебельной промышленности; однокомпонентные ПУ монтажные системы; STP полимеры, обладающие хорошей УФ стойкостью; 2 компонентные ПУ монтажные системы, предназначенные для монтажа ступеней на лестничных маршах.
• Производство сэндвич-элементов. Все большую актуальность приобретает использование панелей типа «сэндвич» в различных областях промышленности. При производстве таких материалов как щиты с сотовым заполнением, дверные полотна и конструкционные сэндвич-панели, как правило применяются полиуретановые (ПУР) клеи, отвечающие высоким техническим и эксплуатационным требованиям и обладающие следующими характеристиками: различное время открытой выдержки и прессования; широкий интервал вязкости клея; жесткости клеевого шва, степени вспениваемости и т. д.

Как можно испортить всю работу

Различные типы клеевых продуктов в различных условиях и средах ведут себя по-разному. Это зависит от данного состояние продукта. Например, если это состояние до переработки, во время транспортировки, и полимеризованное состояние в готовом изделии. Самые неприхотливые с точки зрения транспортировки и хранению при низких температурах до -30 ˚С - это реактивные ПУР и ЭВА клеи-расплавы. Растворные клея имеют широкий диапазон морозостойкости, в зависимости от типа клеевого продукта от +5 ˚С до -30 ˚С. 1К и 2К полиуретановые клеи в большей части могут транспортироваться при температуре до -20 ˚С, некоторые виды или компоненты этих клев можно транспортировать только при положительной температуре до +10 ˚С. ПВА дисперсии и ЭПИ системы в большей части транспортироваться при температуре до -30 ˚С, выдерживают однократное замораживание, без потери качеств клеевого материалы, отдельные виды клеев и компонентов данной группы материалов, восприимчивы к низким температурам и могут транспортироваться при положительных температурах до +5 ˚С. Самые капризные к низким температурам относятся клеи для мембранно-вакуумного прессования до +5 ˚С. После полимеризации материалы в зависимости от группы, как правило, мало восприимчивы к внешним факторам: температура, влажность. По каждой группе и типу клеевого материала будут свои температурные пределы, а также группы нагрузок D2, D3, D4. Технология переработки клеевых материалов имеет большое значение при дальнейшей эксплуатации изделий. Выше были уже отмечены условия транспортировки и хранение клеевых материалов, но еще нужно выдерживать технологические параметры, при соблюдении которых гарантировано качество конечного изделия. К таким параметрам относятся:

• время открытой выдержки, [мин], макс. время между нанесением клея и достижением необходимого давления прессования;
• точка беления, [°C], минимальная температура плёнкообразования. К факторам способным разрушить или повредить клеевой шов можно добавить случаи связанные с нарушением технологии или хранением материала. В отдельных ситуациях неправильно подобранный материал, для трудно склеиваемых пород дерева. Нарушение условий эксплуатации, например, детский городок, который эксплуатируется на улице, элементы которого склеены на клей с группой нагрузки D3, где нужно применять клей с группой нагрузки D4. Жизнеспособность клея до нанесения на поверхность вытекает из его хранения и транспортировки. А вот долговечность и крепость сцепления деталей при помощи клея зависит от температуры и влажность в помещении, где осуществляется склейка, влажность древесины 8-12% и время открытой выдержки клея. В качестве примера можно привести длинные ламели для склейки бруса. Если ламели пересушены на 6%, а в цехе жарко — водная дисперсия клея начинает впитываться в поверхность древесины, и интенсивно испаряться. Соответственно время открытой выдержи, начинает уменьшаться. Так как ламели длинные можно не успеть за короткое время нанести на них клей и уложить в пресс. В этом случае рекомендуется создать микроклимат в цехе, поставить увлажнители, как это делаю крупные предприятия, либо искусственно поднимать влажность в зоне склейки, рассыпать опилки и периодически их смачивать. На такой период лучше подобрать клей с большим временем открытой выдержки.

Текст: Евгений Денисенко, инженер-технолог «KLEBCHEMIE M.G.Becker GmbH & Co. KG»

Вклад участников

Кисин Сергей