Особенности и 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 строганого 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 клеёв в дисперсию добавляют изоцианатный отвердитель в количестве 5%, что повышает тепло-, влаго-, паростойкость и обеспечивает качество склеивания D4.
• Облицовывание профильно-погонажных изделий. Для этой технологии применяют материалы, имеющие высокую адгезию к трудносклеиваемым материалам. Данные клеи предназначены для облицовывания ПВХ-, алюминиевых и древесных профилей. Долгое время для данной технологии использовались клеи на основе полиэфирных смол, но в последние годы всё большую популярность набирают реактивные полиуретановые клеи-расплавы, не содержащие растворителей. Клей 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 клеёв 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; жёсткости 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 хранения при низких температурах до -30 ˚С — это реактивные ПУР и ЭВА клеи-расплавы. Растворные клеи 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, должны транспортироваться при температуре до -30 ˚С, выдерживают однократное замораживание без потери качеств клеевого материала, 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 — 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 ещё 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 влажности в помещении, где осуществляется склейка, влажности древесины 8-12% и времени 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 делают 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»