3 Лабораторная работа № 3. Определение кислотности синтетических смол и клеев

Кислотность (концентрация водородных ионов) различных веществ выражается значением водородного показателя рН, равным отрицательному десятичному логарифму термодинамической активности ионов Н⁺ в растворе, выраженной в молях на литр. Диапазон изменения рН составляет от -1 до +15. Нижняя граница характеризует кислотность концентрированной азотной кислоты, а верхняя – кислотность (точнее говоря, щелочность) концентрированного едкого натра. Если рН среды меньше 7, значит, среда кислая; если более 7 – щелочная.

Для дистиллированной воды имеем рН=7, то есть нейтральную среду, в которой содержание ионов водорода Н⁺ и гидроксид-ионов ОН^- уравновешенно.

У готовых синтетических смол рН=6…8, то есть среда близка к нейтральной. При повышении кислотности, т.е. снижении рН, сокращается жизнеспособность клея и уменьшается время отверждения, поскольку большинство синтетических смол являются кислоотверждаемыми. От значения рН зависит объем вводимого в смолу кислотного отвердителя, который необходим для повышения кислотности среды и резкого увеличения скорости отверждения.

4 Лабараторная работа № 4 определение жизнеспособности клея

Состав клея: карбамидная смола + 18 долей 10% раствора щавелевой кислоты.

m_ст =7,865 г;

m_{со солой} = 26,510 г;

m_отверд = 3,356 г;

Таблица 4.1 – Результаты испытания клея на жизнеспособность

m	Площадь,м2	Расход клея, кг/м2
12,755	6*10-4	0,865
12,615		0,78
13,125		0,455
13,245		0,94
14,060		0,72
14,305		1,895
12,955		0,71
14,260		1,035
13,350		0,87

В результате опыта было установлено, что жизнеспособность данного клея составляет 1 мин.

5 Лабораторная работа №5. Определение клеящей способности клеев и водостойкости клеевых соединений

Оборудование и материалы: заготовки для образцов из древесины сосны или ели в виде прямоугольных брусочков размерами 20×20×50 мм и 20×10×30 мм; рычажный пресс для склеивания образцов; испытательная машина Р-5 с максимальным усилием 50кН; приспособление для испытания на склеивание вдоль волокон.

Клеящая способность является важнейшей характеристикой клеев. Она оценивается пределом прочности при скалывании стандартных образцов массивной древесины, склеенных данным клеем при комнатной температуре. Водостойкость клеевых соединений определяют на этих образцах после температурно-влажностных воздействий на них.

Сущность способа заключается в определении разрушающей нагрузки на образец, подвергаемый скалыванию вдоль волокон по клеевому слою.

Клей холодного отверждения массой примерно 20…30 г приготавливают путем добавления к испытываемой смоле необходимого объема соответствующего отвердителя. Для карбамидоформальдегидных смол отвердителем является 10% водный раствор щавелевой кислоты. Объем отвердителя зависит от рН смолы, а для старых смол – определяется опытным путем.

Для приготовления карбамидоформальдегидного клея взвешивают чашечку, помещают в нее 20…30 г смолы и определяют ее массу с точностью до 0,1 г. Рассчитывают необходимый объем отвердителя, полагая массу смолы равной 100 м.ч., а плотность отвердителя – равный 1 г/см³. Добавив отвердитель в смолу, быстро перемешивают его стеклянной палочкой. Калориметрическим способом определяют рН клея.

Для склеивания образцов на заготовке размерами 20×20×50 мм карандашом отмечают границы площади склеивания. Наносят клей тонким слоем с помощью стеклянной палочки на обе склеиваемые поверхности и выдерживают 5…10 минут для удаления излишков клея и его загустения. Соединяют склеиваемые поверхности и помещают образцы в рычажный пресс. На каждом из образцов должны быть указаны фамилия студента и номер группы.

Для того чтобы определить предел прочности образцов при скалывании по клеевому слою, образцы после распрессовки очищают от подтеков клея. Затем их помещают в приспособление для испытания так, чтобы длинная сторона образца плотно прилегала к подвижной стенке приспособления, а подвижная опорная призма не зажимала образец.

Приспособление ставят на опорную плиту реверсора испытательной машины Р-5, располагая его точно по оси захватов машины.

Настраивают машину для работы на шкале №1 (до 10 кН), при этом на маятнике должен быть один груз (постоянный). Рукоятками грубой и точной настройки устанавливают скорость движения силового винта, равную 4 мм/мин (при работающем двигателе машины). Пользуясь кнопками «Ускоренный ход» и «Стоп», устанавливают минимальный зазор между торцом образца и нагружающей плитой реверсоре машины. Включают рабочий ход машины и фиксируют с точностью до 0,1 Н разрушающую нагрузку Р_мах. Затем, включив обратный ход, возвращают траверсу в исходное положение.

Рассчитывают предел прочности при скалывании вдоль волокон по клеевому слою, МПа:

где – соответственно длина и ширина площадки скалывания, определяемая с точностью до 0,1 мм с помощью штангенциркуля после разрушения образца.

Дополнительно оценивают характер разрушения образцов по следующей системе: преимущественно по клею, преимущественно по древесине, смешанное разрушение. Результаты испытаний заносят в таблицу.

Таблица 5.1 – Результаты испытания клея на водостойкость (п.4)

№	l,мм	b,мм	Разрушающая нагрузка, Рmax, Н	Масса до склеивания	Масса после склеивания	Предел прочности ,Н/мм2
1	29,4	21,2	0	14,450	14,630	0,000
2	29,0	20,5	0,04	13,280	13,540	0,000
3	28,6	21,5	0,46	13,185	13,590	0,001
4	28,9	20,0	2,32	14,650	14,910	0,004
5	30,0	20,0	0,3	15,135	15,520	0,001
6	29,0	21,0	1,02	15,345	15,755	0,002
7	30,0	21,2	2,2	13,975	14,270	0,003
8	28,6	20,4	0,6	12,510	12,770	0,001
9	29,8	21,0	1,34	11,750	12,045	0,002

Таблица 5.2 Предел прочности на склеивание чистой смолой

№ образца	l,мм	b,мм	Разрушающая нагрузка, Рmax, Н	Предел прочности ,Н/мм2	Характер разрушения	Расход клея, г/см2
1	29,0	20,6	2490	4,16	смешанный	0,865
2	28,7	20,1	2220	3,84	по клею	0,780
3	29,0	20,7	2860	4,76	смешанный	0,455
4	28,0	20,4	2500	4,37	смешанный	0,940
5	27,4	20,1	2560	4,64	по древесине	0,720
6	29,5	20,0	2820	4,77	по клею	1,895
7	30,4	20,8	2960	4,68	смешанный	0,710
8	29,0	20,0	3150	5,43	по клею	1,035
9	30,0	20,0	2220	3,70	смешанный	0,870

Среднее значение предела прочности τ определяется как:

Н/мм²

Случайная погрешность:

Для удобства расчёта сведём данные в таблицу:

№	, Н/мм2	, Н/мм2	2 ,Н2/мм4
1	4,16	0,32	0,10
2	3,84	0,64	0,41
3	4,76	0,28	0,08
4	4,37	0,11	0,01
5	4,64	0,16	0,02
6	4,77	0,29	0,08
7	4,68	0,20	0,04
8	5,43	0,95	0,90
9	3,70	0,78	0,61
			∑2,26

Отсюда:

Н/мм²

Случайная доверительная погрешность:

где – доверительная вероятность,

– коэффициент Стьюдента, 3,33

Н/мм²

Относительная погрешность:

δ

Вывод:

Таблица 5.3 – Предел прочности на склеивание клеем расплавом

№ образца	Разрушающая нагрузка, Рmax, Н	Площадь, мм2	Характер разрушений	Предел прочности ,Н/мм2
1	156,5	432,65	адгезионное	0,36
2	245	434	когезионное	0,56
3	110	432,64	когезионное	0,25
4	210,5	430,56	отгезионное	0,49
5	161	434,72	когезионное	0,37
6	109	422,3	когезионное	0,26
7	165	424,35	когезионное	0,39
8	152,7	455,85	когезионное	0,33

Таблица 5.4 – Предел прочности на склеивание чистым ПВА (клей берит)

№ образца	l,мм	b,мм	Разрушающая нагрузка, Рmax, Н	Масса с клеем	Масса без клея	Характер разрушения	Предел прочности ,Н/мм2
1	28,6	20,3	0,5	15,490	16,025	по клею	0,001
2	28,6	19,7	1,1	12,830	13,315	по клею	0,002
3	29,8	19,8	1,5	14,040	14,510	по клею	0,003
4	28,1	19,7	1,8	12,760	13,140	смешанный	0,003
5	28,5	20,4	0	12,555	13,010	по древесине	0,000
6	29,55	20,0	5,8	13,020	13,365	по древесине	0,010
7	29,0	20,0	2,43	12,340	12,745	смешанный	0,004
8	30,0	19,55	2,1	13,580	13,905	по клею	0,004

Таблица 5.5 – Предел прочности на склеивание ПВА для модификации

№	l,мм	b,мм	Разрушающая нагрузка, Рmax, Н	Масса с клеем	Масса без клея	Характер разрушения	Предел прочности ,Н/мм2
1	29,2	19,6	2,55	13,260	13,615	смешанный	0,004
2	28,6	20,3	1,45	13,535	14,075	по клею	0,002
3	29,7	19,7	0,9	12,235	12,850	по клею	0,002
4	28,5	20,3	1,0	13,540	14,155	по клею	0,002
5	28,6	19,3	1,45	12,980	13,480	по клею	0,003
6	29,4	19,9	0,98	13,875	14,360	по клею	0,002
7	28,3	19,7	3,33	13,430	13,985	по клею	0,006
8	28,5	20,2	3,81	12,870	13,145	по клею	0,007
9	29,4	20,2	2,9	13,360	13,765	по древесине	0,005

Таблица 5.6 – Предел прочности при склеивании клеем Titebond

№	l,мм	b,мм	Разрушающая нагрузка, Рmax, Н	Масса с клеем	Масса без клея	Характер разрушения	Предел прочности ,Н/мм2
1	29,65	20,0	4,0	13,505	12,940	смешанный	0,007
2	29,8	19,55	1,8	13,515	12,845	смешанный	0,003
3	29,0	20,2	3,3	14,395	13,920	по древесине	0,006
4	27,6	20,25	1,72	13,140	12,670	по клею	0,003
5	28,6	20,25	2,9	14,155	13,805	смешанный	0,005
6	28,6	19,6	1,4	13,350	12,995	смешанный	0,002
7	29,8	19,8	2,2	13,615	13,230	смешанный	0,004
8	29,8	19,8	3,11	14,250	13,930	по древесине	0,005
9	28,0	20,0	1,94	13,140	12,760	смешанный	0,003