книги из ГПНТБ / Пинджоян М.Л. Декоративная фанера

Некоторые авторы считают вышеизложенную схему, согласно которой мицеллы целлюлозы расположены, как кирпичики в стене, доволь­ но упрощенной и утверждают, что цепи цел­ люлозы простираются от одной мицеллы к другой и что в действительности мицелла является участком в сетевидной структуре, в которой молекулярные цепи располагаются параллельно и в которой имеются просветы, расположенные на неодинаковых расстояниях один от другого; параллельные цепи молекул местами связаны одна с другой и образуют пучки. Поскольку размер мицеллы составляет всего лишь 6- ІО"6 мм в поперечнике, обнару­ жить мицеллярную структуру трудно даже при очень сильном увеличении. Мицеллы объ­ единяются в микрофибриллы размером ІО"4 мм в поперечнике. Микрофибриллы груп­ пируются в фибриллы, которые, располага­ ясь слоями, образуют стенки отдельных дре­ весных волокон, имеющих вид пустотелых трубок, плотно соприкасающихся одна с дру­ гой.

Наружный периметр этих трубок часто имеет форму шестиугольника. Наиболее час­ то технологу приходится иметь дело с очень распространенным видом целлюлозы — древе­

лигнином. Лигнин можно удалить из древе­ сины путем растворения. Остаток древесины представляет собой сплошную целлюлозную структуру.

Рассмотрим разные породы древесины, со­ стоящие из одного и того же основного веще­

20

ства, но с разной пористостью, не вдаваясь в ботаническое строение ее. Считают, что удельный вес древесины изменяется незначи­

от удельного веса объемный вес древесины различен у разных пород. Сущест­ вует линейная зависимость между объемным весом древесины и пределом прочности і:

скалывании, который растет с увеличением объемного веса. Наиболее отрицательное свойство, которым обладает древесина,— это способность ее разбухать или усыхать в за­ висимости от содержания в ней воды.

Причина этих изменений — проникновение воды между мицеллами, но отнюдь не запол­ нение ею полостей клеток. Разбухание проис­ ходит за счет с в я з а н н о й воды, т. е. той воды, которая адсорбирована на поверхности мицелл. Разумеется, древесина долго проле­ жавшая в воде, содержит в полостях клеток также с в о б о д н у ю воду, но наличие ее не является причиной разбухания или усушки

21

древесины. В табл. 2 и 3 приводятся данные водопоглощения и разбухания березового шпо­ на в процентах через одни и двадцать суток.

Таблица 2

Водопоглощение березового шпона

При поглощении воды конечное увеличение объема древесины пропорционально объемно­ му весу сухой древесины. В разбухшей дре­

22

При увеличении пористости степень увели­ чения объема древесины уменьшается. Таким образом, мы имеем еще одно подтверждение того, что разбухание обусловлено межмицел­ лярным процессом, а не внутриклеточным.

Увеличение количества древесинного ве­ щества в единице объема древесины дает большее число межмицеллярных зазоров. По­ этому прессованная древесина подвержена большему изменению размеров, чем легкая. Поскольку группы ОН обладают сильной по­ лярностью, молекулы целлюлозы имеют боль­ шое сродство с молекулами воды (НОН). Ми­ целлы стремятся отделиться одна от другой и перейти в раствор, однако они не в состоя­ нии полностью преодолеть собственные меж­ мицеллярные связи. Если использовать раство­ ры некоторых солей для того, чтобы отделить мицеллы, то можно нарушить межмицел­ лярные связи и перевести целлюлозу в раст­ вор. При выпадении целлюлозы в осадок одни мицеллы соединяются с другими, образуя так называемую в и с к о з у — р е г е н е р и р о в а н ­ ную ц е л л юл о з у . При погружении в раз­ ные жидкости максимальное набухание дре­ весины изменяется прямо пропорционально корню квадратному из величины диэлектриче­ ской проницаемости этих жидкостей.

Если исходить из предположения, что ми­ целлы связаны между собой электрическими силами, можно наблюдать следующие законо­ мерности в процессе разбухания целлюлозы. В присутствии диэлектрика электрическое поле ослабляется, поэтому разделение мицелл должно усилиться. Известно, что диэлектри­

23

ческая проницаемость у воды наибольшая, по­ этому вода является очень сильным агентом разбухания. В то же время, например, каучук (неполярное вещество) особенно сильно раз­ бухает в таких жидкостях, в которых древе­ сина, наоборот, разбухает очень слабо.

В результате изменения влажности проис­ ходят значительные изменения размеров дре­ весины, поэтому древесину, предназначенную к механической обработке, рекомендуют су­ шить до содержания влаги, соответствующего относительной влажности воздуха, при кото­ рой она будет эксплуатироваться.

Решающим фактором в изменении влаж­ ности древесины, когда она приходит в рав­ новесие с относительной влажностью окру­ жающего воздуха, является (следует еще раз подчеркнуть) не абсолютная, а относительная влажность воздуха.

При склеивании листов шпона необходимо стремиться, чтобы волокна в смежных слоях пересекались под некоторым углом. Этим можно добиться уменьшения деформации ли­ стов в направлении поперек волокон и одно­ временно увеличить их в направлении вдоль волокон.

Влияние основных параметров склеивания на адгезионную прочность

Рассмотрим основные параметры (давле­ ние, температуру, содержание влаги, толщину клеевой прослойки и пористость склеиваемых материалов), которые оказывают существен­

24

ное влияние на адгезию в клеевом соедине­ нии. Устанавливая причину брака при склеи­ вании, необходимо уяснять взаимное влияние разных факторов на качество склеивания, т. е. рассматривать действие всех этих факторов во взаимной связи.

Содержание влаги в склеиваемых мате­ риалах. Влажность в зависимости от породы древесины при склеивании влияет на свойст­ ва клеевого соединения неодинаково.

Считается нормальным содержание влаги в пределах 6—10% при склеивании древес­ ных материалов фенолформальдегидными

смоляными клеями и 8—15% при склеивании мочевино-формальдегидными клеями. Моче­

вино-формальдегидные смолы непригодны для склеивания древесины с очень низкой влажностью, в то время как фенолформаль­ дегидными клеями рекомендуется склеивать древесные материалы с низкой влажностью. Естественно поэтому, что применение мочевн- но-формальдегидных клеев в этом отношении более выгодно, так как уменьшает затраты на сушку.

Допускаемая влажность древесных мате­

мер, березовые материалы можно склеивать при более широких колебаниях влажности, чем кленовые). Важно, чтобы к моменту склеивания у соединяемых листов была оди­ наковая влажность. Поскольку древесные ма­ териалы поглощают или отдают влагу до установления равновесного состояния с влаж­ ностью окружающей среды, разная влажность

25

материалов может привести к тому, что по­ глощение влаги одного из них не компенсирует потери ее другой до наступления равновесия с состоянием окружающего воздуха. В ре­ зультате этого в клеевом соединении возни­ кают внутренние напряжения, которые оста­ ются в конструкции и могут сказаться после длительного периода.

Склеивание влажных древесных материа­ лов в большинстве случаев дает неудовлетво­ рительные результаты, так как при этом труд­ но поддаются регулированию другие факторы (вязкость клея, давление, температура), кото­ рые с увеличением влажности материалов приобретают большое значение. Если древес­ ные материалы более влажные, вязкость на­ носимого клеевого раствора за счет этой вла­ ги уменьшается, а следовательно, клей легче проникает в склеиваемый материал и возмож­ но «голодное» соединение, поэтому рекомен­ дуется при склеивании поверхностей с боль­ шей влажностью применять и более вязкие клеевые смеси. Одним из характерных при­ знаков разбавления клея влагой, содержа­ щейся в древесине, является помутнение клее­ вой прослойки. Этот факт очень нежелателен, может привести к расслоению клея с высаждением смолы из раствора и, таким образом, к понижению прочности клеевого соединения, так как отверждение клея будет происходить в условиях, препятствующих образованию по­ перечных связей между молекулами. В слу­ чае необходимости склеивания материалов с повышенной влажностью можно рекомендо­ вать ввод активных отвердителей в клей, а в

26

(CaS04 • Ѵ2Н20).

Равномерность нанесения клея. Оптималь­ ную адгезию обеспечивает очень тонкий и равномерно распределенный по склеиваемым поверхностям слой клея. Количество смолы, требующейся для нанесения такого слоя, во многом зависит от физических свойств склеи­ ваемой древесины. В некоторых случаях впол­ не достаточно 60—80 гім2 смолы, однако на­ несение такого тонкого слоя затрудни­ тельно.

Конструкции и состояние клеенамазываю­ щих вальцов должны быть всегда под непре­ рывным контролем. Очень строго надо контро­ лировать качество подлежащего склеиванию шпона, влажность, длительность закрытой выдержки, температуру и длительность за ­ прессовки.

Влияние давления на склеивание. Совер­ шенно неправильно представление о том, что

материалы из твердых пород требуют для склеивания более высоких удельных давлений и лучше им сопротивляются. Древесные мате­ риалы из мягких пород более проницаемы для клеящих растворов. Конечно, проникание в древесный материал некоторого количества клея необходимо для возможно большего сма­ чивания поверхности, а следовательно, для увеличения площади контакта древесины с клеем, однако очень большие давления приво­

27

дят к чрезмерному впитыванию клея. Послед­ него рекомендуется избегать. При отвержде­ нии клея нельзя допускать изменения давле­ ния, так как действие этого изменения подобно дейстзию насоса и может вызвать потери клея в результате всасывания его в древесину. Большое влияние на создание определенной адгезионной прочности соединения оказывает соответствие величины давления и вязкости клеевого раствора. Чем ниже вязкость клее­ вого раствора, тем должно быть меньше дав­ ление и наоборот. Вязкость свежеприготовлен­ ных клеев меньше, чем клеев в конце перио­ да их жизнеспособности. Вполне удовлетвори­ тельные результаты при склеивании древесных материалов из мягких пород дают удельные давления от 2,5 до 12 кг/см2 и из твердых по­ род от 6 до 21,5 кг!см2. Можно рекомендовать уменьшение удельного давления для сниже­ ния степени впитывания клея в материал. То же самое следует делать при увеличенной влажности древесных материалов, подлежа­ щих склеиванию, так как в таком случае вяз­ кость клеевого раствора понижается. Приме­ нение активных отвердителей оставляет мень­ ше времени для проникания клея в древесный материал до момента отверждения, поэтому нельзя допускать, чтобы клей частично схва­ тывался до подачи полного давления.

Применение пленочных клеев требует очень высоких давлений. Такие давления необходи­ мы для того, чтобы придать клеям доста­ точную текучесть и тем самым достичь лучшей смачиваемости склеиваемых по­ верхностей.

28

Применение пленочных клеев, требующих высоких удельных давлений, приводит к уменьшению толщины склеиваемой детали вследствие уирессовки. Уменьшение толщины особенно сильно сказывается на толстых де­ талях. Естественно, больший интерес прояв­ ляется к клеям, усиленным меламино-фор­ мальдегидной смолой, которые не требуют применения высоких температур п давлений и дают очень стойкие против действия горя­ чей воды соединения.

Влияние проникновения клея в древесные материалы. Известно, что при склеивании фа­ неры клей может проходить к с-ередине паке­ та (внутрь) или наружу, пробивая верхние листы шпона. В обоих случаях (особенно при чрезмерном проникании клея) наблюдается полный пли частичный переход клея из кле­ евого шва в древесину, а в результате — раз­ рушение клеевого соединения.

Регулировать этот процесс можно измене­ нием вязкости, толщины клеевого слоя, темпе­ ратуры, давления и продолжительности сбор­ ки и вводом в клеевой раствор наполнителей, которые способствуют желатинированию. На­ пример, в смолу МФ-17 вводят наполнитель (древесную муку), назначение которого — за­ полнять поры в древесине, предотвращать тем самым пробитие смолы на поверхность. При­ менение древесной муки выгодно также эко­ номически.

На практике часто приходится склеивать шпон с высокой влажностью и перерезанными волокнами. В этом случае важно обращать особое внимание па предотвращение проника-

29