Добавленная стоимость древесины, прочность клеевого шва
М. Мохаммад, «Форинтек», Канада
Торцевое сращивание
Мы не одиноки во вселенной. О ценности процесса торцевого сращивания думает помимо нас еще и Канадский комитет по национальным ресурсам. Предлагаем вашему вниманию обзор научной литературы, составленный нашими североамериканскими коллегами, посвященный вопросу прочности клеевого шва. Материал на первый взгляд отличается редкостным занудством, но те, кто смогут его одолеть, обрадуются тому, что тема, которую мы привычно объясняем «на пальцах», изложена с научной педантичностью. Плюс кое-что новое. Прим. Ред. - :)
Влияние содержания влаги и температуры на рабочие свойства срощеной древесины
Процесс сращивания древесины достаточно сложен и требует многочисленных усилий для того, чтобы оценить пригодное и оптимальное состояние соединяемых деталей. Известно, что на прочность соединение влияет множество факторов. Некоторые относятся к собственно древесине, такие, как порода, плотность, наличие естественных дефектов, содержание влаги (МС), температура и пособность к склеиванию. Другие относятся к обработке древесины, включая типы клеев и процессы склеивания, такие как состояние режущего инструмента, время выдержки и рименяемое при сборке давление.
В секторе деревообрабатывающей промышленности, непосредственно связанном с торцевым сращиванием, растет озабоченность по поводу того, как содержание влаги и температура древесины влияют на качество конечного продукта, особенно в свете появления новых типов клеев. Как мы привыкли полагать, МС древесины в продукции, изготовленной из клееных деталей, должно быть близко к равновесному содержанию влаги (ЕМС), под влиянием которого изделие будет находиться на протяжении срока службы. Среднее ЕМС изделий из древесины, работающих на открытом воздухе, на Севере США и юге Канады, (наша средняя полоса – ред.) находится в районе 12% и ранжирует от 7% до 14%. Разница МС у деталей в одной сборке необходимо сводить к минимуму. Некоторые исследования указывают на то, что эта разница не должна превышать 5%; за этим пределом дальнейшее высыхание и усадка в процессе эксплуатации могут вызвать развитие напряжений в зоне склеивания, настолько сильных, чтобы порвать изделия по клеевому шву или рядом с ним.
Сезонные изменения температуры также случаются довольно часто, особенно в Северной Америке (sic! – ред). Рекомендуемая температура древесины, предназначенной для торцевого сращивания с помощью общепринятых промышленных клеев (т.е. фенол-резорцинол-формальдегида (PRF), резорцинол-форгмальдегида (RF) находится в области 15 градусов по Цельсию, за исключением тех случаев, когда метод сращивания допускает более низкую температуру. Несмотря на то, что заготовки для торцевого сращивания обычно поступают в качестве обрезков деталей, высушенных до стандартной влажности (
Как именно содержание влаги и температура древесины влияют на прочность клеевого шва? Существенные вариации в содержании влаги как внутри отдельно взятого отрезка доски, так и между разными деталями не являются чем-либо необычным в партии высушенной в сушильной камере древесины, благодаря естественному непостоянству древесины, трудностям контролирования процесса сушки и изменениям в окружающей среде, предшествующим сращиванию. Доски из середины штабеля будут претерпевать меньшие изменения МС, вызванные переменами окружающего климата, по сравнению с досками, которые находились сверху или по бокам штабеля.
Известно, что влажность и температура древесины именно в момент склеивания наиболее влияют на качество соединения. Поскольку концы соединяемых деталей преимущественно состоят из торцевого волокна, контроль за проникновением клея становится весьма критичным. Для создания хорошей структуры необходимо достичь оптимальной глубины проникновения. Две современные научные школы по-своему объясняют причину плохих результатов применения клеев на водной основе (т.е. фенол-фор-мальдегидных (PF), RF, PRF и меламинмочевина-формальдегидных (MUF) в связи с высоким МС древесины.
Вы еще здесь? – Ред:-)
Одно из исследований показало, что если в древесине содержится излишнее количество влаги (выше точки насыщения волокон), она абсорбирует меньшее количество воды и клеящего вещества. Это приводит к излишней активности адгезива, приводящему к его вытеснению при приложении давления, что дает чересчур тонкий клеевой шов. С другой стороны, имеющиеся исследования показывают, что при высоком МС адгезив, остающийся в шве после давления, подвергается растворению и, таким образом, будучи абсорбированным древесиной, приводит к обедненному клеевому шву. При низком МС (ниже 6%) исследования показали, что клей пересыхает, поскольку большая часть влаги мигрирует в древесину, оставляя гранулированный адгезив. «Толстый» клеевой шов возникает из-за недостаточного проникновения. Другие исследователи также изучили взаимоотношение МС и время выдержки, и обнаружили, что продолжительность выдержки увеличивается в случаях работы с древесиной с высоким МС. Вне зависимости от типа приводимых объяснеий, все источники указывают на тот факт, что слабость клеевого соединения связана с высоким МС.
Увеличение температуры древесины посредством нагрева шипового соединения ускоряет полимеризацию термоусаживаемых адгезивов. Нагрев увеличивает вязкость, таким образом уменьшая чрезмерное проникновение адгезива во влажную древесину. Однако слишком сильный нагрев может привести к преждевременному схватыванию клея, тем самым создавая условия для недостаточного проникновения. С другой стороны, холодная древесина может замедлить реакцию полимеризации, поддерживая низкую вязкость на протяжении длительного отрезка времени, и привести к чрезмерному проникновению.
Важно упомянуть, что МС и температура древесины могут косвенно влиять на остальные переменные процесса, что в свою очередь повлияет на прочность соединения.
Изготовители продукции из срощеной древесины
должны знать, как содержание влаги и температура воздействуют на качество конечной продукции, особенно при появлении новых видов клеев.
Чувствительность традиционных адгезивов к вариациям содержания влаги
Традиционные PRF и RF адгезивы относительно толерантны к высокому МС при выдержке при комнатой температуре. Практический опыт, равно как и научные исследования, показывают, что при использовании PRF и RF адгезивов, величина МС до 25% не влияет на адгезию или прочность шва. По факту, слабый шов чаще встречается при слишком низком МС по данным некоторых исследований) и МС величиной 8-10% считается нижним пределом для эффективного склеивания мягких пород древесины. Более низкие значения предела прочности на разрыв (UTS) и модуля разрыва (MOR) связаны с МС 8%, по сравнению с МС 12% и 14%. Более того, при МС 8% соединение чаще разрушается по клеевому шву, а не по древесине.
Сравнение полимер-эмульсионного полиуретана (РЕР) с фенол-резорциноловым формальдегидом (PRF)
Недавно было завершено совместное исследование лаборатории Forintec Eastern и Centre de recherch sur le bois
Университета Лаваль в отношении влияния МС и температуры на прочность узла торцевого сращивания ели черной (Picea mariana). Заготовки сечением 2 х 3 дюйма, не сушеные, с разным МС (12, 16 и 20%) выдерживались при разных температурах (-5, 5, 12 и 20 градусов Цельсия) до сращивания. В исследовании применялись два типа клея: полимер-эмульсионный полиуретан (РЕР) и новая быстросхватывающаяся формула фенол-резорцинолового формальдегида (PRF). Все образцы были проверены на прочность после 24-х часовой выдержки при комнатной температуре, для выявления их предела прочности при растяжении (UTS). Также проводился микроскопический анализ клеевого шва с целью оценки проникновения адгезива в древесину по завершении выдержки.
Результаты исследования показали, что МС срощеной ели черной имеет большее влияние на предел прочности при растяжении, нежели температура, для ряда поставленных условий и типов исследованных адгезивов (РЕР и PRF). Воздействие температуры было более выраженным для не сушеной древесины для обоих типов адгезивов. Результаты также показали, что наиболее благоприятными условиями для РЕР является МС от 12 до 16% и от 5 до 20 градусов Цельсия, в то время, как оптимум МС для PRF лежит в районе 16%. Так же было обнаружено, что при высоком содержании влаги адгезивы RPF действуют лучше, чем РЕР. Результаты паредставлены на графиках.
Уважаемые читатели,
Общеизвестно, что практика — критерий истины. Редакция журнала «GE-News», да и вся ГК «Глобал Эдж» будут весьма признательны вам за ваше мнение по поводу данной статьи, особенно если вы на деле практикуете торцевое сращивание. Особенности применения разных адгезивов к различным породам дерева будут переданы без рекламного характера. Мы все в одной лодке. Пишите.
