Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Контрольная работа

по курсу

«Технология деревообрабатывающих производств»

Содержание

• Введение
• 1. Цели и задачи склеивания
• 2. Классификация клееной слоистой древесины. Комбинированная клееная древесина. Мировое производство клееной слоистой древесины и основные тенденции его развития
• 3. Классификация клееных материалов. Основные компоненты клея. Требования к клеям
• 4. Фенолоформальдегидные смолы и клеи на их основе. Процесс конденсации смол. Процесс отверждения смол
• 5. Физико-химические свойства фенолоформальдегидных клеев. Фенолоформальдегидные клеи холодного и горячего отверждения. Преимущества и недостатки фенолоформальдегидных клеев
• 6. Резорцинформальдегидные клеи, пленочные клеи
• 7. Клеи на основе карбамидоформальдегидных смол и их использование в деревообработке
• 8. Режим склеивания. Общие положения и характеристики
• 9. Типовой технологический процесс производства фанеры
• 10. Технологический процесс производства ДСтП (основные схемы технологического процесса). Типовой технологический процесс производства клееных деревянных конструкций
• Заключение

Литература

Введение

Древесина является органическим материалом и может быть подвержена химическому, физическому и биологическому воздействию. В связи с этим цель деревообрабатывающего производства - придание конечному изделию из древесины свойств, отвечающих требуемым, при ее эксплуатации, параметрам - механической стойкости, неизменности размеров, устойчивости изделия к изменениям влажности и температуры в помещениях.

К деревообрабатывающему производству относятся все процессы, связанные с механической обработкой, способами пиления, строгания, долбления, сверления, точения, шлифования древесины, а также процессы склеивания, сборки, отделки, и антисептирования древесины.

Современные технологии деревообрабатывающего производства упорядочены с целью получения продукции стабильно высокого качества. Это достигается использованием операционных технологических режимов и многочисленного типового оборудования - оборудования для раскроя брусков, форматных станков для обработки по периметру деталей, ленточнопильных станков для распиливания заготовок, строгальных и фрезерных станков для обработки базовых поверхностей. Затем в деревообрабатывающем производстве предусмотрено придание деревянным деталям определенной формы при помощи токарных станков, и шлифование всех плоскостей на шлифовальных станках. И это далеко не все - впереди у заготовки из древесины - сборочное и склеивающее оборудование, защитно-декоративная обработка и отделка для защиты древесины от агрессивных физических, химических и биологических агентов.

В контрольной работе даны четко структурированные ответы на вопросы. В процессе работы использовалась специальная учебная литература, а также статьи из периодических изданий по заданной тематике.

1. Цели и задачи склеивания

Склеивание является эффективным средством соединения деталей в одно изделие. Бесспорным преимуществом клеевых соединений является отсутствие ослабления сечений, следов коррозии от металлических скреп, а также незначительные материальные затраты.

При склеивании древесных деталей структура изделия становится более однородной. Кроме того, значительно снижается опасность коробления всего изделия и его элементов. Это объясняется ослаблением влияния пороков древесины и несовпадением направления ее волокон.

Склеивание в лесопильно-деревообрабатывающем производстве используется для решения трех основных задач:

1. Использование немерных по длине отрезков досок для получения полномерных пиломатериалов или заготовок;

2. Повышение качества низкосортных пиломатериалов за счет вырезки недопустимых дефектов и последующего склеивания качественных отрезков;

3. Получение продукции с новыми потребительскими свойствами, не характерными для стандартных пиломатериалов.

Склеивание по длине коротких отрезков досок применяется в любом лесопильном производстве, в котором производится оторцовка пиломатериалов после сушки и в любом деревообрабатывающем производстве, в котором производится раскрой пиломатериалов на заготовки.

Древесина обладает свойством склеиваться различными клеями. Склеиванием получают в столярном производстве детали любых размеров и форм, путем склеивания увеличивают прочность деталей, так как склеенные детали менее подвержены короблению и растрескиванию, чем детали из массива, улучшают внешний вид древесины, оклеивая ее тонкой фанерой ценных пород, соединяют детали в изделия. Способом склеивания из древесины получают материалы, во много раз превышающие ее естественную прочность. Таковы, например, клееная фанера, переклеенные щиты, столярные плиты, древесные пластики.

В общих чертах склеивание производится так: плотно подогнанные (прифугованные) поверхности намазывают раствором клея, прикладывают одну к другой и в таком положении сжимают (запрессовывают). Сжатие длится до тех пор, пока клей не застынет, т.е. пока не произойдет его «схватывание». слоистый древесина клей смола

Сущность склеивания состоит в том, что клей по фуге проникает в межклеточные и внутриклеточные пространства древесины, застывает там и таким образом как бы сшивает склеиваемые поверхности громадным количеством тончайших нитей. При этом между склеиваемыми поверхностями образуется очень тонкая клеевая пленка.

Прочность склеивания имеет важнейшее значение для качества столярных изделий. В то же время прочность склеивания - основной показатель качества самого клея. В практике прочность склеивания определяют раскалыванием склеенных образцов древесины по клеевому шву. Делают это стамеской.

Различают четыре характерных вида раскола: а) по древесине; б) по древесине-клею; в) по клею-древесине; г) по клею.

Раскол первого вида означает, что клеевой шов прочнее цельной древесины. Этот показатель прочности склеивания - наивысший.

За ним идет раскол - «по древесине-клею», показывающий, что раскалывание происходит больше по древесине у клеевого шва и меньше по самому шву. Раскол «по клею-древесине», наоборот, характеризуется тем, что раскалывание проходит больше по самому клеевому шву и меньше по древесине у шва. Следовательно, в данном случае прочность склеивания пониженная. Раскол «по клею» - показатель самого низкого качества склеивания.

Прочность склеивания зависит, во-первых, от вида и качества клея, во-вторых, от того, насколько правильно приготовлен клей к работе, и, в-третьих, от режима склеивания. Клеи для склеивания древесины подразделяются на три группы: клеи животного происхождения, клеи растительные и клеи из синтетических смол. В столярном деле с давних времен употребляются клеи животного происхождения - желатиновые: мездровый, костный и рыбий. Большое распространение получил казеиновый клей. Клеи из синтетических смол (КБ-3, ЦНИПС-2, К-17 и др.) стали применять в столярном производстве за последние 10-15 лет; благодаря их ценным свойствам эти клеи получают все более широкое применение.

2. Классификация клееной слоистой древесины. Комбинированная клееная древесина. Мировое производство клееной слоистой древесины и основные тенденции его развития

Клееная слоистая древесина состоит из склеенных между собой листов лущеного шпона, иногда в комбинации с другими материалами. К клееной слоистой древесине относят фанеру, фанерные и столярные плиты. Эти материалы широко используют в производстве мебели, тары, в строительстве, судо-, вагоно-, автомобилестроении, а также древесные слоистые пластики. Для изготовления клееной слоистой древесины применяют главным образом древесину лиственных пород, в частности березу. Связующие -феноло- или мочевино-формальдегидные смолы.

Комбинированная клееная древесина - это, как правило, фанерная плита со слоями шпона, изготовленными из древесины различных пород, расположенными симметрично относительно центрального слоя. Привлекательный внешний вид наряду с экономной ценой (за счет чередования слоев из хвойного и березового шпона) делают целесообразным использование комбинированной фанеры в мебельном производстве, внутренней отделке помещений и спортивных залов, оформлении конструкционных решений. Не намного уступая в прочности березовой, комбинированная фанера вместе с тем дешевле ее, одновременно объединяя в себе лучшие свойства хвойной и лиственной древесины. Обычно фанеру формируют из 3-5 листов шпона при взаимно перпендикулярном расположении волокон древесины в смежных листах. Это придает фанере повышенную прочность в различных направлениях, стабильность формы, что является несомненным преимуществом по сравнению с натуральной древесиной. Склеивание осуществляют различными клеями, от которых зависят свойства водостойкости фанеры.

В последнее время все большую популярность на мировом рынке строительных материалов и мебельной продукции приобретают изделия из клееной древесины. Процесс изготовления начинается с тщательной технической сушки досок хвойных и лиственных пород, разделенных по сердцевине, до необходимого уровня влажности (8-10%). Высушенные доски проходят раскрой по ширине через многопильный станок. Затем полученные ламели сортируются по прочности и качеству. В это же время маркируются и вырезаются дефекты. Далее производится сращивание заготовок по длине на открытый либо закрытый зубчатый мини-шип. После высыхания клея заготовки проходят чистовое строгание с четырех сторон. Клееная древесина широко применяется в современном производстве мебели и деревянных конструкций благодаря высокой прочности и высокому уровню качества.

Рассмотрим основные этапы производства клееного бруса и балок (рис.1):

Принципиальная схема клееного бруса Обеспечение влажности пиломатериалов в пределах 10%±2% и снятие внутренних напряжений Калибровка по пласти и ребрам. Придание правильных геометрических размеров и вскрытие дефектов Разметка и автоматическая вырезка дефектных мест Торцовка заготовок круглой пилой для их выравнивания и создания перпендикулярных торцов. Нарезание шипа с нанесением клея Сращивание заготовок с удаленными недопустимыми дефектами в «бесконечную длину». Торцовка ламелей на заданную длину. Острожка ламелей на четырехстороннем строгальном станке. Нанесение клея. Для склеивания используется влагостойкий клей на меламиновой основе. Склеивание обработанных ламелей прессованием с равномерно распределенным усилием. Торцовка бруса Калибровка клееного бруса и профилирование

У изделий, изготовленных из клееной древесины, появляются новые свойства:

- отсутствие усадки стен, растрескивания и коробления бруса. В домах из клееного бруса внутренние работы можно производить сразу же по окончании строительства;

- сохранение неизменной формы и геометрии в процессе эксплуатации, малая относительная объемная масса;

- хорошие теплоизоляционные характеристики (высокое качество сопрягающих поверхностей профилированного бруса создают стену, равную по теплоизоляционным свойствам сплошной) низкая теплопроводность;

- огнестойкость (за счет отсутствия пустот и трещин, обработки досок на стадии производства антисептиками и антипиренами) в 4-5 раз выше, чем у металлоконструкций;

- отличный внешний вид, эстетичность, экологическая чистота;

- высокое качество лицевых поверхностей, не требующих дальнейшей обработки;

- отсутствие недопустимых пороков древесины (черные выпадающие сучки, синева, гниль и т.д.);

- отсутствие эффекта растрескивания бруса;

- по сравнению с обычной древесиной, большая прочность и сейсмостойкость (идеально для изготовления несущих элементов и конструкций), высокая точность обработки деталей.

Склейка древесины бывает двух типов:

1. Торцевая - сращивание заготовок по длине на зубчатое соединение;

2. Продольная - склейка заготовок по пласти (пласть - более широкая, продольная поверхность пиломатериала).

Сращиванием называется соединение двух или нескольких деревянных элементов по горизонтали, при котором один из них является продолжением другого. Основное преимущество технологии сращивания заключается в том, что в качестве сырья используется древесина низких сортов, причем качество готовых изделий при этом, ничуть не страдает. Технология сращивания дает возможность избавиться от сучков, основной массы трещин, смоляных карманов и других пороков древесины. Получаемый сращенный массив благодаря использованию высококачественных клеев обладает прочностью в несколько раз выше, чем такое же изделие из цельного куска древесины (табл. 1).

Таблица 1 Сравнительная характеристика клееного и обычного (монолитного) бруса

Наименование операции или дефектов	Возможные последствия или состояния
	Клееный брус	Обычный (монолитный) брус
1. Обработка древесины в процессе ее острожки на станках	Идеально гладкая поверхность, не требует последующей отделки	После высыхания бруса требуется дополнительная механическая обработка для получения ровной поверхности
2. Наличие трещин	Допускаются по длине не более чем 1,5 см при незначительной ширине и глубине. Незаметны на внешней поверхности. Не влияют на прочность и теплопотери.	Достигают, после высыхания бруса, по ширине более 1см, глубине - 15см, длине- до 1,5 метров. Это приводит к большим теплопотерям.
3. Грибковые заболевания	Исключено на стадии производства	Возможно в процессе заготовки и хранения. Потеря эстетичности. Требуется дополнительная обработка химреактивами и шлифовка.
4. Температурные колебания	Не вызывают деформацию.	Возможна значительная деформация древесины из-за внутреннего или остаточного напряжения.
5. Червоточина, гниль	Исключается на стадии производства	Возможно в процессе заготовки и хранения. Вызывает нарушение силовой конструкции стропильно-балочной системы.
6. Винтообразное и дугообразное коробление	Исключается в процессе производства	Неравномерное или быстрое испарения влаги из-за большой толщины бруса.
7. Прочность в агрессивной среде	Близка к характеристикам алюминия и ПВХ	Изменение геометрической формы в значительных пределах.
8. Устойчивость к гниению	Под крышей - до 100 лет	Под крышей - до 100 лет
9. Осадка	0,5%	5-8% от объема
10. Теплоизолирующие свойства	Соответствует требованиям СНиП II 3-79 "Строительная теплотехника"	Требуется дополнительная теплоизоляция
11. Архитектурные возможности	повышенная несущая способность	ограничены несущей способностью
12. Максимально возможная длинна	12400 мм (при необходимости, возможно, стыковать брус)	5500 мм (при необходимости, возможно, стыковать бревна)

Склеивание по пласти используется при изготовлении клееного бруса: склеиваемых ламелей может быть от 2 до 5, что делает его достаточно «толстым». В Европе производят двухслойные и трехслойные клееные балки, название которых говорит само за себя: две доски склеивают друг с другом. При этом необходимо, чтобы одна из досок была приклеена сердцевиной наружу. Именно такая технология склеивания позволяет существенно минимизировать трещины в древесине. Кроме того, в области сердцевины, которая является лицевой стороной склеенной двухслойной балки, меньше всего дефектов, что отражается на эстетическом виде. Трехслойные балки отличаются лишь тем, что склеиваются не две, а три доски.

3. Классификация клееных материалов. Основные компоненты клея. Требования к клеям

В последнее время все большую популярность на рынке строительных материалов приобретают изделия из клееной древесины. Рассмотрим их более подробно.

1. Двухслойные и трехслойные клееные балки.

Название данного продукта помогает представить их способ производства, а именно: две доски склеиваются друг с другом. При этом необходимо, чтобы одна из досок была приклеена сердцевиной наружу. И это не случайно, так как именно такая технология склеивания позволяет существенно минимизировать трещины в древесине. Кроме того, в области сердцевины, которая является лицевой стороной склеенной двухслойной балки, меньше всего дефектов, что дает неоспоримое преимущество для продукции в эстетическом смысле. Процесс изготовления трехслойных балок повторяет процесс изготовления двухслойных балок, различие лишь в том, что в этом случае склеиваются не две, а три доски. Процесс изготовления проистекает так же, как и в случае с производством конструкционной древесины, при этом добавляется операция склейки ламелей по пласти и строгание балок. Область применения: рамочные конструкции, каркасные сооружения, стропила, опоры.

2. Многослойная клееная древесина

Многослойная клееная древесина одним своим названием определяет способ производства. Отдельные заготовки (доски) склеиваются по длине и толщине друг с другом. Область применения: навесы, зимние сады, стропила, балочные конструкции, мосты, складские, спортивные и производственные сооружения, опоры, стойки, перила, беседки и галереи.

Производство клееных и несущих деревянных элементов требует не только специальных технических знаний, но и специально оборудованных производственных площадей, специализированных станков и установок, а также мероприятий по контролю за качеством продукции, т.е. экспортироваться и использоваться в строительстве может только исключительно качественно изготовленная продукция.

Способы приготовления разных клеев и правила пользования клеями различны. В 1994 году половина всего мирового производства термореакгивных смол приходилась на формальдегидные смолы. Основными производителями их были США, Япония, Германия, Россия. В России в деревообработке используется примерно 85% выпуска карбамидных смол и только 15% фенолоформальдегидных. Клеи для склеивания древесины подразделяются на три группы: клеи животного происхождения, клеи растительные и клеи из синтетических смол. Животные клеи (коллагеновые) наиболее давно используются для склеивания древесины. Казеиновые и растительные белковые клеи, среди которых основное место занимают клеи из соевых бобов, начали широко применяться в промышленности во время первой мировой войны для склеивания пиломатериалов и шпона в изделиях, к которым не предъявлялись жесткие требования к водостойкости. Клеи природного происхождения продолжают сохранять важное место среди клеев для склеивания древесины. Клеи на основе кровяных белков применяются самостоятельно в сочетании с соевым белком или с небольшой добавкой фенольных смол для производства хвойной фанеры, используемой в нормальных температурно-влажностных условиях. Для бытовых целей и в небольших производственных мастерских используют готовые к употреблению жидкие животные или рыбные клеи. В промышленности применяют также казеиновые клеи, поставляемые в виде порошка.

Синтетические клеи начали применять перед второй мировой войной, но по своему значению они превзошли все прежние виды клеев для склеивания древесины. Фенольные клеи широко применяют в производстве фанеры хвойных пород, предназначаемой для эксплуатации в жестких условиях. Мочевинные клеи широко используют в производстве фанеры лиственных пород для мебели и внутренней отделки помещений. Резорциновые и фенолрезорциновые клеи применяют главным образом для склеивания пиломатериалов в изделиях, которые предназначаются для эксплуатации на открытом воздухе. По дивинил ацетатные эмульсионные клеи используют при изготовлении мебели.

1. Карбамидоформальдегидные смолы и клеи на их основе

Данные смолы впервые были синтезированы в 1929 году. Исходными материалами для них являются карбамид и формальдегид.

2. Меламиновые смолы и клеи на их основе

Меламин (C₃H₆N₆) при реакции с формальдегидом дает более развитую трехмерную структуру, чем с карбамидом. Это обуславливает более высокую прочность и долговечность клеевого соединения. Ввиду дороговизны меламина его используют как добавку к карбамидным смолам. Достаточная водостойкость клеевого соединения достигается при содержании меламина не менее 15-20% от общей массы клея. Отвердитель - хлористый аммоний (0,5-1,0%) или фосфорная кислота. В России промышленное производство меламина отсутствует и предприятия, выпускающие соответствующие смолы (в основном пропиточные), работают на импортном сырье. Мировые цены на меламиноформальдегидные смолы находятся в пределах 1500-1800 $/т.

3. Фенолоформальдегидные смолы и клеи на их основе

Фенолами называют соединения бензольного ряда, в которых один или несколько атомов водорода замещены гидроксильными группами. В зависимости от количества гидроксилов фенолы подразделяются на одно- и многоатомные. К одноатомным относятся фенол, крезол, ксиленол. К двухатомным - резорцин. В нашей стране фенолы в основном получают из нефтепродуктов. Возможно также использование сланцев, каменного угля и древесных отходов.

4. Резорциновые и фенолорезорциновые смолы

Резорцин является двухатомным фенолом C₆H₄(ОН)₂. Это бесцветное или слабо окрашенное кристаллическое вещество со слабым запахом. Температура плавления составляет 118°С, легко растворим в воде и спирте. Наличие двух функциональных групп ОН делает резорцин более высокореакционным веществом, чем обычный одноатомный фенол, что позволяет получать в результате реакции поликонденсации с формальдегидом клеевой шов более плотной объемной структуры с более высокими физико-механическими показателями.

5. Другие термореактивные клеи

К фенольным смолам относятся клеи типа БФ. Это совмещенные бутвар-фенольные клеи. Бутвар (поливинилбутираль) получают конденсацией поливинилового спирта с масляным альдегидом, а затем смешивают спиртовые растворы бутвара и фенолоформальдегидной смолы. Выпускают три марки клея:

Процесс приготовления клея включает перемешивание компонентов непосредственно перед его применением. Клей готовится в заранее определенном количестве, зависящем от его расхода и времени жизнеспособности. Необходимое количество компонентов клея указывается в паспорте клея. Дозирование компонентов выполняется весовым методом, но может использовать и объемный при условии его соответствия весовому. Нужно учитывать, что плотность синтетических смол обычно выше (примерно 1,25 г/см³), чем плотность водного раствора отвердителя (примерно 1,0 г/см³).

В зависимости от объема порции клея, приготовление ее проводится в специальных клеемешалках или в небольших емкостях при помощи ручных устройств на базе электро- и пневмодрелей и гайговертов. Наиболее эффективно использование автоматических смесителей-дозаторов, которые устанавливаются непосредственно у клеенаносящих устройств и готовят небольшие порции клея по мере его расходования.

Перемешивание компонентов клея должно производиться в течение 3-5 минут при скорости вращения устройств 40-60 мин. Температура клея при перемешивании не должна превышать 20°С. Клееприготовительные механизмы должны тщательно очищаться от остатков клея. Очистка может выполняться путем промывки теплой водой. Для термореактивных клеев возможна очистка путем прогрева загрязненных механизмов и емкостей и последующего удаления с них сухих остатков клея. Для прогрева используется специальные камеры, в которых поддерживается температура не ниже 40 °С. Отвердевший термореактивный клей легко отделяется от металлических, стеклянных и пластмассовых поверхностей.

Процесс приготовления клея определяет качество клеевых соединений и должен постоянно находиться под контролем производственной лаборатории контроля качества.

4. Фенолоформальдегидные смолы и клеи на их основе. Процесс конденсации смол. Процесс отверждения смол

Формула фенола (второе название - карболовая кислота) С₆Н₅ОН. Чистый фенол представляет собой бесцветное кристаллическое вещество с температурой плавления 43°С. Крезол дополнительно к гидроксилу (ОН) имеет метальную группу СН₃. Он может существовать в форме орто-, пара или метакрезола. Их смесь называется трикрезолом и представляет собой прозрачную маслянистую жидкость темно-коричневого цвета с сильным запахом. Температура кипения 187-203°С, плотность 1,03-1,06 г/см³.

При реакции фенола с формальдегидом могут быть получены как термопластичные (новолачные), так и термореактивные смолы в зависимости от соотношения исходных компонентов. При соотношении фенол: формальдегид в пределах 1:1-1:2 получают термореактивные смолы, при избытке фенола - термопластичные.

Фенолоформальдегидная смола - термореактивный полимер, который получают по реакции поликонденсации фенола с формальдегидом в присутствии кислот. Начало процесса поликонденсации можно представить следующим образом:

Образующаяся молекула может через молекулу формальдегида соединяться с другими молекулами фенола. Если процесс соединения происходит только в орото-положениях к ОН-группе, то образуется линейный термопластичный полимер. При нагревании этого полимера возможно соединение различных линейных цепей через пара-положение с образованием пространственных структур типа:

Фенолоформальдегидные смолы являются основой многочисленных клеевых композиций для склеивания металлов, древесины, пластических масс и ряда других материалов. Обладая хорошими адгезионными свойствами, фенолоформальдегидные смолы в твердом состоянии представляют собой весьма хрупкие продукты и поэтому в большинстве случаев используются в модифицированном виде.

Немодифицированные фенолоформальдегидные смолы применяются преимущественно при склеивании древесины и некоторых других пористых материалов. Клеи на основе немодифицированных фенолоформальдегидных смол изготавливаются преимущественно на основе фенолоформальдегидных смол резольного типа, отверждаемых при комнатных температурах с помощью кислых катализаторов. Для ускорения отверждения температуру можно повысить до 50-60 °С. В качестве кислых отвердителей чаще всего используют сульфонафтеновые кислоты (контакт Петрова). Скорость полимеризации при 150 °С не более 250 с. Срок хранения 6 месяцев.

Для модификации фенолоформальдегидных смол с целью получения клеев, пригодных для склеивания металлов и неметаллических материалов в силовых конструкциях, применяют различные синтетические каучуки и поливинилацетали. Разрушающее напряжение клеевых соединений при сдвиге при 20 °С - не менее 130 кгс/см², при 200 °С - не менее 40 кгс/см². Клеи на основе фенолоформальдегидных смол, модифицированных различными ацеталями поливинилового спирта, представляют собой высокопрочные клеящие композиции, которые в основном предназначены для склеивания металлов и неметаллических материалов.

Реакция поликонденсации проходит три стадии:

1) Резол - начальная стадия. Строение молекул линейное. Молекулярная масса 700-1000. Продукт хорошо растворим, при нагревании плавится.

2) Резитол - промежуточная стадия. Молекулы имеют пространственную структуру. Продукт не растворяется, а только набухает в органических растворителях. При нагревании только размягчается.

3) Резит - заключительная стадия. Продукт представляет собой твердое тело высокой прочности и твердости.

5. Физико-химические свойства фенолоформальдегидных клеев. Фенолоформальдегидные клеи холодного и горячего отверждения. Преимущества и недостатки фенолоформальдегидных клеев

Фенолоформальдегидные клеи получают на основе резольных фенолоформальдегидных смол. Хорошими клеящими свойствами обладают клеи с молекулярной массой 300-500. Клеями служат ацетоновые, спиртовые или водные растворы немодифицированных смол и пленки, изготовленные пропиткой волокнистых материалов (например, бумаги из сульфатной целлюлозы) спиртовым раствором смолы. Отверждаются при комнатной температуре под действием сульфокислот или в горячих прессах при 140-150°С. Клеевая прослойка работоспособна до 70-150°С (обычно до 100°С). Применяют для склеивания древесины, фанеры, пенопластов и др. материалов, при изготовлении слоистых конструкций, тары.

К группе фенолоформальдегидных клеев относятся также резорциновые и алкилрезорциновые клеи.

Фенолоацетальные клеи выпускают в виде растворов в спиртах, кетонах, смесях спиртов с ароматическими углеводородами или в виде пленок. Применяют для сборки силовых конструкций из металлов, стеклопластиков, керамики и др. материалов в промышленности и быту.

Эпоксидные клеи получают на основе эпоксидных смол и продуктов их модификации. Могут содержать отвердитель, наполнитель (порошки металлов, SiO₂, Al₂O₃ и др., волокна, ткани, сетки), эластификаторы (каучуки, термопласты, олигоэфиракрилаты), пластификаторы (фталаты, себацинаты), растворители (спирты, кетоны) реакционноспособные растворители (глицидиловые эфиры).

Полиуретановые клеи получают на основе изоцинатов и гидроксилсодержаших соединений, реагирующих с образованием полиуретанов. Могут содержать инициаторы отверждения (вода, спирты, водные растворы солей щелочных металлов и карбоновых кислот), порошкообразные наполнители (ТiO₂, ZnO, цемент), растворители (ацетон, спирты, хлорзамещснные углеводороды), добавки полимеров.

Карбамидные клеи получают на основе мочевино- и (или) меламино-формальдегидных смол. Могут содержать отвердители (карбоновые или минеральные кислоты), наполнители (активные - мука злаков, крахмал, производные целлюлозы; инертные-древесная мука, гипс), пластификаторы (диэтиленгликоль, резорцин), хлоропреновые латексы, термопласты. Готовят клеи растворением порошкообразных смол в воде с последующим смешением их водных растворов с др. ингредиентами. Отверждаются при комнатной температуре или в горячих прессах при 100-120°С.

Кремнийорганические клеи получают на основе кремнийорганических полимеров. Могут содержать: отвердитель (обычно органические пероксиды, амины, щелочи, силазаны), эпоксидные олигомеры, каучуки и др. орг. полимеры, повышающие эластичность и прочность клеевой прослойки, полиорганометаллосилоксаны, улучшающие термостойкость, эластичность и адгезию, наполнитель (асбест, BN, Cr₂О₃, ZnO и др.), растворитель (этилацетат, спирт, толуол и др.). Отверждаются в течение 2-3 ч при 150-270 ^оС, с помощью силазанов - при комнатной температуре. Применяют для склеивания металлов, теплостойких неметаллических изделий.

Полиэфирные клеи получают на основе ненасыщенных сложных полиэфиров - олигоэфиракрилатов и (или) полиэтиленгликольмалеинатов, олигокарбонатакрилатов. Могут содержать наполнитель (стекловолокно, SiO2, тальк, цемент) - мономеры (стирол, винилацетат, метилметакрилат, акриловая кислота, амиды ненасыщенных карбоновых кислот), полифункциональные соединения (аллиловые эфиры дикарбоновых кислот, триаллилцианурат), эпоксидные смолы, полиизоцианаты, загуститель (насыщенные полиэфиры). Их отверждают в присутствии инициатора, а в некоторых случаях и ускорителя (нафтената Со, третичных аминов). Применяют для склеивания полиэфирных стеклопластиков, термопластов, металлов, древесины, в производстве оптических изделий, мебели, машиностроении.

Акрилатные клеи получают на основе мономеров - акрилатов, цианакрилатов, реже их форполимеров и полимеров. Могут содержать наполнители (аэросил, кварцевая мука), пластификаторы (дибутилфталат, трифенилфосфат), модифицирующие добавки (синтетическиме смолы, каучуки, мономеры, например, стирол, винилацетат, акрилонитрил, акриловая кислота, диаллилфталат, глицедилметакрилат). Цианакрилатные клеи содержат также ингибитор полимеризации (гидрохинон). Склеивание происходит при 20-100°С или под действием УФ лучей.

Полиимидные клеи получают на основе полиамидокислот, олигоимидокислот, олигоимидов либо исходных соединений для их синтеза, превращающихся при отверждении в полиимиды. Могут содержать наполнители (алюминиевая пудра, асбест, стекловолокно), эластификаторы (каучуки) и термостабилизаторы. Выпускаются в виде вязких растворов. Отверждаются при 150-450°С и давлении 1-1,5 МПа в течение нескольких ч. Применяют в авиац. и космич. технике при сборке силовых конструкций из Ti, Be, легирированных сталей, термостойких неметаллич. материалов, напр, графита, керамики, стеклопластиков.

Полиакриловые клеи получают на основе полимеров акрилатов, метакрилатов и их сополимеров. Могут содержать наполнители (аэросил, цемент, мел), пластификаторы, полимеры (нитратцеллюлозы, канифоль, сополимер винилхлорида с винилацетатом). Применяют для склеивания стекол, термопластов, бумаги, тканей, в производстве тары.

Полиамидные клеи получают на основе полиамидов. Выпускают в виде жидкостей или твердых материалов (порошки, прутки, пленки и др.). Могут содержать растворители (спирты, вода, фенолы), пластификаторы (глицерин, касторовое масло), наполнители (порошки оксидов металлов, волокна). Применяют в машино- и приборостроении для соединения металлов между собой, а также с неметаллами, в производстве бумажной и картонной упаковки, для переплета книг, альбомов.

Поливинилацетальные клеи получают на основе поливинилацеталей. Могут содержать пластификаторы, модификаторы, повышающие теплостойкость.

Поливинилацетатные клеи - 25-70%-ные растворы поливинилацетата в спиртах, кетонах, эфирах, метиленхлориде, и его водные дисперсии (содержание полимера 35-60%). Выпускают в виде вязких жидкостей или паст. Обладают хорошев адгезией, дешевы, водные дисперсии негорючи и безвредны. Клеевые прослойки работоспособны до 40°С, топливо-, масло- и атмосферостойки, но имеют низкую водостойкость.

Поливинилхлоридные клеи получают на основе ПВХ, хлорированного ПВХ или сополимеров винилхлорида с винилацетатом и др. мономерами. Выпускают в виде растворов в кетонах, хлорирированных углеводородах, эфирах, ТГФ или дисперсии в пластификаторах (пластизольные клеи). Концентрация клеев-растворов составляет 10-30%, пластизольных клеев - не менее 90%.

Полиолефиновые клеи получают на основе гомо- и сополимеров этилена или полиизобутилена. Выпускают в виде гранул, пленок, лент, шнуров, порошка, волокон, а полизобутиленовый клей - в виде растворов в бензине). Полиэтиленовыми клеями соединяют по технологии склеивания клеями-расплавами при 200-210°С, полиизобутиленовыми по технологии склеивания контактными клеями. Наибольшее распространение получили клеи на основе сополимеров этилена с винилацетатом (склеивают при 110-140 °С в течение 15 сек).

Полиэфирные клеи получают на основе насыщенных сложных полиэфиров, например, продуктов взаимодействия этиленгликоля и бутиленгликоля с терефталевой, себациновой, орто-фталевой кислотами. Склеивают по технологии склеивания клеями-расплавами. Клеевые прослойки водо- и атмосферостойки, работоспособны от - 60 до + 150 °С. Применяют для склеивания пленок и тканей п полиэтилентерефталата, а также других термопластов.

При склеивании древесины применяют резольные смолы горячего и холодного отверждения (табл. 2).

Таблица 2 Рецепты фенольных клеев горячего отверждения

Компонент	Рецепт 1	Рецепт 2
Смола СФЖ-3014, ?3013 Комбинированный отвердитель В том числе: двухромовокислый калий двухромовокислый натрий карбамид	100 15-20 2-3 2-3	100 6-8 2-3 2-3
Время отверждения: при 100°С при 20°С	37-45с 8-12ч	30-35с 8-12ч

Смолы горячего отверждения имеют повышенную щелочность и непригодны для холодного склеивания. При горячем склеивании фенольными смолами отвердитель не требуется. Катализатором реакции является высокая температура, и понятия клей и смола здесь идентичны. При холодном склеивании отвердителем являются сульфонафтеновые кислоты (так называемый «контакт Петрова») в количестве до 20 % и более. Однако по экологическим соображениям выпуск сульфонафтеновых кислот в последнее время прекращен и на смену им выпускается для этих целей диэтиленбензосульфокислоты (БСК).

Преимущества фенольных смол по сравнению с карбамидными - высокая водо- и атмосферостойкость клеевых соединений. Недостатки клеев - более высокая цена, малая скорость отверждения, более высокая токсичность. Клей дает темный клеевой шов, имеется опасность кислотного повреждения древесных волокон, некоторые марки клеев требуют подсушки после нанесения. Фенольные смолы применяются в основном для производства водостойкой фанеры горячим способом, а также для пропитки шпона в производстве бакелизированной фанеры и древесно-слоистых пластиков.

Клеи из синтетических смол по сравнению с другими видами клеев обладают рядом существенных технических и экономических преимуществ:

1) клеи абсолютно водостойки и грибостойки;

2) склеивание получается более прочным;

3) способы приготовления клея просты по выполнению и непродолжительны по времени;

4) режимы склеивания несложны и почти стандартно одинаковы;

5) выдержки перед запрессовкой могут быть довольно длительными;

6) выдержка под прессом требует немного времени, а при подогревании запрессованного материала она может быть еще уменьшена;

7) выдержка склеенного материала после запрессовки сравнительно невелика и нужна только для полного схватывания клея; увлажнения древесины по клеевому шву при склеивании не происходит или оно очень незначительно;

Однако клеи из синтетических смол имеют недостатки:

1) мала рабочая жизнеспособность большинства клеев (некоторое увеличение жизнеспособности клея достигается его охлаждением в процессе приготовления и при работе с ним);

2) при склеивании некоторыми смоляными клеями необходимо применять высокую температуру (до 160°) и довольно высокое давление;

3) некоторые клеи обратимы, т.е. обладают свойством размягчаться и даже плавиться при нагревании (обратимость смоляных клеев уменьшают введением в их состав отвердителей - керосинового контакта Петрова, щавелевой кислоты),

4) водоупорность карбамидных клеев уменьшается под действием горячей воды;

5) смоляные клеи токсичны (ядовиты).

Несмотря на перечисленные недостатки, синтетические клеи, обладающие многими весьма ценными свойствами, несомненно, будут применяться в столярном производстве все шире и шире. В этом отношении большое значение имеет продолжающееся совершенствование существующих синтетических клеев, а также изобретение новых.

Модификация фенолоформальдегидных смол возможна с помощью следующих добавок:

а) Синтетический каучук. Для смол СФЖ - 3013-3014, применяемых для производства водостойкой фанеры из древесины хвойных пород, добавка составляет до 7 м. ч. каучука, который хорошо стабилизирует вязкость клея и дает хорошее качество холодной подпрессовки и горячего склеивания.

б) Лигнинная мука. Применяют муку помола 140 с насыпной плотностью 300-400 кг/м³ в количестве до 5 м. ч.

в) Жидкие и твердые лигносулыронаты. Могут заменить до 20% фенола при производстве фенольных смол.

Помимо однокомпонентных (то есть без отвердителя) фенольных клеев горячего отверждения, находят применение клеи с отвердителями, которые повышают степень поликонденсации связующих и сокращают цикл прессования. Для смол СФЖ-3014, СФЖ-Н, Экстер-417 и Экстер-442 можно использовать углекислый калий (К₂СО₃) в виде 50%-ного раствора или комбинированный отвердитель (КО), который готовят путем растворения двухромовокислого калия или натрия в воде, нагретой до 60 С. Туда же загружают карбамид до полного растворения.

Аналогичную роль играет и модифицирующе-отверждающая добавка - смола РМ-1 с комбинированным отвердителем в соотношении (75...90): (10...25) в количестве до 5 м. ч. Среди наполнителей для фенольных смол горячего отверждения используется мел (3-12 м. ч.), древесная или пшеничная мука (3-6 м. ч.), карбоксиметилцеллюлоза (3-6 м. ч.), уротропин (3,5 м. ч.). Мел и древесная мука придают клею нужную вязкость, пшеничная мука-необходимую липкость и повышение качества клеевого шва.

6. Резорцинформальдегидные клеи, пленочные клеи

Резорцин является двухатомным фенолом C₆H₄(ОН)₂. Это бесцветное или слабо окрашенное кристаллическое вещество со слабым запахом. Температура плавления составляет 118°С, легко растворим в воде и спирте. Наличие двух функциональных групп ОН делает резорцин более высокореакционным веществом, чем обычный одноатомный фенол, что позволяет получать в результате реакции поликонденсации с формальдегидом клеевой шов более плотной объемной структуры с более высокими физико-механическими показателями.

Чистые резорциноформальдегидные смолы являются термопластичными. Их основное преимущество перед фенольными заключается в том, что они отверждаются в щелочной среде и имеют более высокую концентрацию (60-65%). При холодном склеивании отвердителем является параформальдегид (параформ) - (СН₂О)_п, добавка которого создает избыток формальдегида и делает смолу термореактивной. К таким смолам относится ФР-12, используемая для клееных деревянных конструкций и удобная для склеивания в поле ТВЧ. Однако эта смола очень дорога ввиду дефицитности резорцина (примерно в 8 раз дороже фенольных смол).

Фенолорезорциновые и фенолоалкилрезорциновые смолы также отверждаются параформом и по качеству не уступают резорциновым клеям. Сюда относятся смолы марок ФРФ-50 и ДФК-14 с содержанием резорцина до 50%. Смола ФРФ-50 содержит мало свободного фенола и вовсе не содержит горючих растворителей. Срок хранения смол - до 6 месяцев. ДФК-14 несколько уступает по прочности, но в остальном имеет те же области применения - склеивание деталей строительных конструкций из хвойной древесины холодным или теплым способом.

Клеи данного типа отверждаются с выделением тепла, поэтому клееприготовительное оборудование должно иметь систему охлаждения. Жизнеспособность клеев при температуре 20°С составляет всего 1,5 часа.

Алкилрезорциновые смолы марок ФР-100 или ДФК-1АМ получают при термическом разложении горючих сланцев (разработчик - Таллиннский политехнический институт). Они вдвое дешевле резорциновых клеев и полностью обеспечены сырьевой базой. Срок хранения - в 3 раза выше, чем у фенольных смол. Новая технология синтеза позволяет получать смолу ФР-100 с концентрацией до 58,6% и содержанием свободного формальдегида не более 0,12%. Кислотность (рН) среды составляет около 8, жизнеспособность клея-2 часа 45 минут, прочность при скалывании до 7,4 МПа.

Отвердитель (параформ) поставляют в виде порошка с добавкой древесной муки (до 15%). Древесная мука является наполнителем, который повышает эластичность клеевого шва, предотвращает комкование параформа и способствует появлению тикстропного эффекта, то есть способности клея удерживаться на вертикальной поверхности.

ФАРФ-60 - смола новолачного типа, продукт поликонденсации метшюльных производных фенола и алкилрезорциновой фракции на основе параформальде-гида. Представляет собой однородную жидкость темно-коричневого цвета. Поставляется вместе с отвердителем (пылевидный порошок серовато-белого цвета) в соотношении смола: отвердитель 100:12. Клей применяется для склеивания фанеры и древесины в поле токов высокой частоты.

ФР-12 - смола новолачного типа, продукт конденсации резорцина с формальдегидом. Представляет собой однородную прозрачную жидкость от красноватого до темно-коричневого цвета. Отвердитель - на основе параформальдегида. Компоненты поставляются комплектно в соотношении смола: отвердитель 100:13,5. Клей применяется для склеивания древесины и других материалов при комнатной температуре и при нагреве до 120°С.

ФР-100 - продукт конденсации алкилрезорциновой фракции с формальдегидом и ФРФ-50К - продукт конденсации метилолфенолов с резорцином. Поставляются вместе с отвердителем на основе параформальдегида. в соотношении смола: отвердитель 100:13,5. Клей применяется для склеивания древесины и других материалов при комнатной температуре.

Пленочный клей состоит из бумажной ленты, пропитанной фенольноформальдегидной смолой. Толщина бумаги 0,03-0,04 мм, вес листа размером 1 м² - 20-22 г. Пленка выпускается в рулонах шириной 1570 мм и более известна под наименованием бакелитовой пленки, бакелитового клея.

Клеевую пленку закладывают между склеиваемыми поверхностями древесины. Склеивание происходит при нагревании клеевого шва до 145-150° и давлении в 20-25 кг/см². Клеевой шов отличается высокой прочностью, водоупорностью и абсолютной грибостойкостью. Фенольноформальдегидная клеевая пленка образует шов темного цвета.

За последнее время разработаны способы изготовления клеевых пленок из карбамидных и водорастворимых смол. Карбамидные пленочные клеи образуют бесцветный (незаметный) клеевой шов.

7. Клеи на основе карбамидоформальдегидных смол и их использование в деревообработке

Наибольшее распространение в деревообрабатывающей промышленности, в частности при изготовлении мебели и других изделий из древесины, нашли карбамидоформальдегидные клеи, получаемые на основе карбамидоформальдегидной смолы различных марок. В качестве основного сырья при синтезе смолы применяют мочевину (карбамид) и формальдегид или его водный раствор - формалин. Для склеивания используют обычно жидкие смолы 65-70%-ной концентрации. Карбамидоформальдегидные клеи (КФ-клеи) обеспечивают высокую прочность склеивания, обладают высокой водостойкостью и абсолютной биологической стойкостью. Жизнеспособность их 2-10 и зависит от марки смолы, количества отвердителя и температуры клеевого раствора (табл. 2).

Таблица 2 Свойства некоторых карбамидных смол

Для повышения эксплуатационных качеств КФ-смолы модифицируют специальными добавками или подвергают некоторым физическим воздействиям. Наиболее распространенными добавками являются:

1) меламин (С₃Н(^₆), который при реакции с формальдегидом дает развитую трехмерную структуру. Ввиду дороговизны меламина его добавка составляет не более 50-100% от количества карбамида. В результате получают смолы марок ММС и ММФ. Эти смолы обладают стойкостью к кипящей воде, как и фенольные, но отверждаются быстрее;

3) латекс (водно-каучуковая дисперсия) также повышает эластичность клеевого шва, его водо- и теплостойкость. Добавка - до 20%;

4) резорциномеламиноформальдегидная смола РМ-1 служит как добавка к чистым карбамидным смолам для получения водостойкого клея «Карбофан». Добавка составляет 15-20%. Модифицированная смола применяется для получения водостойкой фанеры-образцы после кипячения в течение 1 часа имеют прочность не ниже 1,2 МПа, а после 40 циклов испытаний на атмосферостойкость - не ниже 70% от начальной. Рецептура клея: смола КФ-Ж 100 м. ч., РМ-1 13-20 м. ч., хлористый аммоний 0,5-1,0 м. ч., каолин до 5 м. ч. Сухой остаток клея 50-54%, рН 7,0-7,1, время отверждения при горячем склеивании 50-120 с.

5) аэросил технический (отход при производстве фтористого алюминия) может служить активным наполнителем, который снижает усадку клея на 40%,время отверждения при горячем склеивании уменьшается на 40%, а при холодном - в 1,5-2 раза. При этом возможно снижение температуры плит пресса со 120 до 95-100 °С при том же времени отверждения.

Карбамидные клеи выпускаются в виде растворимых в воде порошков и в виде готовых растворов. Этими клеями можно склеивать древесину любой влажности. По прочности склеивания и грибостойкости они не уступают клеям фенольноформальдегидным, но водостойкость их несколько меньше. Чувствительность к повышенной температуре одинакова у тех и других. Довольно широкое применение имеют жидкий клей КМ-12 и порошкообразный клей КМ-3. Клей КМ-3 приготовляют к работе примерно так же, как казеиновый клей в порошке. Наибольший интерес для столярного производства, в частности мебельного, представляет карбамидный клей К-17, выпускаемый в виде светлобурой пасты. Этот клей обладает высокой водостойкостью, не подвержен загниванию, на цвет древесины не влияет.

Для получения клеевой массы сначала смешивают смолу К-17 с водой (на 100 весовых частей смолы берут 6,6 части воды), затем при непрерывном помешивании вливают отвердитель (10-процентный раствор щавелевой кислоты), которого берут в количестве 21 части. После этого смолу продолжают размешивать в течение 10-15 мин. Прочность склеивания клеем К-17 очень высокая - до 150 кг/см2. Клеевой шов почти не заметен, от усадки не растрескивается.

8. Режим склеивания. Общие положения и характеристики

Технологический процесс изготовления пилопродукции с клеевыми соединениями предусматривает выполнение следующих основных операций:

подготовка полуфабрикатов к склеиванию, включающая операции

сушки и раскроя пиломатериалов на заготовки, а в отдельных случаях калибровки заготовок по толщине;

приготовление клея;

склеивание заготовок по длине, ширине и толщине;

контроль качества продукции и технологического процесса.

Технологический процесс склеивания осуществляется в определенной последовательности и включает следующие операции: подготовку склеиваемых материалов; нанесение клея; прессование и выдержку под давлением; выдержку после склеивания.

Под режимом склеивания понимают совокупность условий, которые необходимо соблюдать при выполнении всех операций. Основными условиями, определяющими режим склеивания, являются: температура и влажность воздуха в помещении; влажность и состояние склеиваемых поверхностей древесины; количество клея, наносимого на единицу склеиваемой поверхности; давление при склеивании и продолжительность выдержки под давлением; температура склеивания; время выдержки деталей после склеивания.

Температура воздуха в помещении, где производят склеивание, оказывает влияние на жизнеспособность клеев, способность желатинировать и смачивать (пропитывать) древесину. Для глютиновых клеев температура в помещении должна быть не ниже 25°С (лучше 25-35°С), так как при охлаждении они застудневают и теряют способность смачивать древесину. При склеивании казеиновыми и синтетическими клеями, рабочие растворы которых чувствительны к повышению температуры, температуру в помещении рекомендуется поддерживать 15-20°С.

Влажность древесины в значительной степени влияет на качество склеивания. Для массивной древесины влажность должна быть 6-15%, шпона - 5-9, древесных слоистых пластиков - 4-6%. Конечная влажность массивной древесины для мебельных изделий (8 ± 2)%, для столярно-строительных - 10-12%. Так как на влажность древесины оказывает влияние относительная влажность окружающего воздуха, в помещении должна поддерживаться нормальная влажность - 60-65%.

...