Теорeтические основы процесса склеивания древесины.

Процесс склеивания, особенно если учесть необходимость выполнения все возрастающих требований, предъявляемых к клеевым соединениям, достаточно сложен. Предпологая, что подготовка склеиваемых поверхностей проведена достаточно качественно, рассмотрим все остальные стадии процесса склеивания.
Перед нанесением на склеиваемые поверхности клей должен находиться в высоковязком или высокоэластичном состоянии. При этом смачивающая способность клея должна быть достаточно высокой, это одно из условий получения требуемого контакта клея с твердой поверхностью, при котором возможно появление сил взаимодействия между ними. Но если речь идет о склеивании, например, древесины, то для проникновения в них клея требуется сжатие склеиваемых поверхностей на весь период отверждения клея, в течение которого происходит нарастание его когезионной прочности.
На прочность клеевого соединения оказывает влияние и некоторые побочные явления, такие, как состояние склеиваемых поверхностей, толщина образуещегося клеевого слоя, величина возникающих в клее внутренних напряжений и другие.
Процесс образования прочного клеевого соединения по времени может быть достаточно длительным. Переход клея в твердое состояние еще не означает, что он приобрел максимальную прочность. Этот процесс в зависимости от условий склеивания, вида применяемого клея и условий эксплуатации клеевого соединения может протекать в течение нескольких десятков суток. Особенно это заметно на образцах, склееных холодным способом.
Одно из условий получения прочного клеевого соединения - наличае у клея хороших адгезионных свойств к склеиваемому материалу.
Причиной адгезии, с точки зрения термодинамики, является уменьшение свободной энергии на границе раздела двух материалов. Например, величину работы, затрачиваемой на отрыв друг от друга несмешивающихся жидкостей.
В настоящие время существуют методы, позволяющие определять величину каждого из поверхностных натяжений. Для характеристики адгезионных свойств клея ограничиваются определением работы W, потребной на отделение жидкого полимера (клея) от твердой поверхности, на которую он нанесен.

Данное уравнение неприменимо к случаю, когда жидкий полимер обладает способностью полного смачивания твердой поверхности (q = 0). Кроме того, некоторая трудность возникает при практическом измерении угла q, так как здесь имеет место явление гистерезиса, т.е. изменение величины угла во времени.
Учитывая сказанное, адгезию твердых тел друг к другу характеризуют величиной нагрузки, потребной для одновременного разрушения соединения по всей площади контакта (равномерный отрыв в направлении, перпендикулярном плоскости клеевого шва, или скалывание в направлении параллельном плоскости склеивания). Но строго говоря, практическое применение такого метода определения прочности адгезионной связи осложняется трудностью точного центрирования нагрузки по отношению к испытываемому образцу, как обязательной предпосылки равномерного распределения напряжений в клеевом шве.
При испытании адгезионной связи между гибкой тонкой пленкой и твердой поверхностью используют метод неравномерного отрыва. Характер разрушения склеек может быть различным: - адгезионным - когезионным - смешанным - микроскопичным
Наиболее ранняя гипотиза, посредством которой пытались объяснить возникновение адгезионной связи между клеем и склеиваемым материалом, была предложена Мак-Беном. По этой гипотезе клей, находящийся в высокоэластичном состоянии, заполняет все имеющиеся на поверхности склеиваемого материала поры, трещины и другие неровности, образуя между ними при затвердевании прочный клеевой слой. Многим из клеев при затвердивании свойственно явление объемной усадки, которая способствует стягиванию склеиваемых поверхностей. Следовательно, чем больше пористость склеиваемого материала и ниже вязкость клея, тем прочность склеивания должна быть выше. В действительности положение несколько иное. Проникновение клея в глубь склеиваемого материала полезно только до определенного предела, а применение низковязких клеев может послужить даже причиной образования прерывистого клеевого слоя, резко ослабляющего прочность соединения. Опыты показывают также, что достаточно высокая прочность клеевого соединения может быть достигнута и при склеивании гладких непористых поверхностей.
При склеивании древесины проникший в поры клей распределяется по внутренним их поверхностям, надежно соединяясь с древесиной. Попытки отделить образовавшиеся из клея полые цилиндры неизбежно приводят во всех случаях к их разрушению. Следовательно, причина образования прочной связи кроется в действии каких-то сил между клеем и склеиваемым материалом. Поэтому все теории как раз пытаются объяснить адгезию действием тех или иных сил.

Существует несколько таких теорий:

1. Механическая теория адгезии.
При нанесении адгезива на подложку под воздействием тепла и давления происходит проникновение молекул адгезива в поры и каналы субстрата и его отверждение. Сцепление отверждающего адгезива с подложкой обуславливается механическим заклиневанием адгезива в порах подложки.

2. Молекулярно-адсорбционная теория.
После нанесения жидкого адгезива на поверхность подложки под воздействием тепла и давления происходит миграция молекул адгезива к поверхности подложки. Молекулы адгезива адсорбируются и возникают силы межмолекулярного взаимодействия.

3. Электрическая теория адгезии.
Система адгезив-субстрат рассматривается как микроконденсатор, на обкладках которого формируется двойной электрический слой. Работа адгезии в этом случае представляет собой работу необходимую для разведения обкладок конденсатора. Чем больше скорость разведения обкладок, тем больше работа.

4. Диффузионная теория.
Молекулы адгезива и подложки представляются ввиде длинных макромолекул с большим количеством гибких концевых групп. При воздействии температуры и давления происходит сближение этих молекул и взаимная диффузия концевых групп. Образование клеевого мостика и обуславливает сцепление между адгезивом и подложкой.

5. Химическая теория.
Молекулы адгезива и субстрата представляют собой макромолекулы с большим количеством реакционно способных групп. При воздействии температуры и давления на систему происходит взаимодействие между этими группами (реакция поликонденсации).

6. Релаксационная теория.
При нанесении адгезива на подложку происходит релаксация внутренних напряжений в клею и в подложке в зоне контакта, в результате чего адгезив хорошо растелается и проникает в поры субстрата. При взаимодействии температуры и давления на систему в отвержденном клеевом соединении возникают внутренние напряжения, которые также релаксируют в процессе выдержки и эксплуатации склееного изделия.

Создание универсальной теории адгезии весьма заманчиво, так как в этом случае можно было бы решать многие вопросы: - определять пути синтеза клеящих полимеров - разрабатывать оптимальные режимы склеивания - предсказывать возможную прочность клеевых соединений и т.д. Но в последнее время все чаще высказывается мнение, что создание такой теории ввиду многообразия явлений, протекающих при склеивании различных по своей природе материалов и при разных условиях образования адгезионной связи, вряд ли возможно.


На главную
Продукция




Сайт создан в системе uCoz