Исследование свойств клеевых соединений древесины, образованных поливинилацетатно-карбамидно-формальдегидными композициями
Ассортимент адгезивных материалов, используемых на сегодня в процессе склеивания в зависимости от вида материалов и требований, предъявляемых к готовым изделиям. Влияние на эксплуатационные характеристики клеевых соединений древесины совмещения деталей.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 31.01.2019 |
| Размер файла | 53,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Исследование свойств клеевых соединений древесины, образованных поливинилацетатно-карбамидно-формальдегидными композициями
Одной из важных проблем деревообрабатывающей и мебельной отраслей производства является отсутствие универсальных клеевых композиций. На сегодняшний день для реализации процесса склеивания в зависимости от вида материалов и требований, предъявляемых к изделиям, используют большой ассортимент адгезивных материалов. Хотя только некоторые из них нашли широкое применение за совокупность положительных характеристик, существенно превосходящих их недостатки. И именно к таким клеям относятся композиции на основе ПВА дисперсий и карбамидоформальдегидных смол.
Однако в связи с постоянным повышением экологических требований, применение феноло-, меламино-, карбамидоформальдегидных и других термореактивных олигомеров в деревообработке или сокращается, или не находит новых сфер применения. В свою очередь, наращиванию объемов использования термопластичных клеевых композиций на основе ПВА дисперсий препятствует целый спектр неудовлетворительных характеристик соединений на их основе, связанных с природой полимера-основы. И если низкую водо- и теплостойкость можно частично или полностью устранить при разработке клеев по классам долговечности D3, D4 (в соответствии с EN 204 2001 «Classification of thermoplastic wood adhesives for non-structural applications»), то текучести полимера (ПВА) при статических нагрузках, даже в таких композициях устранить не удается [3].
Поэтому целью работы является изучение влияния на эксплуатационные характеристики клеевых соединений древесины совмещения КФС и ПВА дисперсий отечественного производства. Дополнительным веществом для модифицирования избран ПВС, как полимер, присутствующий в ПВА дисперсиях, исполняющий функции защитного коллоида (эмульгатора), являющийся реакционно способным и пригодным к формированию клеевых соединений древесины.
Для формирования соединений использовались древесина дуба и следующие клеевые материалы: ПВАД-51П пластифицированная дибутилфталатом в количестве 15% изготовлена в соответствии с ТУ У 24.3-25101682-010-2004; КФС с отвердителем - щавелевая кислота и 25%-й водный раствор ПВС Selvol 325.
Определение показателя прочности до и после испытаний осуществлялось в соответствии с ГОСТ 15613.1-84, а циклические температуро-влажностные испытания реализовывались в соответствии с ГОСТ 17580-82.
Применение карбамидо-формальдегидных олигомеров для регулирования свойств ПВА дисперсий (и наоборот) изучается длительное время [1,2], хотя в последние годы такие исследования существенно сократились, поскольку удалось получить водостойкие термопластичные композиции на основе водных дисперсий ПВА [4]. Однако поскольку такие клеи по большей части являются иностранного производства, то целесообразно изучить поведение современных ПВА дисперсий отечественного производства (которые не соответствуют высоким требованиям по водостойкости) при введении в них КФС для холодного склеивания.
С целью охвата различных вариантов совмещения термопластичных и термореактивных клеевых материалов составлено матрицу планирования, представленную в таблице 1. По установленным соотношениям компонентов для каждой группы опытов готовились соответствующие композиции.
клеевой древесина адгезивный
Таблица 1. Процентное соотношение между компонентами исследуемых клеевых смесей
|
№ опыта |
Содержание клеящих веществ в исследуемой композиции, % |
№ опыта |
Содержание клеящих веществ в исследуемой композиции, % |
|||||
|
q1(ПВАД) |
q2(КФС) |
q3(ПВC) |
q1(ПВАД) |
q2(КФС) |
q3(ПВC) |
|||
|
1 |
100 |
0 |
0 |
9 |
0 |
0 |
100 |
|
|
2 |
75 |
0 |
25 |
10 |
0 |
25 |
75 |
|
|
3 |
50 |
0 |
50 |
11 |
0 |
50 |
50 |
|
|
4 |
25 |
0 |
75 |
12 |
0 |
75 |
25 |
|
|
5 |
0 |
100 |
0 |
13 |
33,3 |
33,3 |
33,3 |
|
|
6 |
25 |
75 |
0 |
14 |
25 |
37,5 |
37,5 |
|
|
7 |
50 |
50 |
0 |
15 |
37,5 |
25 |
37,5 |
|
|
8 |
75 |
25 |
0 |
16 |
37,5 |
37,5 |
25 |
Формирование соединений древесины дуба осуществлялось в лабораторных условиях на одноэтажном прессе за нормативными режимными параметрами для холодного склеивания. Форма и размеры образцов соответствуют типу «б» по ГОСТ 15613.1-84, а результаты испытаний прочности на скалывание вдоль волокон до и после температурно-влажностных испытаний приведены в таблице 2.
Таблица 2. Результаты испытаний клеевых соединений древесины дуба
|
№ опыта (рецептуры) |
Прочность на скалывание вдоль волокон после соответствующего цикла испытаний, ф МПа |
|||||||
|
Контрольные образцы |
1 |
2 |
3 |
5 |
10 |
20 |
||
|
1 |
11,07 |
7,2 |
5,34 |
1,83 |
0 |
0 |
0 |
|
|
2 |
8,04 |
7,69 |
4,09 |
2,83 |
1,21 |
0 |
0 |
|
|
3 |
6,08 |
2,62 |
1,85 |
0,91 |
0,74 |
0 |
0 |
|
|
4 |
10,69 |
8,1 |
6,02 |
2,63 |
1,56 |
0 |
0 |
|
|
5 |
11,56 |
11,14 |
9,56 |
5,49 |
4,97 |
4,91 |
4,72 |
|
|
6 |
12,25 |
12,27 |
6,1 |
4,21 |
3,86 |
3,92 |
3,84 |
|
|
7 |
11,94 |
8,62 |
5,45 |
5,04 |
4,69 |
3,29 |
2,07 |
|
|
8 |
11,12 |
6,74 |
4,54 |
4,04 |
3,93 |
2,93 |
1,86 |
|
|
9 |
9,26 |
6,38 |
3,98 |
2,15 |
0,05 |
0 |
0 |
|
|
10 |
12,19 |
10,22 |
5,1 |
4,04 |
2,87 |
1,18 |
0 |
|
|
11 |
12,26 |
9,58 |
6,89 |
5,89 |
3,94 |
2,83 |
0,8 |
|
|
12 |
11,59 |
9,79 |
9,11 |
5,47 |
4,1 |
3,1 |
1,66 |
|
|
13 |
11,04 |
4,12 |
3,43 |
2,53 |
2,44 |
2,36 |
2,36 |
|
|
14 |
11,49 |
7,24 |
6,77 |
3,42 |
2,11 |
2,07 |
1,88 |
|
|
15 |
10,83 |
3,67 |
2,12 |
1,74 |
1,67 |
1,49 |
0,82 |
|
|
16 |
11,14 |
5,07 |
4,42 |
2,2 |
2,18 |
2,01 |
1,31 |
Из полученных результатов видно, что большинство рецептур образуют соединения с высокими показателями прочности. Исключение составляют композиции с номером 2, 3 и 9. Однако высокая начальная прочность не всегда гарантирует долговечность соединений, особенно в условиях эксплуатации изделий в агрессивных средах. Поэтому для оценки характеристик полученных клеев целесообразно проводить анализ показателей прочности соединений после циклических температурно-влажностных испытаний. По результатам экспериментальных исследований прочности соединений после 20-го цикла испытаний построено следующую регрессионную зависимость:
где: q1 - содержание ПВАД-51П в клеевой композиции; q2 - содержание КФС в клеевой композиции; q3 - содержание ПВС в клеевой композиции.
После выполнения оптимизации градиентными методами было установлено, что максимального значения прочности (ф=5,45 МПа) склеенные образцы дуба будут достигать при использовании композиции, в состав которой входит: 8,3% ПВАД-51П (q1) и 91,7% КФС (q2). Более крупные показатели прочности в сравнении с использованием для формирования соединений только КФС (ф=4,72 МПа) можно объяснить улучшением упруго-эластичных характеристик клеевого шва. Результатом данного явления есть высшая стойкость к развитию температурных, влажностных и как следствие деформационных напряжений в клеевом шве, без существенного уменьшения его водо- и теплостойкости.
Вместе с тем, высокие показатели прочности после температурно-влажностных испытаний демонстрируют клеевые соединения, сформированные с помощью клеящей смеси с ПВАД и КФС, где соотношение компонентов составляет 75:25% соответственно. Ведь образцы, изготовлены с помощью однокомпонентной ПВАД-51П, полностью разрушались до пятого цикла испытаний, а остаточная прочность после третьего цикла составляла 1,83 МПа. В то же время образцы, сформированные из смеси ПВАД-51П и КФС в соотношении 75: 25%, выдерживают все двадцать циклов и имеют остаточную прочность 1,86 МПа.
Положительный эффект от введения КФС в ПВА дисперсию наиболее вероятно можно объяснить формированием водородных связей типа и (с энергией в 30-40 кДж/моль) между функциональными группами ПВА и КФС. Кроме того, повышению устойчивости соединений к воздействию агрессивных сред, особенно воды и влаги окружающей среды, способствует связывание поливинилового спирта в химические соединения за счет прохождения реакций по схемам, приведенным на рисунке 1. Следует отметить, что такие реакции проходят как при использовании КФС линейной структуры, так и смол циклической структуры.
а) б)
Схема прохождения реакций между ПВС и карбамидоформальдегидной смолой: а) КФС линейной структуры; б) КФС циклической структуры
Данные реакции проходят при нормальных условиях и в результате взаимодействия с метилольными группами карбамидоформальдегидного олигомера образуются эфирные связи и пространственная молекулярная структура, что в первую очередь способствует росту водостойкости пленок и сформированных соединений в целом.
Прохождением аналогичных реакций можно объяснить рост устойчивости к циклическим температурно-влажностным испытаниям соединений созданных совмещенными ПВС-карбамидоформальдегидными композициями. Однако поскольку ПВС дороже ПВАД, и изготавливается только зарубежными производителями, данный вариант клеевых композиций для практического применения не рассматривается.
Согласно полученным результатам исследований установлено, что при регулировании свойств клеев на основе ПВА дисперсий или КФС их можно смешивать в произвольных пропорциях, тем самым устраняя или ослабляя влияние негативных характеристик каждой из отдельно взятых композиций.
Высокие показатели устойчивости к воздействию циклических температурно-влажностных испытаний по полученным результатам исследований и выведенной регрессионной зависимости демонстрируют композиции, в состав которых входит ПВА дисперсия в количестве 5… 15% и КФС в количестве 95… 85%. Такие результаты можно объяснить изменением релаксационных показателей создаваемых пленок по сравнению с обычной термореактивной смолой.
В свою очередь для повышения водо- и теплостойкости клеевых соединений сформированных ПВА дисперсией можно рекомендовать введение в клеевую композицию КФС в количестве 10…20%. Такое модифицирование позволяет получить клеи для формирования соединений в изделиях, которые будут эксплуатироваться в помещениях с повышенным уровнем влаги окружающей среды и возможными кратковременными воздействиями воды.
Таким образом, при совмещении ПВА дисперсий и КФС можно получить клеевые композиции, которые будут дешевле аналогичных дисперсионных ПВА клеев зарубежного производства по классам долговечности D3 и D4, однако не будут уступать в эксплуатационных и прочностных характеристиках, а в отдельных аспектах и преобладать их.
Список использованных источников
клеевой древесина адгезивный
1. Зигельбойм С.Н. Термопластичные клеи в производстве мебели. - М.: Лесная промышленность, 1978. - 104 с.
2. Фрейдин А.С. Полимерные водные клеи. - М.: Химия, 1985. - 144 с.
3. Официальный сайт Jowat Corporation. [Электронный ресурс]. - Доступен с http://www.jowat.com/.
4. Официальный сайт фирмы KLEBCHEMIE M.G. Becker GmbH & CoKG. [Электронный ресурс]. - Доступен с http://www.kleiberit.com/.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Методы, применяемые для определения прочности клеевых соединений при производстве верхней одежды. Влияние температуры, давления и времени дублирования и скорости расслоения на стойкость склейки. Конъюнктура рынка термоклеевых прокладочных материалов.
дипломная работа [6,7 M], добавлен 22.12.2010Древесина – традиционный строительный материал, экологически чистый, с многовековым опытом использования. Подразделение клеевых соединений древесины на торцовые и боковые. Основные свойства клеев, используемых в производстве изделий из древесины.
реферат [937,9 K], добавлен 24.08.2010Проблема правильного конфекционирования пакета для женских плащей и летних пальто. Исследование прочности соединения плащевых и прокладочных материалов с клеевым покрытием. Номенклатура и нормативные значения показателей качества клеевых соединений.
реферат [729,4 K], добавлен 18.09.2011Показатели физико-механических и технологических свойств материалов. Обоснование выбора моделей и деталей кроя. Параметры образования клеевых соединений. Характеристика применяемых машинных строчек. Анализ основных методов обработки деталей и узлов.
курсовая работа [880,9 K], добавлен 03.12.2011Характеристика основных способов сварки. Недостатки сварных соединений. Использование одностороннего и двустороннего шва при сварке деталей. Расчет сварных соединений при постоянных нагрузках. Особенности клеевых и паяных соединений, их применение.
презентация [931,7 K], добавлен 24.02.2014Прейскурантная характеристика материалов, входящих в пакет. Выбор швейных ниток, машинных игл, частоты строчек для предлагаемого пакета материалов. Параметры образования клеевых соединений. Выбор методов обработки и оборудования. Планировка швейного цеха.
курсовая работа [39,0 K], добавлен 29.08.2014Основные свойства древесины как конструкционного материала. Структура древесины и ее химический состав. Органические вещества: целлюлоза, лигнин и гемицеллюлозы. Показатели механических свойств текстильных материалов: растяжение, изгиб, драпируемость.
контрольная работа [25,2 K], добавлен 16.12.2011Пороки древесины, и их классификация. Механические повреждения при обработке древесины. Проект создания стола из ДСП и фанеры, чертежи, подбор материалов с минимальными вредными веществами. Техника безопасности на станке и при ручной обработке древесины.
реферат [350,5 K], добавлен 15.05.2009Расчет норм расхода древесных и облицовочных материалов, клеевых материалов, шлифовальных шкурок на изготовления изделия. Определение площадей шлифуемых поверхностей деталей. Маршрутная схема техпроцесса. Расчет количества оборудования и рабочих мест.
курсовая работа [80,6 K], добавлен 15.02.2016Разработка технологического процесса изготовления изделия из древесины и древесных материалов. Подбор и расчет потребного количества основных и вспомогательных материалов, технологического оборудования. Планировка технологического оборудования цеха.
курсовая работа [642,0 K], добавлен 05.12.2014
