Прогноз долговечности клеевых соединений, находящихся под нагрузкой

Для прогнозирования долговечности клеевых соединений, находящихся под нагрузкой, может быть использована температурно-временная зависимость.

Практически прогнозирование долговечности клеевых соединений, находящихся под нагрузкой, осуществляют не по принципу температурно-временной суперпозиции, а методом экстраполяции зависимостей время до разрушения - степень нагружения, которые в полулогарифмических координатах имеют вид прямых линий.

Испытание на долговечность клеевых соединений древесины, находящихся под нагрузкой, весьма немногочисленны. Из последних работ можно отметить исследования Г.Р. Баранова, проведенные в ЦНИИСК им. Кучеренко. Испытания проводились на стандартных образцах из древесины сосны, склеенных феноло-формальдегидным (КБ-3), резорцино-формальдегидным (ФР-12) и мочевиноформальдегидным (УКС) клеями. Длительную прочность клеевых соединений определяли при действии статической нагрузки, равной 0,8; 0,6 и 0,4 кратковременной прочности образцов при скалывании по клеевому шву вдоль волокон. Для нагружения образцов использовали рычажные установки с соотношением плеч 1:10. Установки на время испытаний помещали в камеры, где поддерживался определенный температурно-влажностный режим. Часть образцов, находившихся под низким уровнем статического нагружения, испытывали в установках, расположенных в помещении с контролируемым постоянным температурно-влажностным режимом.

На основании статистической обработки экспериментальных данных построены прямые длительной прочности клеевых соединений в координатах, по которым экстраполяцией данных для одной базы времени можно прогнозировать прочность на более длительный период, превышающий базу на 2-3 порядка, что вполне достаточно для практических целей. Изменение прочности клеевых соединений под нагрузкой происходит по-разному, в зависимости от качества (однородности) клеевого шва и уже через 10 с после нагружения относительное снижение прочности различных образцов находится в интервале 50-80%.

Прочность цельной древесины

Наименьшую длительную прочность показали образцы с клеевыми прослойками, в которых после разрушения были обнаружены дефекты склеивания в виде мелких раковин, трещин, неравномерного распределения клея и т.п.

Длительная прочность цельной древесины была выше, чем у клееных образцов, особенно при увеличении времени действия нагрузки. Между тем кратковременная прочность клееных образцов с доброкачественными монолитными клеевыми швами чаще бывает выше прочности цельной древесины. Таким образом, при длительном нагружении механические свойства клеевых соединений проявляются иначе, чем при кратковременном нагружении. В частности, при длительном нагружении отчетливее обнаруживается влияние внутренних напряжений, возникающих при отверждении клея. Эти напряжения служат как бы дополнительной нагрузкой на клеевой шов и при длительном нагружении клееный образец оказывается фактически под большим напряжением, чем цельная древесина. Как следствие этого разрушение клееной древесины происходит преимущественно в зоне клеевого соединения и несколько быстрее по сравнению с цельной древесиной.

Сосредоточение области разрушения клеевых соединений при длительном нагружении на границе клеевой прослойки и древесины свидетельствует о резком фазовом переходе в образце, являющегося концентратором внутренних напряжений. Этот фазовый переход обнаруживается также при изучении микроструктуры клеевого шва. В зоне фазового перехода группируются различные микродефекты - раковины, трещины и др., образующиеся в клеевых соединениях при их формировании. Под длительной нагрузкой эти концентраторы вызывают местные напряжения, которые в несколько раз превышают среднее значение напряжений по плоскости склеивания. Уменьшение числа дефектов в клеевых прослойках улучшением качества обработки склеиваемых поверхностей или улучшением качества клея, в частности введением в него наполнителя, способствует повышению прочности клеевых соединений при действии длительной нагрузки. Нередко длительная прочность таких образцов приближается к прочности цельной древесины.

Все это свидетельствует о том, что результаты длительного нагружения могут быть чувствительным индикатором оптимальности тех или иных технологических параметров склеивания -чистоты обработки склеиваемых поверхностей, вязкости клея, давления и продолжительности запрессовки. Другой вывод, вытекающий из результатов исследований, состоит в том, что прочность клеевых соединений, определенная при кратковременных испытаниях образцов, не может полностью характеризовать их качество.