Напряжения в клеевых соединениях

Исследования показали, что напряжения в клеевых соединениях, вызываемые кипячением, могут быть значительными, но они быстро релаксируют в связи с повышенной температурой. При переходе температуры от высокой к низкой жесткость клея быстро возрастает (на 1-2 порядка), время релаксации значительно увеличивается, и напряжения в клеевых прослойках достигают значений, близких к разрушающим.

При замораживании древесины, особенно увлажненной, ее жесткость также возрастает. Начиная с температуры -8°С и ниже в порах образуется лед, и модуль упругости древесины значительно увеличивается. Повышение жесткости древесины и жесткости клеевых прослоек приводит к тому, что при замораживании в соединениях увлажненной древесины возникают температурные напряжения, как в соединении двух разнородных материалов (синтетические полимеры имеют больший, чем у древесины, коэффициент теплового линейного расширения).

Кроме того, на напряжения влияет расширение воды при замерзании ее в норах и микротрещинах клеевого шва. Таким образом, режим кипячения-замораживания действует разрушительно на клей, древесину и адгезионное соединение. Доказательством разрушительного действия этого режима на клей служат результаты испытаний отливок клея КБ-3 и ФР-12.

При кипячении-замораживании отливки клея КБ-3 и ФР-12 разрушились быстрее, чем при вымачивании-высушивании. Эффективность метода проверена также испытанием на скалывание по клеевому шву образцов, подвергнутых нескольким циклам кипячения-замораживания, и сравнением с результатами испытаний другими ускоренными методами, в частности методом ВИАМ.

Метод ВИАМ включает вымачивание в воде при 20°С 48 ч, замораживание при -20°С 9 ч, оттаивание при 20°С 15 ч, высушивание при 70°С 10 ч. Продолжительность одного цикла обработки 82 ч. Наиболее продолжительно в режиме обработки по методу ВИАМ вымачивание в воде (48 ч). Этот срок обусловлен скоростью проникания воды при нормальной температуре в древесину образцов, изготовленных согласно ГОСТ 3 056-45 "Клей казеиновый в порошке" . В настоящее время этот ГОСТ утратил силу (заменен ГОСТ 3056-74) и образцы, рекомендуемые им, не применяются для испытания клеевых соединений деревянных конструкций. Вместо них согласно ГОСТ 15613-70 "Древесина клееная. Метод испытания клеевого соединения на скалывание вдоль волокон применяют образцы с меньшей площадью скалывания и соответственно с укороченным периметром кромки клеевого шва.

На основе метода ВИАМ разработан новый стандартный метод испытания клеевых соединений древесины, который нашел отражение в ГОСТ 17580-72 "Древесина клееная. Метод определения стойкости клеевых соединений к цикличным температурно-влажностным воздействиям".

Один цикл воздействий на образцы включает вымачивание в воде при 20±2°С 20 ч, замораживание при -20°С 6 ч, оттаивание при 20°С 16 ч, высушивание при 60±5°С 6 ч. Продолжительность цикла 48 ч, что почти вдвое короче, чем по методу ВИАМ. Общая продолжительность испытания 40 циклов.

Сокращение продолжительности цикла во многом обусловлено применением образцов по ГОСТ 15613-70 с укороченным периметром кромки клеевого шва. Эти образцы могут быть выпилены из специально склеенных заготовок - при проведении массовых технологических испытаний либо отобраны (вырезаны) из готовых конструкций, изделий, деталей - при осуществлении контроля качества клеевых соединений. Механические испытания образцов, прошедших цикличные температурно-влажностные воздействия, проводят после доведения влажности древесины до 10-12%, чтобы уравнять ее с влажностью древесины контрольных образцов, служащих для сравнения результатов.

В зависимости от процентного отношения средней прочности образцов, прошедших циклическую обработку, к средней прочности контрольных образцов различают три степени стойкости клеевых соединений - малую (до 30%), среднюю (30-60%) и повышенную (более 60%).

Применение образцов по ГОСТ 19100-73 «Древесина клееная. Метод испытания клеевых соединений на атмосферостойкость» для цикличных испытаний кипячением-замораживанием благодаря замене вымачивания в холодной воде кипячением позволяет значительно ускорить проникание воды в древесину и сократить продолжительность увлажнения образцов до 3-4 ч. Еще большей скоростью водонасыщения отличается образец, в котором на полную глубину слоев до клеевого шва делаются кососимметричные прорези, направленные под углом 45° к кромкам.