Методы прогноза долговечности клеевых соединений фанеры и дощатых конструкций

Прогнозирование долговечности - одна из наиболее сложных задач в науке о клеевых соединениях. Трудность прогноза обусловлена тем, что изменение свойств соединений при длительных и ускоренных воздействиях может происходить не в результате одного, а сразу нескольких процессов: ослабления древесины, изменения когезионных свойств клея, потери адгезии, улетучивания низкомолекулярных компонентов и т.п. Эти процессы накладываются один на другой, нередко они взаимозависимы, но бывает и так, что в разные периоды старения преобладает влияние какого-либо одного процесса.

Чтобы осуществить прогноз, необходимо знать физическую сущность процесса, определяющего изменение свойств соединения за все время старения и иметь его математическое описание. Для прогноза долговечности полимерных материалов (пенопластов, резин, лакокрасочных покрытий, электрической изоляции, литьевых компаундов и др.) широко применяют метод ускоренного теплового старения. Суть его заключается в том, что по скорости изменения свойств изделий при повышенной температуре определяют экстраполяцией скорость изменения тех же свойств при нормальной температуре.

В основе этого метода лежит экспоненциальная зависимость от температуры таких процессов как деструкция, диффузия, структурирование, обусловливающих старение полимеров. Адгезионное взаимодействие также зависит от температуры.

Прочность основных компонентов клеевого соединения древесины, т.е. клеевой прослойки (адгезива) древесины (субстрата) и адгезионных связей, уменьшается при нагревании по экспоненциальному закону, что подтверждено многими экспериментальными исследованиями. Так, в одной из первых работ автора, посвященных прогнозированию долговечности клеевых соединений, обработаны результаты испытаний клеевых соединений стальных пластинок, которые нагревали при температуре 100, 150, 200, 250°С, периодически определяли прочность клеевого шва и на основании этого строили кривые ускоренного теплового старения. Исследование этих кривых показало, что прочность клеевых прослоек при нагревании снижается экспоненциально от температуры. Речь в данном случае идет о характере старения адгезива, поскольку разрушение соединений при испытании происходило только по клею (адгезивом служил модифицированный фенолоформальдегидный клей горячего отверждения, а субстратом - нержавеющая хромоникелевая сталь).

Структурные изменения в древесине при нагревании изучал А. Стамм в Мэдисонской лаборатории лесоматериалов. Он установил, что скорость изменения физических свойств и химического состава древесины при нагревании подчиняется закону Аррениуса, т.е. зависит экспоненциально от температуры. Стамм определил также значения энергии активации процесса термодеструкции древесины различных пород. Знание их важно Для сравнения с соответствующими значениями энергии активации процесса старения клеевых прослоек, чтобы установить какой процесс преобладает: старение древесины или старение клея. Например, в соединениях на карбамидных клеях процесс термодеструкции клея опережает ослабление древесины, а в соединениях на фенольных клеях - наоборот.

Таким образом, скорость процессов, определяющих изменение свойств компонентов клеевого соединения древесины и, следовательно, самого соединения при нагревании, зависит от температуры так же, как скорость химических.