Прогноз долговечности клеевых соединений древесины по данным ускоренного теплового старения. Теоретические основы метода прогнозирования

Рассматривая в комплексе изменение прочности, процент разрушения по древесине и вариационные коэффициенты прочности соединений при ускоренных и длительных испытаниях образцов, можно получить достаточно полное представление о связи между результатами этих испытаний, что имеет важное значение для разработки и проверки методов прогноза долговечности клеевых соединений древесины.

Как уже отмечалось, процесс теплового старения клеевого шва древесины по аналогии с любыми полимерными композициями можно отождествить в первом приближении с процессом термоокислительной деструкции, протекающим с постоянной при данной температуре скоростью. Для этого процесса характерно изменение концентрации одного реагирующего вещества или активных радикалов одного вида.

Изменение концентрации реагирующего вещества или (в применении к твердым полимерам) появление новых связей и свободных радикалов может быть установлено количественно методами физико-химического анализа, в первую очередь методом инфракрасной спектроскопии. Использование этого метода для прогноза долговечности пластмасс по данным ускоренного теплового старения описано в литературе. Более простым, но менее точным является контроль степени набухания полимера по мере его старения, поскольку набухание прямо связано с количеством свободных функциональных групп.

Температурная зависимость энергии активации объясняется тем, что вследствие теплового расширения стеклообразных полимеров изменяется активационный объем, поэтому при повышении температуры старения энергия активации убывает. Линейный характер этого убывания сохраняется только до температуры перехода из стеклообразного состояния в высокоэластическое.

В методике прогноза долговечности некоторые возражения вызывает оперирование понятием энергии активации процесса. В химической кинетике - это энергия элементарных актов реакции сталкивающихся молекул, отнесенная на моль вещества.

Однако такое представление о реакции и о моле вещества неприменимо для твердых полимеров, так как в них нет самостоятельно движущихся частиц. С известной условностью такими структурными единицами можно считать активные радикалы или функциональные группы полимеров, участвующие в образовании и разрыве межмолекулярных связей. Следовательно, энергия активации процесса теплового старения клеевых соединений - это условная энергетическая характеристика, необходимая для практической реализации экстраполяционного метода прогноза. Учитывая условность значения энергии активации и сравнительно небольшие (20-25°С) интервалы температур, при которых она определяется по отношению констант скоростей реакции, можно пренебречь зависимостью энергии активации от температуры.

Из изложенного следует, что для осуществления прогноза долговечности клеевых соединений по данным ускоренного теплового старения достаточно знать время изменения контролируемого параметра до заданного значения при повышенной температуре и усредненную каким-либо образом температуру эксплуатации. Сам процесс ускоренного старения заключается в нагревании образцов при определенных влажностных состояниях или в определенных средах (вода, глицерин, растворы кислот, щелочей и т.д.). Заданное изменение свойств клеевого соединения при ускоренном старении проверяется периодическим испытанием образцов на прочность, ударную вязкость, набухание и т.п. В процессе такого периодического контроля могут быть построены кривые ускоренного старения.