Наполненные клеи для древесины

По современным представлениям наполненные клеи можно рассматривать как систему адгезионных соединений, где частицы наполнителя представляют собой субстрат, а полимер является адгезивом. Благодаря адгезионному взаимодействию молекулы полимера ориентируются у поверхности частиц, образуя зоны с повышенными физико-механическими свойствами. На контактирующих поверхностях системы клей - наполнитель действуют межмолекулярные, преимущественно водородные связи, но возможно и химическое взаимодействие, значительно усиливающее всю систему. При увеличении содержания наполнителя значительная часть полимера переходит в ориентированное состояние, что также увеличивает прочность всей системы.

В системах с органическим наполнителем полимер может проникать в частицы на некоторую глубину, что приводит к размыванию границ раздела между связующим и наполнителем. Поэтому химическая природа органических наполнителей имеет меньшее значение для усиливающего эффекта. Независимо от этого введение органических наполнителей уменьшает объем аморфной части полимера, благодаря чему повышается его стабильность, возрастает стойкость к старению. Вследствие малой жесткости органических наполнителей ориентирование цепей макромолекул около частиц происходит с меньшими контактными напряжениями, что также способствует ограничению скорости старения полимера. Таким образом, исходя из теоретических соображений можно ожидать, что соединения на клеях с органическим наполнителем менее склонны к старению и благодаря этому долговечность соединений на наполненных клеях будет выше.

Чтобы проверить это предположение, проведены исследования влияния различных наполнителей на кинетику старения клеевых соединений древесины сосны и лиственницы и сделаны прогнозные оценки их долговечности экстраполяционным методом по данным ускоренного теплового старения. Исследовались свойства соединений на клеях КБ-3, ФР-12 и ФР-100. В качестве наполнителей опробованы древесная мука, тонкомолотый лигнин, асбест и мел с насыпной массой, соответственно, г/см3: 0,29, 0,23, 0,52, 0,54. Изменение прочности в процессе старения проверяли на образцах но ГОСТ 15613-70 и на образцах упрощенного типа. Кинетику набухания и усадки изучали на отливках клея размером 80x20x5 мм и моделях клеевого шва, представляющих собой слоистые призмы из тонкого (0,2-0,25 мм) шпона, пропитанного клеем. В качестве режима ускоренных испытаний было принято нагревание в воде при температуре 60, 80, 100°С с извлечением образцов для определения прочности клеевого шва после 12, 24, 48, 72, 96 и 120 ч термовлагообработки.

Введение в клеи ФР-100 и ФР-12 тонкомолотого лигнина или древесной муки замедляет скорость старения. Эффект замедления тем заметнее, чем выше содержание наполнителя в заданных пределах варьирования (5, 10, 20 мае. ч лигнина и 3, 5, 10 мае. ч древесной муки). Однако реализация верхнего предела наполнения в производственных условиях затруднительна из-за повышения вязкости клея, поэтому оптимальным с технологической точки зрения принято 10%-ноесодержание лигнина или 5%-ное содержание древесной муки.

При повышении содержания лигнина в клее КБ-3 до 20 мае. ч наблюдается склонность к более быстрому старению, что можно объяснить наличием в лигнине остатков серной кислоты, являющейся катализатором.

Введение в клей ФР-100 мела (10, 15, 20 мае. ч) или асбеста (5, 10, 15 мае. ч) замедляет скорость старения, но лишь при ограниченном содержании этих наполнителей. По условиям кинетики старения клеевых соединений оптимальным содержанием наполнителя в клее ФР-100 можно считать 15 мае. ч мела или Ю мае. ч асбеста. Повышенное содержание этих наполнителей приводит к более быстрому старению клеевых соединений.