Влияние среды на кинетику теплового старения клеевых соединений древесины

Влажность клееной древесины существенно влияет на свойства клеевых соединений. Прежде всего влияние эксплуатационной влажности обнаруживается на показателях кратковременной прочности, и в еще большей степени - на показателях длительного сопротивления. Однако влияние влажности древесины на кинетику теплового старения и прогнозные характеристики клеевых соединений еще не изучено.

В большинстве случаев ускоренное тепловое старение осуществляется нагреванием образцов в термостате, т.е. происходит сухое старение, или образцы нагревают в воде, т.е. за пределами гигроскопического увлажнения. Между тем старение клеевых соединений в реальных условиях протекает в некотором промежуточном интервале эксплуатационной влажности древесины, в том числе и при повышенной влажности (например, в конструкциях животноводческих зданий, плавательных бассейнов, травильных цехов и т.п.). Поэтому интересно изучить кинетику теплового старения клеевых соединений при различной влажности древесины, по возможности выявить влияние гигроскопической влажности на кинетические параметры старения и уточнить прогнозные оценки долговечности с учетом реально действующей влажности. Особенно это важно для клеев, наполненных органическими наполнителями, так как при этом проверяется стабильность связей между полимером и наполнителем.

Влияние влажности древесины на кинетику теплового старения и прогнозируемую долговечность клеевых соединений проверено экспериментально. Испытывались образцы из древесины сосны, склеенные клеями ФР-100 и КБ-3, содержащими в качестве наполнителя 10 мас. ч лигнина. Были номинально заданы уровни влагосодержания образцов 5, 15, 25% с учетом средних значений влажности, приобретаемых изделиями и конструкциями из древесины в различных условиях эксплуатации. До заданного уровня образцы увлажняли в - эксикаторах над растворами серной кислоты, обладающих свойством устанавливать над поверхностью определенное, зависящее от концентрации раствора и температуры парциальное давление водяного пара. Изменение влажности образцов контролировали периодическим взвешиванием.

После выдержинания образцов в эксикаторах были достигнуты следующие средние (по группам) значения влажности, приближающиеся к номинальным: 4,6; 14,3; 23,9%. Образцы из каждой группы, разделенные на 18 подгрупп (6 сроков наблюдений и три уровня температуры), помещали в герметически закрываемые сосуды (стеклянные колбы, металлические цилиндры) и подвергали ускоренному старению при температуре 60, 70, 80°С в течение 180 сут.

Прочность определяли через каждые 30 сут, одновременно проверяли влажность образцов. Отклонение влажности от средних значений, достигнутых в эксикаторах, было незначительным. По данным испытаний построены графики ускоренного старения, из которых видно, что старение соединений на клеях с лигнином происходит менее интенсивно, чем на клеях без наполнителя. Клей ФР-100 менее чувствителен к изменению влажности при старении, чем клей КБ-3. Во всех случаях с увеличением влажности среды скорость теплового старения клеевых соединений повышается.

Влияние влажности на кинетику теплового старения клеевых соединений древесины можно объяснить исходя из теории мономолекулярной сорбции в полимерах. Проникающие вследствие адсорбции молекулы воды взаимодействуют с полярными радикалами клея и древесины, экранируют и нейтрализуют их электрические поля. В результате ослабляются когезионные и адгезионные связи в клеевом шве. С повышением температуры и концентрации влаги в материале этот процесс ускоряется, что находит отражение в более быстром падении прочности образцов при ускоренном старении по мере повышения влажности среды. Что же касается соединений на клеях, наполненных лигнином, то, очевидно, в результате адгезионного взаимодействия наполнителя и полимера число активных полярных радикалов в наполненной системе меньше, и поэтому процесс мономолекулярной сорбции замедлен.

По данным ускоренного старения построены графики экстраполяционного прогноза долговечности клеевых соединений при различной влажности. За критерий долговечности принято снижение прочности соединений до 80% первоначальной. Из графиков можно видеть, что при повышении влажности среды долговечность клеевых соединений снижается, причем в большей степени вследствие изменения предэкспоненциального фактора и в меньшей - вследствие изменения кажущейся энергии активации. На изменение энергии активации старения при различной влажности в большей степени влияет присутствие в клее наполнителя - лигнина, причем особенно это относится к соединениям на клее ФР-100.