Для правильного понимания процесса склеивания древесины в виде: пиломатериалов, шпона, измельченной древесины, необходимы знания в области свойств основных клеев, применяемых в деревообработке (карбамидо- и фенолоформальдегидных, меламино- и резорциноформальдегидных, поливинилацетатных и полиизоцианатных), и областей их использования.
Термины и определения, характеризующие свойства клеев:
~ концентрация (содержание нелетучих веществ),
~ вязкость,
~ прочность склеивания,
~ водостойкость клеевого соединения,
~ массовая доля свободного фенола / формальдегида и др.,
уметь сравнивать клеи по эксплуатационным и технологическим показателям.
Вспомнив теоретические вопросы склеивания древесины, зная основные виды клеев и их характеристики, зная свойства древесины, можно приступить к усвоению принципов обоснования параметров режимов склеивания на основе анализа факторов, влияющих на формирование клеевых соединений древесины (рис. 13).
Качество клеевого соединения в значительной степени определяется степенью подготовки древесины к склеиванию. Наиболее значащими факторами, определяющим качество формирования клеевого соединения, являются плотность и влажность древесины. Прочность как цельной, так и клееной древесины линейно зависит от плотности. В зависимости от используемого типа клея для формирования клеевого соединения заданной нормативными документами прочности, не менее 6 МПа, необходимо использовать древесину плотностью свыше 450 кг/м3. Пределы изменения влажности подлежащей склеиванию древесины, традиционно применяемыми в деревообработке клеями, регламентированы технологическими требованиями, так как, как правило, склеивание древесины влажностью менее 6 и более 12% менее эффективно, чем с влажностью 6 – 12%.
Это объясняется применением преимущественно водорастворимых клеев и капиллярно-пористым строением древесины. Древесина с низкой влажностью активно поглощает раствор клея и при его фиксированном расходе трудно получить на поверхности сплошной клеевой слой. Избыточная влага, содержащаяся в древесине, уменьшает вязкость клея, увеличивает время отверждения, что при регламентированной продолжительности пьезотермической обработки не позволяет обеспечить требуемую прочность клеевого соединения. Кроме того, избыточная влага снижает число реакционно-способных групп, снижает вероятность химического взаимодействия между древесиной и связующим.
Качественное склеивание невозможно без достижения требуемого контакта соединяемых поверхностей, а также древесины и клея. Поэтому чрезвычайно важным является качество подготовки поверхности, точность формы и размеров склеиваемых сортиментов, чистота поверхности с точки зрения наличия на ней инородных веществ, в том числе и пыли.
В большинстве случаев именно невысокая точность обработки приводит к необходимости применять достаточно высокое усилие прессования (пьезообработка), обеспечивающее требуемый контакт склеиваемых поверхностей.
Склеивание можно выполнять как холодным способом (при нормальной температуре), так и горячим (термообработка). В последнем случае имеет место пьезотермообработка склеиваемой продукции.
Далее студенту необходимо провести аналогичный анализ влияния по все группам факторов и по каждому фактору в отдельности. Это служит основой обоснования параметров режимов склеивания, в первую очередь, давления и температуры пьезотермообработки. Студент должен понимать, что не только величины давления и температуры формируют свойства будущей продукции, важным является и характер изменения этих факторов в процессе склеивания, ибо, известно, что температура древесины существенно влияет на её модуль упругости, деформативность.
По этой и ряду других причин давление в процессе горячего склеивания древесных композиционных материалов, в том числе фанеры, не является величиной постоянной, а должно изменяться по определенному закону, требующему обоснования.
В ряде случаев роль давления не ограничивается требованием сближения склеиваемых поверхностей. Оно способно повысить прочность древесины и склеиваемых древесных материалов путем увеличения их плотности.
Последнее используется в технологиях уплотнения древесины, в первую очередь, мягких лиственных пород, мало востребованных промышленностью, в том числе и из-за низкой прочности.
Снижение модуля упругости при нагреве используется не только при уплотнении, но и при гнутье древесины.
Студенту необходимо понимать влияние различных факторов (в первую очередь плотности древесины и равномерности её распределения в объеме дерева, температуры обработки) как на степень уплотнения и радиус изгиба, не приводящие к разрушению, так и способы долговременного задержания деформации, сохранения формы и размеров деталей после уплотнения и гнутья.
Давлением также можно получить такие продукты деревообрабатывающего производства как топливные гранулы (пеллеты) и топливные брикеты. Принципиальная схема изготовления топливных гранул приведена на рис. 14. Студент должен знать оборудование, применяемое в производстве биотоплива из древесины, уметь обосновывать режимы механической, гидротермической и пьезообработки древесных частиц для получения топливных гранул с требуемой теплотворной способностью.
Рис. 14 Принципиальная схема прессования пеллет