Склеивание — соединение древесины и древесных материалов с помощью клеев и клеевых пленок
Склеивание может быть выполнено:
1. холодным способом – без применения нагрева при нормальной температуре окружающей среды.
2. горячим способом – с применением нагрева.
Клеи должны отвечать следующим требованиям:
прочно склеивать,
быть простыми в употреблении,
иметь жизнеспособность и большой срок хранения;
быть водостойкими (для изделий, работающих в условиях высокой влажности)
биостойкими (сопротивляться разрушительной деятельности микроорганизмов): не разрушать волокно древесины и не изменять ее естественной окраски;
быть сравнительно дешевыми,
не вызывать затупления режущих инструментов при обработке материалов;
быть безвредными для человеческого организма и не воспламеняться.
2. По реакционной способности клеи могут быть:
- термореактивные (необратимые)
- и термопластичные (обратимые).
• Термореактивные клеи под влиянием теплоты и катализатора переходят из жидкого состояния в твердое, нерастворимое и необратимое состояние (смолы резольные, мочевинные и меламиновые).
• Термопластичные клеи способны под влиянием теплоты расплавляться, а после охлаждения вновь затвердевать, не изменяя химического состава. При последующем нагревании такие клеи снова расплавляются, например мездровый и костный клеи, новолачные смолы, клеи «расплав».
По происхождению
- Природные
- Синтетические.
В группу природных клеев входят:
• животные или белковые (глютиновые, казеиновые, альбуминовые),
• растительные (на основе жмыхов и шротов масляничных и бобовых растений, природных смол, натурального каучука, крахмала, декстрина),
• минеральные (силикатные, асфальтовые, битумные).
Синтетические клеи
Вырабатывают на основе синтетических смол, которые получают из простых веществ в результате сложных химических процессов.
КЛЕИ ДЛЯ СТОЛЯРНЫХ РАБОТ. ПРИГОТОВЛЕНИЕ
Для склеивания применяют синтетические клеи и клеи животного происхождения.
В реставрации мебели применяют в основном натуральные клеи животного происхождения: костный, мездровый, рыбий, казеиновый.
В некоторых случаях допускается применять дисперсию ПВА
Глютиновые клеи называют животными или коллагеновыми.
Клеящие свойства определяются свойством животного белка — коллагена.
КОЛЛАГЕН (collagen) - белок, образующий главные фибриллярные структуры межклеточного вещества соединительной ткани - коллагеновые волокна. Некоторые соединительнотканные структуры (например, связки, фасции, пластины, апоневрозы, сухожилия) сформированы, в основном, параллельно расположенными коллагеновыми волокнами, образующими пучки. Коллаген также присутствует в коже, костях, хрящах и связках. Он является относительно неэластичным, однако способен хорошо растягиваться.
БЕЛОК (protein) - органическое соединение, в состав которого входят углерод, водород, кислород и азот (также в их состав может входить сера и фосфор). Молекула белка представляет собой сложную структуру, образованную из одной или нескольких полипептидных цепей - аминокислот, которые связаны между собой пептидными связями.
Вырабатывают его из:
- мездры (подкожного слоя шкур животных), из обрезков сырых шкур и отходов кожевенных и кожсырьевых заводов,
а также из очищенных и обезжиренных костей животных, рогов, копыт. - Эти клеи применяют для склеивания деревянных деталей:
эксплуатируемых внутри отапливаемых помещений и
не подвергающихся воздействию влаги,
в абразивном и спичечном производстве.
Глютиновые клеи в воде сильно набухают:
мездровый клей поглощает воды в 6— 10,
костный в 3—7 раз больше своей массы.
При нагревании до температуры 30°С клей начинает размягчаться, а затем плавится и превращается в мягкую липкую студнеобразную массу и при более высоких температурах переходит в раствор. При продолжительном нагревании под действием высокой температуры (свыше 100 "С) глютин распадается на более простые углеводы, которые не обладают клеящими свойствами.
При склеивании в процессе отверждения происходит удаление влаги из клеевого раствора, что вызывает усадку клея до 50— 80% от первоначальной массы.
Клеевой раствор наносят толщиной 0,08—0,15 мм.
При температуре воздуха более 30°С и влажности 80% клеевое соединение разрушается.
Клей мездровый (ГОСТ 3252—80) подразделяется на следующие виды:
- твердый (плиточный, чешуйчатый, стружковый, дробленый, гранулированный)
- и галерту.
В зависимости от физико-химических свойств клей подразделяют на марки:
- КМЭ (экстра),
- КМВ (высший сорт),
- КМ-1, КМ-2 и КМ-3 (цифры указывают прежние сорта).
Хранят клей в сухих помещениях с относительной влажностью не более 90% в упаковке, Гарантийный срок хранения твердого клея 12 мес, галерты — 12 дней с момента изготовления.
Клей костный (ГОСТ 2067—80) выпускается
- плитками,
- дробленым,
- гранулированным,
- чешуйчатым,
- галертой (клеевой студень).
Гарантийный срок хранения 18 мес для плиточного, дробленого, гранулированного; 12 мес — для чешуйчатого клея и 2 мес — для галерты (со дня выработки).
Приготовление раствора глютинового клея.
Плитки клея для набухания укладывают в чистую посуду и заливают водой комнатной температуры, лучше кипяченой, так, чтобы вода полностью закрывала клей.
Замачивание клея длится от 6 до 12 ч, пока он равномерно и полностью набухает.
При набухании мездровый клей впитывает 600—1000% воды, костный — 300—700% воды по массе.
Клей костный заливают холодной водой в соотношении 1:1 по массе и оставляют для разбухания (на 3...4 ч — гранулированный и на 6...8 ч — плиточный)
Клей мездровый замачивают водой в соотношении 1:2 или 1:3 по массе и после 12-часового набухания разогревают на водяной бане.
Мездровый клей обладает высокой вязкостью, которая может вызвать разрыв древесины по волокнам после склеивания.
Целесообразно применять смесь мездрового клея с костным (последний в чистом виде обладает хрупкостью).
Плитки перед замачиванием целесообразно дробить.
Это уменьшает время набухания клея. Посуду для приготовления клеевого раствора и его хранения нужно мыть горячей водой.
Рис. 1. Клеянки с водяной рубашкой
1 - ванна с горячей водой;
2 - клей
Набухший клей перекладывают в клееварочный котел, нагревают до 70—80°С и периодически перемешивают.
Для разогревания клея и пользования им на рабочем месте служат клеянки (рис1).
Клей при этом переходит в раствор.
Клей нельзя кипятить или разогревать долго. От кипячения и продолжительного нагревания клеящие свойства его снижаются.
Рабочая температура раствора костного клея 40—60°С,
мездрового 50 70°С.
Готовый раствор фильтруют через сито с 16-20 отверстиями на 1 см2, предварительно сняв с раствора пену.
Посуду для приготовления и хранения клея нужно содержать в чистоте. Хранить сухой товарный клей следует в сухом помещении.
Признаки пониженного качества клея:
Гнилостный запах набухшего клея,
разваливание плиток при набухании и разрыв их краев,
сильное загрязнение воды, в которой набухал клей,
образование большого количества пены при разогревании и размешивании клеевого раствора (пена в клеевом растворе снижает прочность склеивания)
В клеевой прослойке остаются пузырьки воздуха, на месте которых склеивания не происходит. Для уменьшения пены клеевой раствор перед употреблением должен отстояться в течение 5—10 мин.
При сильной пенистости раствор рекомендуется в виде исключения прокипятить в течение 2—3 мин и снять образовавшуюся при этом пену.
Для склеивания на гладкую фугу приготовляют клеевой раствор мездрового клея концентрации 35— 40%, костного — 45—55%.
Для облицовывания шпоном нужен 40—45%-ный раствор мездрового клея и 52—55%-ный костного. Вязкость клеевого раствора определяется свойствами исходного сырья, из которого приготовлен клей, и зависит от его концентрации и температуры.
Для склеивания твердых и ценных пород древесины рекомендуется применять мездровый клей, в который добавлено 20...40% костного, а для склеивания мягких пород—костный, в который добавлено 20...40% мездрового клея.
Смешивают клеи после того, как они разбухнут и станут однородными.
• В клей следует вводить антисептик.
В качестве антисептиков обычно применяют пентахлорфенолят натрия в виде водного раствора, который добавляют в клей в количестве 3% от массы сухого клея, или препарат «Этоний», вводимый в виде порошка в количестве 2% от массы сухого клея.
• Чтобы предотвратить загнивание клея, в момент его приготовления добавляют 2,5 г фенола на 1 кг сухого клея.
Рыбий (осетровый) клей, получаемый из плавательных пузырей и плавников рыб осетровых пород, является лучшим по качеству, но дорогим и дефицитным материалом.
Его применяют при особо ответственных работах: реставрации уникальной мебели, восстановлении маркетри, инкрустации, мозаики Буля, золочении, реставрации росписей
Застудневший раствор клея хранят в помещении с пониженной температурой (5— 10°С) не более 2—3 сут.
Казеиновые клеи.
Основной составной частью казеиновых клеев (ГОСТ 3056—74) является молочный белок — казеин (обезжиренный творог).
При температуре 40°С казеин теряет клеящие свойства.
Срок годности клея в порошке 5 мес.
При приготовлении
• клеевого раствора клей в порошке постепенно всыпают в воду комнатной температуры (14—20°С) при постоянном перемешивании.
• Порошок смешивают с водой в соотношении от 1:1,7 до 2,3 (в зависимости от желаемой вязкости).
• Размешивание продолжают с небольшими перерывами в течение часа до получения однородной сметанообразной тягучей массы серовато-белого или слегка фиолетового цвета с запахом керосина.
• При сильном загустении смеси размешивание приостанавливают; пока смесь не станет жидкой, воду добавлять нельзя.
Жизнеспособность рабочих растворов казеиновых клеев (в зависимости от рецептуры) 4—7 ч, после чего он загустевает.
Их применяют для наклеивания толстых листовых материалов (фанеры, древесностружечных плит) при изготовлении мебельных щитов, при склеивании древесины, декоративного бумажно-слоистого пластика, картона, тканей.
Казеиновый:
+ дает более прочное склеивание.
+экономичнее и проще в приготовлении и применении,
но
-обладает большой объемной усадкой,
- хрупкостью,
-кроме того, он может изменить цвет древесины, содержащей танниды (дуба, бука, ореха, клена, груши, красного дерева
Синтетические клеи.
Преимущества синтетических клеев:
• в абсолютной грибостойкости,
• высокой водостойкости и
• большой прочности клеевого соединения.
К недостатку синтетических клеев следует отнести:
• повышенную вредность,
• пониженную жизнеспособность и
• повышенную твердость клеевого шва.
Синтетические клеи различают:
1. по физическому состоянию:
• твердые,
• пастообразные,
• жидкие,
• порошкообразные и пленочные;
2. по растворимости:
• спирторастворимые,
• водорастворимые и
• эмульсионные (нерастворимые);
3. по отношению к тепловому воздействию:
• термопластичные (обратимые, например «расплав») и
• термореактивные (необратимые), которые в свою очередь подразделяются на клеи холодного и горячего отверждения.
Классифицируются:
1. По типу смолы.
• Полиуретановые ПУ
• Эпоксидные ЭД
• Поливинилацетатные ПВА
· Карбамидоформальдегидные смолы
· Мочевиноформальдегидные смолы
· Пропиточные аминоальдегидные
Клеи на основе термопластов
- Фенолоформальдегидные
- Эпоксидные
- Полиуретановые
2. Универсальные клеи:
• Момент
• Супер - цемент
• Клей Феникс
Карбамидные клеи.
Карбамидные синтетические смолы можно применять в качестве клеящих веществ.
Для ускорения процесса отверждения в них вводят отвердитель.
Карбамидную смолу рабочей вязкости с введением в нее отвердителя принято называть кар-бамидным клеем.
Карбамидные клеи горячего отверждения поступают в готовом виде или их приготавливают по рецепту лабораторий предприятий введением в них наполнителей (мука древесная, тальк, каолин) и отвердителей (хлористый амоний, 10%-ная щавелевая кислота).
Для получения смолы нужной вязкости можно смешать смолы одной марки, но разной вязкости, добавить не более 4 частей воды | на 100 частей смолы или ввести наполнитель. Прочность склеивания не снижается.
Для приготовления клея в учебных мастерских количество отвердителя, необходимого для приготовления клея, подбирают опытным путем.
Например, надо определить количество 10%-ной щавелевой кислоты для приготовления рабочего раствора клея УКС холодного отверждения.
В 5 стеклянных стаканчиков одинаковой емкости помещают по 100 г смолы с наполнителем. В каждый из стаканчиков при непрерывном помешивании добавляют следующее количество отвердителя:
в стаканчик № 1 - 5 весовых частей (к весу смолы), или 5 г;
в стаканчик № 2 - 10 весовых частей, или 10 г;
в стаканчик № 3 - 15 весовых частей, или 15 г;
в стаканчик № 4 - 20 весовых частей, или 20 г;
в стаканчик № 5 - 25 весовых частей, или 25 г.
Через каждые 15 мин смесь перемешивают во всех стаканчиках деревянной палочкой (для каждого стаканчика должна быть отдельная палочка) и отмечают время, когда смесь в стаканчиках потеряет текучесть (свернется). По полученным результатам подбирают требуемое количество отвердителя для приготовления клея с учетом выбранных режимов склеивания.
Недостатком карбамидных клеев является:
• хрупкий клеевой шов, в связи с чем они мало пригодны для склеивания изделий, работающих при переменных нагрузках, например для склеивания шипов и проушин деталей стульев. Для придания эластичности клеевому шву карбамидные клеи модифицируют поливинилацетатными клеями (дисперсиями) путем введения в клей 15—25 весовых частей дисперсии к весу клея.
Для приготовления и использования клея пригодна только эмалированная или металлическая, луженая, фарфоровая, стеклянная посуда.
Нельзя пользоваться клеянками и кистями, загрязненными другими клеями. Хранить клеи надо при температуре 18-20 °С.
2.Поливинилацетатная дисперсия представляет собой вязкую жидкость белого цвета, являющуюся продуктом полимеризации винилацетата в водной среде в присутствии эмульгатора и инициатора реакции полимеризации.;
обладает высокой адгезией к различным материалам, удобна в использовании и практически безвредна.
• Она готова к употреблению,
• обладает практически неограниченной жизнеспособностью,
• нетоксична,
• отличается эластичностью и стабильностью клеевого шва,
• свето- и грибостойкостью.
Ее применяют для склеивания древесины,
приклеивания к древесине пластиков, тканей холодным способом и с нагревом клеевого слоя.
Поливинилацетатные клеи неводостойки, растворяются бутил-ацетатом, перхлорэтиленом и другими растворителями, т. е. не являются полностью необратимыми. Это служит основанием для применения их в реставрационных работах.
Поливинилацетатные дисперсии термопластичны, отличаются низкой теплостойкостью. При температуре 60-70 °С прочность склеивания резко падает.
Для повышения водостойкости и теплостойкости поливинилацетатных дисперсий их модифицируют смоляными клеями, вводя 4-6 весовых частей клея к весу дисперсии. Поливиниланетатную дисперсию с введенным в нее смоляным клеем принято называть клеем ПВА.
РЕЖИМЫСКЛЕИВАНИЯ.
Совокупность правил, которые указывают, как и при каких условиях осуществляется склеивание, называется режимом склеивания
Основными факторами, обусловливающими режимы склеивания, являются:
1. количество клея, наносимого на единицу склеиваемой поверхности,
2. температура клеевого раствора
3. давление при склеивании и продолжительность склеивания,
4. время выдержки деталей после склеивания,
5. влажность древесины и воздуха в помещении.
Количество клея, наносимого на единицу площади склеиваемых поверхностей, зависит от:
• его концентрации и вязкости,
• толщины клеевого слоя,
• температуры древесины и окружающей среды,
• качества подготовки склеиваемых поверхностей.
Концентрация и вязкость клея влияют на:
• его способность наноситься на поверхность древесины и
• смачивать ее,
• определяют расход клея и прочность склеивания.
Если клей отличается высокой концентрацией и большой вязкостью, то при склеивании требуется применять высокое давление и повышенную температуру. Кроме того, значительно увеличивается расход клея. Однако при облицовывании во избежание просачивания жидкого клея сквозь шпон на лицевую сторону применяют более концентрированные растворы, чем при склеивании заготовок из массива
Количество клея, наносимого на склеиваемую поверхность, должно быть достаточным для получения клеевого слоя оптимальной толщины.
При очень тонком клеевом слое прочность склеивания оказывается недостаточной («голодное» склеивание).
При толстом клеевом слое прочность соединения также снижается, так как применяемые в деревообработке клеи обладают значительной объемной усадкой, что вызывает развитие внутренних напряжений в клеевом шве после высыхания клея. Толстый клеевой слой образуется при применении клеев высоких концентрации и вязкости.
Оптимальная толщина клеевого слоя должна находиться в пределах 0,08-0,15 мм.
На получение оптимального клеевого слоя оказывают влияние:
• время общей выдержки (пропитки) древесины с нанесенным клеем и
• качество подготовки поверхности, на которую нанесен клей
Различают периоды открытой и закрытой выдержки древесины с нанесенным клеем. Открытая выдержка охватывает время между нанесением клея и наложением на нее приклеиваемой заготовки.
Закрытой выдержкой называется период после наложения приклеиваемой заготовки на поверхность заготовки с нанесенным клеем до момента запрессовки.
Во время выдержки происходит:
• выделение влаги из клея,
• впитывание и смачивание клеем древесины, в результате чего древесина увлажняется,
• вязкость и концентрация клея повышаются до требуемых.
Правильно установленная продолжительность закрытой и открытой выдержки влияет на качество склеивания
За время выдержки заготовок после склеивания (свободная выдержка) перед дальнейшей обработкой увеличивается прочность клеевого соединения, равномерно распределяется влага, внесенная с клеем, и уравновешиваются напряжения в древесине, возникающие в результате ее увлажнения клеем, нагревания в процессе и последующего охлаждения до температуры помещения.
• При холодном и горячем способах склеивания карбамидными клеями не менее суток, карбамидным быстроотверждающимся клеем СФК-70 - не менее 2 ч.
• При склеивании глютиновыми клеями изделия выдерживают 1-3 сут, казеиновым — 1—2 сут.
• Для предохранения облицованных шпоном заготовок от коробления и лучшей циркуляции воздуха между ними их выдерживают под грузом в стопах с прокладками из древесины.
Величина давления при склеивании в основном зависит от площади склеиваемых поверхностей и качества их подготовки, от концентрации и вязкости клея.
При склеивании под давлением клей лучше проникает в поры древесины, увеличивая площадь склеивания.