Материал: Склеивание древесины

Склеивание древесины

Введение

Большинство материалов из древесины изготавливаются путём склеивания. В связи с этим производство клеёных материалов из древесины является важной областью деревообработки. Кроме того, склеивание является нередко неотъемлемой частью технологического процесса изготовления изделий из древесины.

Клеёные древесные материалы широко применяются во многих отраслях промышленности: мебельной и в производстве других товаров широкого потребления, строительстве, тарном производстве, вагоно-, контейнеро- и судостроении, сельскохозяйственном и других областях машиностроения. Развитие производства таких материалов происходит как в количественном, так и в качественном отношении, путём создания новых материалов. Решающую роль в этом играет совершенствование технологии и техники производства, применение новых клеёв и композиционных материалов.

Фанера - популярный строительный материал листового типа. Фанера представляет собой слоистый материал, состоящий из листов шпона, нередко разных толщин и из древесины различных пород. Фанеру формируют из нескольких листов шпона, в зависимости от необходимой толщины, при взаимно перпендикулярном расположении волокон древесины в смежных листах. Так же выпускается и однонаправленная фанера <#"866168.files/image001.gif">/ /  / /.

По степени водостойкости клеевого соединения фанеру подразделяют на марки:

·          ФСФ - фанера повышенной водостойкости;

·        ФК - фанера водостойкая.

По степени механической обработки поверхности фанеру подразделяют на:

·          Нешлифованную - НШ;

·        Шлифованную с одной стороны - Ш1;

·        Шлифованную с двух сторон - Ш2.

Листы фанеры должны быть обрезаны под прямым углом. Косина не должна превышать 2 мм на 1 м длины кромки. Отклонения от прямолинейности кромок не должны превышать 2 мм на 1 м длины листа.

2. Характеристика заданной продукции

В качестве продукции по заданию была принята фанера марки ФСФ из берёзового шпона. Фанера ФСФ - один из самых популярных видов фанеры, используется в строительстве, производстве, кровельных работах. Относится к фанере общего назначения. Изготавливается из лущёного шпона и на фенолоформальдегидных клеях. Эта фанера характеризуется относительно высокой износоустойчивостью, механической прочностью и повышенной водостойкостью. Критерием водостойкости фанеры является величина предела прочности при скалывании по клеевому слою после термовлажностной обработки образцов, выполненной в определённом режиме (таблица 2.1).

.1 Технологические требования к фанерной продукции

1.      Для изготовления наружных слоёв фанеры принимают шпон хвойных пород (по заданию сосновый шпон). Внутренние слои могут быть изготовлены из шпона лиственных пород при условии сохранения механических и эксплуатационных свойств фанеры.

Фанера считается изготовленной из той породы, из которой изготовлены её наружные слои. Толщина шпона, применяемого для наружных и внутренних слоёв фанеры, не должна превышать 6,5 мм.

2.      В наружных слоях фанеры не допускаются пороки древесины и дефекты обработки, превышающие ограничения, установленные в ГОСТ 3916.2-96. таблица 3.

3.      Во внутренних слоях фанеры допускаются пороки древесины и дефекты обработки, не влияющие на её качество и размеры.

4.      В фанере шириной до 1525 мм наружный слой сорта  может быть составлен из двух полос шпона соединённых по центру листа. В фанере шириной 1525 мм наружный слой сорта  может быть из трёх полос шпона одинаковой ширины. Наружные слои сорта  и  допускается составлять из неограниченного количества полос шпона.

Для сортов ,  и  соединения шпона должны быть параллельны кромкам фанеры, а полосы подобраны по цвету.

5.      Содержание формальдегида в фанере в зависимости от класса эмиссии должно соответствовать указанному в ГОСТ 3916.2-96

6.      Учёт фанеры производится в квадратных метрах и (или) в кубических метрах. Объём одного листа определяют с точностью до 0,00001м³, объём партии фанеры - с точностью до 0,01 м³. Площадь листа фанеры вычисляют с точностью до 0,01 м², партии - с точностью до 0,5 м².

.2 Характеристика материалов, применяемых для изготовления фанеры

Для изготовления большинства видов фанеры применяется лущёный шпон. По заданию шпон изготовлен из древесины хвойных пород - сосна. Основным сортообразующими пороками и дефектами являются сучки различных видов, трещины, грибные и химические окраски, засмолки, смоляные кармашки, царапины, риски, вырывы и другие.

Влажность шпона должна быть 6 (2%). Шероховатость поверхности шпона не более 320 мкм.

Средняя прочность лущёного шпона при растяжении вдоль (поперёк) волокон, МПа, составляет 50,0 (1,0).

Длина листа шпона измеряется вдоль волокон древесины. Длина и ширина листов шпона для изготовления клеёной слоистой древесины часто связана с форматом этой продукции. По заданию формат шпона 2520 х 1300. Толщина шпона принимается из расчёта получения продукции требуемой толщины с учётом специфических её свойств и возможностей лущильных станков и колеблется от 1,20 до 4,0 мм с градацией 0,4 для хвойных пород.

Косина листа шпона не должна превышать 5 мм на 1 м длины его кромки.

Клеи на основе фенолоформальдегидных смол

При изготовлении клеёной слоистой древесины применяют, в основном, две группы клеёв - на основе карбамидоформальдегидных и фенолоформальдегидных смол. В состав клеёв, кроме смолы, входят отвердители, наполнители, служащие для регулирования вязкости клея и экономии смолы, модификаторы. Фенолоформальдегидные смолы часто применяются в виде однокомпонентных клеёв.

Основа фенольных клеёв - фенолоформальдегидные смолы. Сырьём для этих смол служат фенол  и его гомологи - крезол , фенольная фракция (смесь фенола с крезолом), трикрезол, ксиленон , а также формальдегид  и различные катализаторы.

Фенолоформальдегидные клеи могут быть: одно- или многокомпонентные; жидкие и твёрдые; для горячего и холодного склеивания. Клеи на основе фенолформальдегидных смол образуют клеевые соединения повышенной водостойкости и высокой прочности.

Чтобы решить вопрос о пригодности смолы (клея) для тех или иных целей, необходимо знать, какими показателями она может быть охарактеризована. В качестве клея будем рассматривать, как наиболее подходящий для фанеры ФСФ, клей на основе водорастворимой смолы горячего отверждения марки СФЖ-3013.

Смола СФЖ-3013 - водная малотоксичная смола, позволяющая получать прочные водостойкие клеевые соединения. Срок годности её до 45 сут. Клеи на её основе не требуют подсушки после нанесения на склеиваемые поверхности. Жизнеспособность клеёв 8-16 ч.

Для ускорения процесса желатинизации клея в их состав вводят отвердители.  Применение 50%-го водного раствора калия углекислого (поташа) в количестве 10…12 мас.ч. на 100 мас.ч. смолы ускоряет процесс на 20-35%. Однако при введении поташа снижается водостойкость клеевого соединения. Этот недостаток исключается, если в состав клея дополнительно вводить модификатор - резорциносодержащая смола холодного отверждения, например Р-1, ФР-12 и др. в количестве 5…10 мас.ч.

В качестве наполнителей в клей вводят мел в количестве 7…12 мас.ч. на 100 мас.ч. смолы нередко в сочетании с древесной мукой Nº 140, лигниновой мукой, гидролизным лигнином.

Клеи на основе смолы СФЖ-3013 используют при изготовлении фанеры, плит, фанерных труб, бакелизированной фанеры, клееного паркета

1)    СФЖ-3013 - 100 мас.ч.

2)      уротропин - 3,5 мас.ч.

)        параформ- 4,6 мас.ч.

)        вода - 0,5 мас.ч.

)        смола Р-1 - 3 мас.ч.

)        мел - 12 мас.ч.

В заключение дадим общую характеристику фенолоформальдегидных клеёв. Они имеют высокую адгезию к древесине и другим материалам. Дают прочные, водо-, атмосферо-, био- и теплостойкие соединения. Имеют высокие диэлектрические свойства. Недостатки их - токсичность, дефицитность, повышенная стоимость и тёмный цвет. В отверждённом состоянии подвержены старению.

3. Параметры условий и режимов склеивания

Технологический процесс склеивания клеёных слоистых материалов включает следующие операции: нанесение клея на шпон, сборка пакетов, подготовка клеевого слоя к склеиванию, склеивание пакетов, кондиционирование склеенного материала.

Качественное склеивание древесных слоистых материалов может быть достигнуто при соблюдении параметров условий и режимов склеивания. Параметрами условий склеивания являются характеристики древесины и клеевых материалов, расход клея, характеристика пакетов для склеивания и способ подготовки их к склеиванию.

.1 Параметры условий склеивания

При разработке технологии применяют следующие способы нанесения клея: на вальцовых клеенаносящих станках, способом налива и механического распыления.

Принимаем способ нанесения клея на вальцовых клеенаносящих станках. При этом способе клей наносится на обе стороны шпона. Этим способом можно наносить клей вязкостью 40-130 по ВЗ-4 с расходом 90…240 г/м². Основные параметры современных клеенаносящих станков: длина клеенаносящих вальцов 500-3900 мм, диаметр 175-350 мм, скорость подачи - до 0,5 м/с; диаметр дозирующих роликов 120-165 мм, мощность электродвигателя 0,4-4 кВт.

Достоинства способа: двустороннее нанесение клея на шпон;

Недостатки способа: влияние типографии материала на расход клея и равномерность его распределения. Отсюда - излишне высокий минимальный расход клея. Потери клея -  до 10%.

Процесс нанесения должен обеспечивать непрерывный тонкий и однородный по толщине клеевой слой. С увеличением толщины шпона возрастает шероховатость и разрыхлённость его поверхности. Этими факторами и объясняется требуемое увеличение расхода клея. Расход клея по заданным параметрах - ФСФ, хвойная порода, толщина шпона более 2 мм - составляет 150…160 г/м².

Процесс сборки пакетов подчиняется следующим требованиям, обеспечивающим наименьший расход материалов на продукцию, минимальную её формоизменяемость, простоту организации данного процесса.

.        Набор шпона в пакете может быть неравномерным, состоящим из шпона древесины разных пород, но обязательно симметричным относительно оси сечения паета.

.        В неравнослойном пакете листы шпона из древесины одной породы должны отличаться по толщине визуально, т.е. не менее чем на 0,3 мм.

.        Набор шпона в пакете должен состоять из возможно меньшего количества слоёв шпона. Слойность пакета обуславливается толщиной применяемого шпона или оговаривается требованиями технических условий.

.        Набор пакета следует осуществлять с применением возможно меньшего количества толщин шпона.

.        Толщина наружных слоёв в пакете должна быть меньше внутренних.

.        Сумма толщин шпона в наборе должна быть наименьшей допустимой.

Склеивание шпона при изготовлении фанеры можно производить, загружая в промежуток пресса пакет, состоящий из одного или нескольких единичных пакетов. Количество пакетов в промежутке пресса ограничивается рациональной суммарной толщиной пакета. Это связано с тем, что с увеличением толщины пакета резко возрастает время склеивания. С другой стороны, при склеивании тонкими пакетами падает производительность пресса, так как возрастает доля времени на вспомогательные операции. На этом основании наибольшее количество единичных пакетов в промежутке пресса при склеивании фанеры общего назначения составляет: для толщин 12 и 21 мм - 1 пакет.

Толщина пятислойного пакета по сосновому шпону для продольной фанеры форматом 2440х1220 мм, сорта Е_х/II_x, равна .  Наборы пакета следует представить в виде:

по толщинам шпона, мм: 2,76-2,76-2,76-2,76-2,76

по форматам, мм:         2520х1300-1300х2520-2520х1300-1300х2520-2520х1300

по сортам: Е_х - Вн - вн - вн - II_x

схема набора пакета шпона: 

Толщина девятислойного пакета по сосновому шпону для продольной фанеры форматом 2440х1220 мм, сорта III_x/III_x, равна . Наборы пакета следует представить в виде:

по толщинам шпона, мм: 2,76-2,76-2,76-2,76-2,76-2,76-2,76-2,76-2,76

по форматам, мм: 2520х1300-1300х2520-2520х1300-1300х2520-2520х1300-1300х2520-2520х1300-1300х2520-2520х1300

схема набора пакета шпона:  

Вязкость клея, наносимого на шпон, чаще всего ниже требуемой. Это обусловлено необходимостью равномерного нанесения клея на поверхность склеивания. Однако такой клей глубоко проникает в полости склеиваемой поверхности и не обеспечивает непрерывного клеевого слоя. Это ведёт к снижению прочности склеивания.

Для ликвидации указанных явлений вязкость клеевого слоя после его нанесения необходимо повысить. Для этого применим подпрессовку пакетов шпона. В этом случае пакеты, собранные в стопы толщиной 400…800 мм, выдерживают под давлением в холодном прессе, что обеспечивает сплошной контакт склеиваемых поверхностей.

Применение подпрессовки увеличивает компактность пакета. Это предотвращает смещение листов в пакете и их разрушение, позволяет увеличить скорость транспортирования пакетов на участке склеивания, уменьшить высоту промежутка пресса. Увеличение числа промежутков без увеличения высоты пресса повышает его производительность в среднем на 6,6% на один этаж. Возможность хранения подпрессованных пакетов позволяет исключить жёсткую цикличную связь участков сборки пакетов и горячего склеивания.

.2 Параметры режимов склеивания

Параметрами режимов склеивания является температура склеивания, давление на пакет и продолжительность склеивания.

Нагрев пакета при склеивании интенсифицирует этот процесс, улучшает условия формирования клеевого слоя. При изготовлении клееной слоистой древесины обычно используют кондуктивный метод нагрева - путём передачи тепла пакета греющими плитами пресса.

При выборе температуры склеивания необходимо учитывать её влияние на условия формирования клеевого слоя, характеристики клея и склеиваемого материала, условия подготовки и склеивания пакетов.

При постепенном нагреве пакетов в начале процесса склеивания происходит разжижение клея и пластификация шпона. Одновременное с ростом температуры повышение давления обеспечивает хорошее растекание  и перераспределение клея между слоями шпона и внутри структуры его древесины при одновременном уплотнении шпона. Отверждение клея и формирование клеевых связей между слоями шпона и в структуре его древесины происходит в уплотнённом пакете.

Охлаждают продукцию в конце процесса склеивания до 40 ^оС по двум причинам: во-первых, для конденсации пара, т.к. выход его из рассматриваемых материалов не возможен или затруднён; Во-вторых, для уменьшения термических касательных и нормальных напряжений, которые возникают в материалах при неравномерном по сечению охлаждении их в свободном состоянии.