Наполнение клеев . Наполнители в клеи вводят для придания ему необходимых эксплуатационных свойств и уменьшения расхода. При этом появляется возможность влиять на вязкость клея, особенно при низкой его концентрации; уменьшать глубину проникновения клея в древесину и предотвращать просачивание его на наружные поверхности тонких слоев; снижать величину усадки клея; уменьшать влияние изменения толщины клеевого слоя на прочность клеевого соединения; повышать разрывную прочность отвержденного клея; изменять модуль упругости клея; уменьшать разницу термических коэффициентов линейного расширения клея и древесины; способствовать равномерному распределению напряжений в клеевом слое и т.д.

Для достижения указанных целей наполнитель должен прочно соединяться с клеем; образовывать с ним однородные композиции; не оказывать каталитического действия на отверждение клея и, в частности, не затормаживать этот процесс; не вызывать коррозии металла, приклеиваемого к основе; не ухудшать стабильности клея при хранении и т.д.

Наполнители классифицируют:

по химическому составу;

по воздействию на полимер;

по структуре.

По химическому составу наполнители могут быть органическими и неорганическими.

Органические наполнители - древесная мука, мука злаковых (пшеничная и ржаная) и бобовых (соевая и др.), крахмал, мука из скорлупы плодовых каштанов, кокосовых и грецких орехов, лигнин, карбоксиметилцеллюлоза, измельченная кора различных деревьев и т.п. Эти наполнители хорошо набухают в воде, активно адсорбируют влагу, повышают вязкость клея, предотвращают стекание смолы с листов шпона. Некоторые из них, однако, снижают водостойкость клея, поэтому для ее восстановления в клей добавляют еще и альбумин.

Внутренние напряжения в клее от введения в него наполнителей, как правило, снижаются, так как не создается препятствий для развития релаксационных процессов и сохранения подвижности молекул. Отвержденный карбамидный клей содержит около 10-15% воды, химически не связанной с ним. В дальнейшем эта вода поглощается древесиной, что приводит к усадке и растрескиванию клеевого слоя. Введение в клей крахмала, белковых веществ, древесной муки и других гидрофильных веществ предотвращает появление этих нежелательных явлений.

Неорганические наполнители - каолин, мел, асбест, гипс, сажа, тонко размолотое стекло, высокодисперсные металлические порошки и многие другие. Эти наполнители не набухают в воде и не растворяются в ней. На вязкость клея они влияют слабо, но хорошо закрывают сосуды древесины, препятствуя просачиванию клея через тонкие слои. Наполнители уменьшают также влияние изменения толщины клеевого слоя на прочность клеевого соединения. Однако с течением времени прочность клеевого соединения может несколько снизиться. Что касается внутренних напряжений в клеевом слое, то перечисленные наполнители увеличивают их за счет увеличения модуля упругости клея. В то же время эти наполнители уменьшают разницу в термических коэффициентах линейного расширения клея и древесины. Минеральные наполнители способствуют сильному затуплению режущего инструмента при обработке им клееного материала.

Наполнители могут быть активными и инертными. Активные наполнители улучшают клеящие свойства полимера, упрочняют клеевой слой, повышают его модуль упругости или изменяют другие его свойства. Примеры таких наполнителей - крахмал, мука злаковых, двуокись титана и др. Следует, однако, заметить, что активными они называются в известной мере условно, так как, улучшая какое-либо одно свойство клея, они могут ухудшать другие его свойства. Кроме того, активность наполнителя может проявляться только при определенном его содержании в клее.

Инертные наполнители, в отличие от активных, не изменяют свойств клея. Примеры инертных наполнителей - мел, каолин, тальк и др. Основной эффект их применения обусловлен частичным заполнением объема. Структура твердых наполнителей может быть различной. Так, они могут быть тонкодисперсными, с частицами в форме зерен (древесная мука, мел и др.) или пластинок (тальк, графит, слюда), а также в виде волокнистых материалов (асбест, волластонит).

Размеры частиц наполнителя - важная его характеристика, от которой зависит не только прочность клея после его отверждения, но и склонность наполнителя к агломерации и осаждаемости частиц в клеевом растворе. Мелкодисперсные наполнители, имеющие большую удельную поверхность, более склонны к агломерации и меньше осаждаются. Размеры частиц, как правило, должны быть в пределах 1-20 мкм, но в отдельных случаях они могут быть и несколько большими, так как применение тонкодисперсного наполнителя может вызвать появление технологических трудностей - сильное загустение клея и снижение его текучести.

Содержание наполнителя в клее колеблется в довольно широких пределах. При малых количествах наполнителя наблюдающееся повышение прочности происходит за счет усиления пространственной структуры, образованной макромолекулами полимера. При больших степенях наполнения (от массы полимера) упрочняющее действие связано с образованием предельно структурированных пленок, распределенных между частицами полимера. При большом наполнении клея частицы наполнителя соприкасаются друг с другом, что приводит к резкому повышению вязкости клея. Может также уменьшиться активность клея (затормозится процесс его отверждения, особенно при холодном склеивании) и снизиться прочность клеевого соединения.

 При склеивании, например, листов шпона с ложным ядром количество вводимого в клей гипса увеличивается до 10-15%. В фенолоформальдегидных смолах, применяемых без предварительной подсушки, количество вводимого мела увеличивается до 12-14%.

Наполнитель можно вводить в реакционную смесь по истечении 1-1,5 ч после варки смолы или в готовую смолу за 8-10 ч до ее использования. В реакционную смесь целесообразно вводить наполнители, которые способны хорошо набухать в воде. В готовый клей, как правило, вводят неорганические наполнители. Для равномерного распределения наполнителя в клее последний вспенивают в течение 8-10 мин.

Практика применения некоторых наполнителей выработала следующие рекомендации в отношении их количества, вводимого в различные клеи (% от массы смолы):

Пластификация клеев . Некоторые из применяемых в настоящее время клеев отличаются после отверждения значительной жесткостью, что затрудняет развитие релаксационных процессов и, следовательно, способствует сохранению в клее значительных по величине внутренних напряжений. Эластичность пленки отвержденного клея можно повысить введением в него пластификатора, который усилит способность полимера к большим высокоэластическим и вынужденно высокоэластическим деформациям. При этом пластификатор должен быть способен совмещаться с клеем (т.е. образовывать с ним истинный раствор), отличаться малой летучестью, иметь небольшую вязкость, быть химически стойким, не вымываться водой, не ухудшать диэлектрических свойств клея и т.д. Эффективность пластификатора тем больше, чем меньше размер его молекул и больше их гибкость. При этих условиях молекулы пластификатора легче проникают между молекулами клея и принимают различные комформации.

В качестве пластификаторов, вводимых в клей для склеивания древесины, применяют глицерин, декстрин, сахар, сложные эфиры ( дибутилфталат, дикрезилфталат), диэтиленгликоль.

Пластифицирующее действие на клей , как указывалось ранее, оказывают и наполнители, содержащие клейковину: пшеничная и ржаная мука, мука из скорлупы каштанов, кокосовых орехов и др., пластификации клеевого слоя способствует также содержащийся в клее свободный фенол. Надо помнить, однако, что пластификаторы, повышая эластичность клея, снижают его прочность и долговечность и ухудшают адгезионные свойства. При этом снижение тем больше, чем выше концентрация пластификатора в клее. Подавляющее большинство пластификаторов вводят в клей в количестве, не превышающем 5% его массы. На термический коэффициент линейного расширения клея пластификаторы оказывают слабое влияние, незначительно увеличивая его.

Модификация клеев . Под этим термином понимается направленное изменение свойств клея введением в него некоторых веществ. В качестве последних используют и другие клеи. Модифицирующие добавки могут изменять адгезионные, механические, диэлектрические, упругоэластичные и другие свойства клея, а также улучшать совместимость с другими полимерами и компонентами, входящими в состав клея. Рассмотрим несколько характерных случаев модификации фенолоформальдегидных и карбамидных смол, широко используемых для склеивания фанеры.

Модификация фенолоформальдегидных смол происходит следующим образом. Если чистый фенольный клей, которому свойственна повышенная хрупкость и не очень высокая прочность, совместить с каучуком, например СКН-40, при соотношении 1:1,6, то полученный модифицированный клей будет отличаться высокой теплостойкостью и упругоэластичными свойствами. Таким клеем древесину можно склеивать как холодным, так и горячим способом. Аналогичное действие оказывает поливинилбутираль, введение которого в фенолоформальдегидную смолу повышает эластичность и вибростойкость клея при некотором снижении его теплостойкости. Пример такого клея - рассмотренный ранее клей БФ.

Для повышения водостойкости фенолоформальдегидных смол в них можно вводить резорцин или приготовленную на его основе смолу в количестве 1,5-5%. Пример такого клея - клей КФР-2, созданный на основе смолы СФЖ-3013 и резорциновой смолы Р-1.

Карбамидоформальдегидные смолы модифицируют каучуковыми латексами, поливинилацетатной дисперсией, фенолом, резорцином, бензогуанамином или меламином. Так, добавление в карбамидоформальдегидную смолу латексов типа ДММА, ЛНТ-1, Л-4, Л-7 (в соотношении 60:30) значительно повышает эластичность клеевого слоя без снижения прочности. Почти в 2 раза уменьшается содержание свободного формальдегида, снижается ее вязкость и, следовательно, удлиняется продолжительность хранения (почти в 4 раза). Водостойкость практически остается на прежнем уровне. Склеивать таким клеем можно как холодным, так и горячим способом.

Модификация карбамидоформальдегидных смол поливинилацетатной дисперсей повышает эластичность и прочность клея. Ускоряется также нарастание прочности склеивания при комнатной температуре. Рекомендуемое соотношение между смолой и модифицирующей добавкой 100:25. Поливинилацетатную дисперсию можно добавлять в готовую карбамидоформальдегидную смолу или в реакционную смесь при ее поликонденсации.

В карбамидоформальдегидную смолу для повышения ее водостойкости и прочности вводят фенол, резорцин и бензогуанамин, заменяя ими часть мочевины в реакционной смеси, а также на стадии синтеза олигомеров. При этом введение в клей до 10% резорцина взамен мочевины более эффективно, чем модификация его меламином.

В качестве модификаторов карбамидоформальдегидных смол применяют аминоэпоксид (его добавляют до 6% массы смолы) или амидохлоргидрин (10-12% массы смолы), вводимые в смолу в виде водного раствора 30%-ной концентрации. Эти модификаторы повышают прочность и водостойкость клеевых соединений и снижают токсичность смолы. При подогреве исходных компонентов, раздельном нанесении смолы и отвердителя и невысокой температуре склеивания такие клеи пригодны для склеивания древесины повышенной влажности.

Приготовление клеев

Как было описано ранее, клеи бывают одно-, двух- или многокомпонентные. Однокомпонентные клеи к месту их использования подают по трубопроводам шестеренчатым насосом или сжатым воздухом (Р = 0,2- 0,4 МПа). Двух- и многокомпонентные клеи готовят в специальных стационарных или передвижных клеемешалках вместимостью 300-500 л, располагаемых на полу цеха, или вместимостью 150-200 л, располагаемых над клеенаносящими станками. Клеемешалка имеет вал с лопастями, перемешивающими смолу с введенными в нее компонентами. Для предотвращения увеличения температуры перемешиваемого клея свыше 20°С, что могло бы сократить его жизнеспособность, клеемешалки снабжают водяными рубашками, в которые подают водопроводную воду. Отвердитель в смолу вводят в твердом виде или в виде водного раствора 25%-ной концентрации. Продолжительность перемешивания 15-30 мин.

Если в состав клея входит наполнитель, его вводят последним, после тщательного перемешивания смолы с отвердителем и другими компонентами. Для лучшего набухания наполнителя клей перед употреблением определенное время выдерживают.

Для экономии наполненных карбамидных клеев, уменьшения опасности просачивания их через тонкие слои вследствие увеличения вязкости и уменьшения количества вводимой в пакет влаги их вспенивают. Для этого в смолу вводят такие поверхностно-активные вещества, как альбумин, ОП-10, сапонал, некаль, сапонин и др., в количестве 0,2-1% массы смолы. При вращении в течение 5-10 мин многолопастной мешалки вспенивающего аппарата, имеющего частоту вращения 250-300 мин־¹, происходит увеличение объема смолы в 3-5 раз. После этого в нее добавляют отвердитель и снова перемешивают в течение 5-10 мин. Устойчивость получающейся пены обычно не менее 8 часов.

Вспенивать клей можно также, продувая через него сжатый воздух. Вспенивание клея уменьшает его расход на 10-15%. К вспениванию наполненных клеев прибегают для более равномерного распределения в них наполнителя.

Клеи, предназначенные для изготовления конструкционных материалов, вспенивать не рекомендуется, так как пузырьки воздуха, являясь концентраторами напряжений, могут отрицательно повлиять на прочность клеевого соединения.