Технология и оборудование клееных материалов

Е.М. Разиньков В.С. Мурзин Е.В. Кантиева

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ

КЛЕЕНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Воронежская государственная лесотехническая академия»

Е.М. Разиньков   В.С. Мурзин   Е.В. Кантиева

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ

КЛЕЕНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Рекомендовано УМО по образованию в области лесного дела
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных 
заведений по направлению подготовки бакалавра 250400.62 –
«Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих 
производств», профиль 250403.62 «Технология деревообработки»

Воронеж 2013

УДК 674.093.26 (026) + 674.028.9

Р17

Печатается по решению учебно-методического совета
ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 8 от 22 июня 2012 г.)

Рецензенты: кафедра технического сервиса и технологии

машиностроения ФГБОУ ВПО «Воронежский ГАУ»,
заместитель генерального директора фирмы
«Мебельпроект-С» В.М. Новичихин

Разиньков, Е. М.

Р17 Технология и оборудование клееных материалов [Текст] : учебное пособие 
/ Е. М. Разиньков, В. С. Мурзин, Е. В. Кантиева ; М-во образования и науки РФ, 
ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2013. – 291 с.

ISBN 978-5-7994-0541-0 (в пер.)

В 
учебном 
пособии 
приведены 
основные 
виды 
клеев, 
используемых 
в 

деревообработке. Подробно рассмотрены процесс склеивания, технологии и оборудование 
производства лущеного и строганого шпона, фанеры, фанерных труб, столярных плит, 
гнутоклееных заготовок, древеснослоистых пластиков.

Учебное пособие предназначено для студентов по направлению подготовки 250400 –

Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств, профиль –
Технология деревообработки.

УДК 674.093.26 (026) + 674.028.9

Разиньков Е.М., Мурзин В.С.,
Кантиева Е.В., 2013

ISBN 978-5-7994-0541-0
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная
лесотехническая академия», 2013

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................6
1. КЛЕИ И ПРОЦЕССЫ СКЛЕИВАНИЯ.................................................................7
1.1. Классификация клеев и клеевых материалов....................................................7

1.1.1. Классификация клеев..............................................................................7
1.1.2. Основные и вспомогательные компоненты клеев...............................9

1.2. Карбамидоформальдегидные смолы и клеи на их основе..............................11

1.2.1. Получение карбамидоформальдегидных смол...................................11
1.2.2. Карбамидоформальдегидные жидкие смолы.....................................15
1.2.3. Карбамидоформальдегидные порошкообразные смолы...................18
1.2.4. Приготовление карбамидоформальдегидных клеев..........................20
1.2.5. Карбамидоформальдегидные пропиточные смолы и пленки

на их основе...........................................................................................24

1.3. Фенолоформальдегидные смолы и клеи на их основе...................................25

1.3.1. Получение фенолоформальдегидных смол........................................26
1.3.2. Фенолоформальдегидные смолы клеящие и пропиточные

горячего отверждения, клеи и пленки на их основе..........................28

1.3.3. Фенолоформальдегидные смолы холодного отверждения

и клеи на их основе...............................................................................34

1.3.4. Резорциноформальдегидные смолы и клеи на их основе.................35

1.4. Меламиноформальдегидные и

карбамидомеламиноформальдегидные смолы................................................37

1.4.1. Меламиноформальдегидные смолы....................................................37
1.4.2. Карбамидомеламиноформальдегидные смолы..................................40

1.5. Клеи животного происхождения.......................................................................42

1.5.1. Глютиновые клеи...................................................................................42
1.5.2. Казеиновые клеи....................................................................................42
1.5.3. Альбуминовые и комбинированные клеи...........................................44

1.6. Поливинилацетатные, каучуковые и прочие виды клеев...............................45

1.6.1. Поливинилацетатная дисперсия..........................................................45
1.6.2. Каучуковые клеи...................................................................................48
1.6.3. Прочие виды клеев................................................................................50

1.7. Процесс склеивания древесины........................................................................55

1.7.1. Основные положения теории адгезии.................................................55

1.7.2. Факторы, влияющие на прочность склеивания..................................63
1.7.3. Основные показатели, характеризующие режим склеивания...........70

1.8. Охрана труда при работе с клеями...................................................................83
2. ВИДЫ КЛЕЕНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА...................85
2.1. Фанера.................................................................................................................85

2.1.1. Фанера общего назначения..................................................................86
2.1.2. Фанера березовая авиационная............................................................90
2.1.3. Фанера декоративная............................................................................93
2.1.4. Фанера бакелизированная....................................................................94

2.2. Гнутоклееные заготовки из шпона...................................................................97
2.3. Столярные плиты..............................................................................................100
2.4. Древеснослоистые пластики............................................................................102
3. ТЕХНОЛОГИЯ ПОДГОТОВКИ СЫРЬЯ И ПОЛУЧЕНИЕ ЛУЩЕНОГО
ШПОНА....................................................................................................................106
3.1. Виды сырья........................................................................................................106
3.2. Хранение сырья................................................................................................107
3.3. Раскрой древесного сырья...............................................................................110
3.4. Гидротермическая обработка..........................................................................114
3.5. Окорка древесного сырья................................................................................120
3.6. Характеристика лущеного шпона...................................................................125
3.7. Лущение шпона................................................................................................126
3.8. Рубка шпона......................................................................................................139
3.9. Сушка шпона.....................................................................................................151
3.10. Сортировка шпона..........................................................................................162
3.11. Прирубка кускового шпона и его ребросклеивание...................................166
3.12. Починка шпона...............................................................................................175
3.13. Объемный и качественный выходы шпона..................................................178
4. ТЕХНОЛОГИЯ ПОДГОТОВКИ И ПОЛУЧЕНИЕ СТРОГАНОГО
ШПОНА....................................................................................................................180
4.1. Характеристика сырья......................................................................................180
4.2. Раскрой сырья...................................................................................................181
4.3. Гидротермическая обработка сырья...............................................................184
4.4 Характеристика строганого шпона..................................................................186
4.5. Строгание шпона..............................................................................................187

4.6. Сортировка шпона............................................................................................194
4.7. Изготовление шпона по технологии файн-лайн............................................196
5. ТЕХНОЛОГИЯ ФАНЕРЫ..................................................................................200
5.1. Приготовление и нанесение клея на шпон.....................................................201
5.2. Подсушка шпона с нанесенным клеем...........................................................208
5.3. Сборка пакетов.................................................................................................211
5.4. Подпрессовка пакетов......................................................................................215
5.5. Горячее прессование........................................................................................216
5.6. Особенности технологии бакелизированной и декоративной фанеры.......230
5.7. Обрезка фанеры по формату...........................................................................235
5.8. Шлифование фанеры........................................................................................238
5.9. Сортирование фанеры......................................................................................240
5.10. Переобрез и починка фанеры........................................................................245
5.11. Упаковка и маркировка фанеры....................................................................246
6. ТЕХНОЛОГИЯ ФАНЕРНЫХ ТРУБ, ГНУТОКЛЕЕНЫХ ЗАГОТОВОК
ИЗ ШПОНА И СТОЛЯРНЫХ ПЛИТ....................................................................247
6.1. Технология фанерных труб.............................................................................247
6.2. Технология гнутоклееных заготовок из шпона.............................................253
6.3. Технология столярных плит............................................................................261
7. ТЕХНОЛОГИЯ ДРЕВЕСНОСЛОИСТЫХ ПЛАСТИКОВ..............................266
8. ТЕХНОЛОГИЯ ДЕРЕВЯННЫХ КЛЕЕНЫХ КОНСТРУКЦИЙ....................275
8.1. Достоинство ДКК.............................................................................................275
8.2. Номенклатура и области применения ДКК...................................................275
8.3. Технология ДКК...............................................................................................278

8.3.1. Сушка и кондиционирование пиломатериалов................................279
8.3.2. Сортировка пиломатериалов..............................................................279

8.4. Раскрой, механическая обработка древесины и склеивание заготовок......279

8.4.1. Раскрой и механическая обработка древесины................................279
8.4.2. Склеивание заготовок.........................................................................280
8.4.3. Механическая, защитная обработка поверхностей конструкции

и сверление в ней отверстий...................................................................................282

8.4.4. Транспортирование конструкций......................................................284

8.5. Испытание конструкций..................................................................................285
9. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ................................................................286
Библиографический список....................................................................................288

ВВЕДЕНИЕ

Широкое применение склеивания древесины дает возможность рацио
нально использовать древесное сырье.

Склеивание позволяет получать материалы требуемой формы с необхо
димыми свойствами.

Ассортимент материалов, полученных склеиванием, очень широк. Это 

клееные деревянные конструкции, фанера, фанерные плиты, фанерные трубы, 
гнуто- и плоскоклееные детали из шпона, древеснослоистые пластики, древесностружечные и древесноволокнистые плиты.

Эти материалы за счет меньшего расхода сырья, идущего на их изготов
ление, как правило, дешевле деталей из массивной древесины.

Первая глава этой книги посвящена рассмотрению процесса склеивания 

древесины, а также описанию клеев, используемых в деревообработке.

Во второй главе приведены характеристики клееных материалов.
В последующих главах подробно рассмотрены технологии производства 

лущеного и строганого шпона, фанеры, фанерных труб, столярных плит, гнутоклееных заготовок, древеснослоистых пластиков. Приведены параметры технологических процессов и технические характеристики применяемого оборудования.

В книге уделено внимание вопросу охраны труда и окружающей среды.
В книге использованы материалы известных специалистов в области тех-

нологии клееных материалов и древесных плит, таких как В.А. Куликов, 
В.Н. Волынский, Ю.В. Васечкин, Г.М. Шварцман, Д.А. Щедро, Е.И. Карасев и 
др.

Первая глава учебного пособия написана В.С. Мурзиным, остальные гла
вы написаны Е.М. Разиньковым и Е.В Кантиевой. 

1. КЛЕИ И ПРОЦЕССЫ СКЛЕИВАНИЯ

1.1. Классификация клеев и клеевых материалов

1.1.1. Классификация клеев

Клей представляет собой вещество, способное при определенных услови
ях переходить в твердое состояние, прочно удерживая при этом соединенные 
материалы.

Клеи можно классифицировать по происхождению, методам получения, 

свойствам, условиям применения и т.д. В деревообрабатывающей промышленности применяются в качестве клеевых веществ высокомолекулярные соединения природного и синтетического происхождения. К природным полимерам 
относятся глютин, получаемый из подкожного слоя, костей, хрящей животных; 
казеин, получаемый из молока, и альбумин из крови животных. Клеи на их основе – глютиновые, казеиновые, альбуминовые – являются клеями животного 
происхождения.

К синтетическим полимерам относятся синтетические смолы. По методу 

получения синтетические смолы делятся на две основные группы: конденсационные и полимеризационные.

Конденсационные смолы образуются в результате реакции поликонденса
ции не менее двух химических веществ. Методом поликонденсации получают 
все основные смолы, используемые для склеивания древесины, например, карбамидоформальдегидные, фенолоформальдегидные, меламиноформальдегидные, а также применяемые для склеивания древесины в сочетании с другими 
материалами, например, эпоксидные, полиэфирные и др.

Полимеризационные смолы получают в результате реакций полимериза
ции одного или нескольких исходных веществ-мономеров.

Таким способом синтезируют поливинилацетатные, полихлорвиниловые, 

карбинольные и другие смолы, а также синтетические каучуки. Некоторые виды синтетического каучука получают также методом поликонденсации.

В зависимости от поведения при нагревании клеи делятся на термореак
тивные и термопластичные.

Клеи на основе термореактивных смол при нагревании или под действием 

отвердителей при нормальной температуре переходят сначала в вязко-текучее, 
а затем в твердое необратимое и нерастворимое состояние. Практически все 
клеящие смолы конденсационного типа обладают термореактивными свойствами.

К термопластичным относятся смолы и клеи, которые при нагревании 

размягчаются, а при охлаждении затвердевают. К ним относятся поливинилацетатные, поливинилхлоридные и другие. Прочность и жесткость клеевых соединений на термопластичных смолах значительно ниже, чем на термореактивных.

По водостойкости клеевых соединений клеи можно разделить на три 

группы: водоупорные, водостойкие и неводостойкие.

Водостойкие клеи характеризуются стойкостью клеевых соединений к 

воздействию воды при нормальной температуре, водоупорные – к воздействию 
кипящей воды.

Неводостойкие клеи дают клеевые соединения, полностью разрушаю
щиеся в воде при нормальной температуре. Примером являются глютиновые 
клеи и поливинилацетатная дисперсия.

По теплостойкости клеевых швов клеи подразделяют на температуро
стойкие, теплостойкие и нетеплостойкие. Клеевые швы на температуростойких клеях выдерживают воздействие высоких температур. К температуростойким относятся, например, фенолформальдегидные смолы. Теплостойкие клеи 
обеспечивают сохранение прочности при нагреве до 60 0С, например, карбамидоформальдегидные, а нетеплостойкие (поливинилацетатная дисперсия, глютиновый клей) непригодны для склеивания, если клеевые соединения работают 
при температуре 40 0С и выше.

Клеи различаются по механизму отверждения. Для большинства клеев 

механизмом отверждения является реакция поликонденсации или полимеризации, которая ускоряется за счет применения повышенной температуры при горячем склеивании или использования специальных ускорителей реакции при 
холодном склеивании. Однако у некоторых клеев механизм отверждения носит 
физический характер и связан с удалением растворителя из зоны клеевого шва, 
охлаждением расплавленного клея и другими физическими явлениями (ПВАД, 
клей-расплав, глютиновый клей и др.).

По товарному виду клеи могут быть жидкими, пленочными и порошкооб
разными. В отдельных случаях один и тот же тип клея можно поставлять во 
всех перечисленных вариантах, например, карбамидоформальдегидную смолу.

1.1.2. Основные и вспомогательные компоненты клеев

Жидкие клеи представляют собой композиции из нескольких компонен
тов или составных частей клея. Практически в любой рецептуре жидкого клея 
присутствует основное клеящее вещество, растворитель и вспомогательные 
вещества.

Основными клеящими веществами, непосредственно участвующими в 

процессе склеивания, являются высокомолекулярные соединения естественного 
или синтетического происхождения (коллаген, казеин, альбумин, синтетические смолы). Они обладают свойством адгезии к склеиваемым поверхностям и 
способностью образовывать твердые пленки.

Растворители – жидкости, которые обеспечивают определенную конси
стенцию и содержание сухих веществ клея. К ним относятся вода, спирты, бензин, этилацетат, циклогексан, метиленхлорид и др.

Клееобразователи – вещества, способствующие переходу клеевых ве
ществ в коллоидный раствор. Для белковых клеев клееобразователями служат 
известь и щелочи.

Отвердители – химические вещества, ускоряющие реакцию поликонден
сации синтетических смол, то есть процесс их перехода в нерастворимое состояние. В качестве отвердителей для карбамидоформальдегидных смол используются хлористый аммоний и слабые кислоты (щавелевая, молочная, муравьиная), для фенолформальдегидных смол – сульфонафтеновая кислота, 
параформальдегид, для эпоксидных смол – ангидриды кислот (ангидриды малеиновой или фталевой кислоты) или амины.

Наполнителями называют вспомогательные вещества, применяемые для 

уменьшения расхода клея, снижения усадки клеевого шва и придания ему необходимых свойств. Наполнители разделяют на активные и пассивные. Активные наполнители обладают клеящими свойствами, пассивные в этом отношении инертны.

По химическому составу наполнители могут быть органическими и неор
ганическими.

Органические наполнители – древесная мука, мука злаковых (пшеничная 

и ржаная), бобовых (соевая и др.), мука из скорлупы плодовых каштанов, кокосовых и грецких орехов, лигнин гидролизный, карбоксиметилцеллюлоза, измельченная кора различных деревьев и др.

Неорганические наполнители – каолин, мел, асбест, гипс, сажа, цемент, 

высокодисперсные металлические порошки и т.д.

Пластификаторы применяются в клеевых растворах синтетических смол 

для придания пластичности клеевому шву и снижения его хрупкости.

В качестве пластификаторов, вводимых в клей для склеивания древесины, 

применяют глицерин, диэтиленгликоль, дибутилфталат, трикрезилфосфат, сахара.

Стабилизаторами называют вещества, обеспечивающие сохранение кон
систенции и клеящих свойств клея в течение определенного времени. К ним 
относятся ацетон, этиловый спирт, органические растворители.

Антисептиками называют вещества, применяемые для придания клеям и 

клееным материалам биостойкости по отношению к грибам и плесени. Антисептиками могут быть пентохлорфенолят натрия, фтористый натрий, кремнефтористый аммоний, препарат ХМББ-3324 и др.

Антипирены обеспечивают склеенным материалам повышенную огне
стойкость. Наиболее часто применяется бура, фосфорнокислый аммоний.

Гидрофобные добавки используют для повышения водостойкости, на
пример, древесностружечных плит. Применяют такие вещества, как парафин, 
церезин и т.д. Эмульсия парафина может наноситься на стружку совместно с 
карбамидоформальдегидным связующим или раздельно.

Вспенивающие вещества применяют для вспенивания карбамидофор
мальдегидных смол с целью снижения плотности клеевого раствора и тем самым его расхода при нанесении на шпон. Наиболее распространенным вспенивающим веществом является пылевидный альбумин.

1.2. Карбамидоформальдегидные смолы и клеи на их основе

1.2.1. Получение карбамидоформальдегидных смол

Среди синтетических смол, используемых в качестве клеящих веществ в 

деревообрабатывающей промышленности, наиболее широкое применение нашли карбамидоформальдегидные смолы, получаемые в результате поликонденсации карбамида с формальдегидом. Их распространение обуславливают такие 
свойства, как высокая клеящая способность, минимальная продолжительность 
желатинизации при высокой температуре, нормальная вязкость при высоком 
содержании сухого остатка, бесцветность, достаточная стабильность при хранении, обеспечивающая возможность транспортирования на большие расстояния, значительно меньшая токсичность, чем, например, фенолформальдегидных смол, низкая стоимость и богатая сырьевая база.

Эти смолы могут выпускаться в виде водных растворов, порошков и пле
нок. Большинство смол могут использоваться как при горячем, так и при холодном склеивании. Особенно эффективно их использование при ускоренном 
склеивании с нагревом в поле токов высокой частоты.

В деревообрабатывающей промышленности карбамидоформальдегидные 

смолы применяются для производства древесностружечных плит, фанеры и 
фанерной продукции, мебели, строительных деревянных конструкций и деталей, музыкальных инструментов, спортинвентаря и т.д.

Однако клеевые соединения на основе карбамидоформальдегидных смол 

неустойчивы к одновременному воздействию тепла и влаги. Это ограничивает 
применение карбамидоформальдегидных смол для производства клееной продукции, эксплуатируемой в атмосферных условиях. Клееная продукция с использованием этих смол, особенно древесностружечные плиты и фанера, является источником выделения в окружающую среду такого вредного для здоровья 
человека вещества, как формальдегид, что также должно учитываться при выборе марки смолы и отработке технологии производства клееной продукции. 
Клеи на основе карбамидоформальдегидных смол при отверждении дают 
большую усадку, что приводит к возникновению в клеевом шве усадочных напряжений и ослабляет его механическую прочность.

Сырьем для получения смол являются карбамид (мочевина) и формальде
гид. Катализаторами реакции поликонденсации карбамида с формальдегидом 
служат едкий натр, уротропин, аммиачная вода, хлористый аммоний, малоконцентрированные растворы серной и соляной кислот и др. Для стабилизации 
карбамидоформальдегидных смол используют этиловый спирт, диэтиленгликоль.

В общем виде процесс получения карбамидоформальдегидных смол со
стоит из следующих операций: подготовки исходного сырья; получения метилольных производных карбамида в слабощелочной или нейтральной среде; 
конденсации смолообразных продуктов в кислой среде; повышения содержания 
сухого остатка в смоле под вакуумом; связывания оставшегося свободного 
формальдегида дополнительной порцией карбамида; охлаждения и стабилизации готовой смолы.

Процесс получения карбамидоформальдегидных смол отличается слож
ностью, поскольку одновременно протекают несколько реакций присоединения, конденсации и гидролиза и непрерывно образуются функциональные 
группы и связи. Свойства конечного продукта зависят от условий, при которых 
происходит процесс поликонденсации.

Молярное соотношение между карбамидом и формальдегидом выбирает
ся в зависимости от назначения и области применения смолы. Это соотношение 
влияет на адгезионные свойства смолы, вязкость, продолжительность желатинизации, токсичность смолы, стабильность при хранении. При конденсации 
карбамида с недостаточным количеством формальдегида (например, молярное 
соотношение карбамида и формальдегида 1:1) образуются вещества, которые  
обладают низкими клеящими свойствами.

С увеличением избытка формальдегида до 2 молей на 1 моль карбамида 

сокращается продолжительность желатинизации при повышенной температуре, 
но повышается содержание свободного формальдегида в готовой продукции.

Поэтому, как правило, молярные соотношения карбамида и формальде
гида колеблются в пределах от 1:1,5 до 1:2.

Для связывания избытка формальдегида часто пользуются методом двух
трехфазной конденсации, когда на первой стадии обеспечивается избыток формальдегида, а на последующих за счет дополнительного введения карбамида 
количество свободного формальдегида уменьшается.