Технология клееных древесных материалов. В двух томах. Том 1


В. Н. Волынский









    ТЕХНОЛОГИЯ КЛЕЕНЫХ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ


Учебно-справочное пособие В двух томах




    ТОМ1





















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 674.213:624.011.14

ББК 37.13

       В70



Рецензент:
д. т. н., профессор САФУ Лабудин Борис Васильевич






       Волынский, В. Н.

В70 Технология клееных древесных материалов : учебно-справочное пособие. В двух томах. Том 1 / В. Н. Волынский. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 388 с. : ил., табл.
       ISBN978-5-9729-1026-7
       ISBN978-5-9729-1016-8 (Т 1)

       Обобщен и систематизирован материал в области технологии использования клеев и производства клееных материалов из шпона и массивной древесины. Приведены методика выполнения технологических расчетов и справочные материалы. Даны сведения о клеях для древесины и древесных материалов, о процессах склеивания и контроле качества клеев и клеевых соединений, о технологии изготовления лущеного и строганого шпона, фанерной продукции, а также о производстве продукции из клееной массивной древесины (клееный погонаж, щиты, балки, панели).
       Для студентов лесотехнических специальностей вузов и колледжей. Может быть полезно работникам фанерных и столярномебельных производств, а также тем, кто занимается проектированием новых или реконструкцией действующих цехов и участков по производству клееной продукции из древесины.

УДК674.213:624.011.14
ББК37.13




ISBN 978-5-9729-1026-7     © Волынский В. Н., 2022
ISBN 978-5-9729-1016-8 (Т. 1) © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                           © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

            От автора



   Необходимость издания пособия по данной тематике связана с большими изменениями в мире синтетических клеев, с появлением принципиально новых связующих, клеильного оборудования и технологических приемов склеивания. Без операций склеивания невозможно производство фанеры, плит, мебели, столярно-строительных изделий, многих товаров народного потребления.
   Книга названа учебно-справочным пособием, так как объединяет в себе информационный материал, методику выполнения технологических расчётов и справочные данные для выполнения расчетных работ в ходе учебного процесса или решения практических задач реального производства.
   Книга выходит в 2-х томах.
   В первом томе рассказано о клеях для древесины и древесных материалов, о процессах склеивания и контроле качества клеев и клеевых соединений, о технологии изготовления лущеного и строганого шпона, фанерной продукции, а также о производстве продукции из клееной массивной древесины (клееный погонаж, щиты, балки, панели).
   Во втором томе говорится о производстве древесных материалов из измельченной древесины - стружечных и волокнистых плит и изделий из древесно-полимерных композитов.
   Пособие предназначено студентам вузов и колледжей лесотехнического профиля. Оно будет полезно работникам фанерных и столярномебельных производств, а также тем, кто занимается проектированием новых или реконструкцией действующих цехов и участков по производству клееной продукции из древесины.

3

            Введение



   Роль склеивания в деревообработке невозможно переоценить. Область применения данной технологической операции довольно обширна:
   -  получение нового продукта из качественного сырья;
   -     получение нового продукта из низкокачественного и маломерного сырья;
   -     облицовывание материалов с целью улучшения их эстетического вида и повышения прочности;
   -  получение крупногабаритных изделий;
   -  ремонт и реставрация изделий.
   Клееные древесные материалы можно классифицировать с учетом использованного сырья.
   1.    Клееная массивная древесина. Сюда относятся материалы и изделия, изготовленные из пиломатериалов и заготовок. Это клееные погонажные изделия, где использовано склеивание только по длине маломерных пиломатериалов, например клееные доски пола, доски обшивки (так называемая вагонка), плинтусы и т. п. (рис. 1.1, а). К более сложным материалам из массивной древесины относятся клееные реечные щиты, где применено склеивание по ширине реек, предварительно склеенных или не склееннных по длине (рис. 1.1, б). В случае склеивания пиломатериалов по длине и толщине (иногда и по ширине) получают детали клееных строительных элементов весьма больших размеров - сечением до 500 х 2000 мм и длиной до 50 м (рис. 1.1,в).


Рис. 1.1. Образцы клееной массивной древесины: а — погонажные изделия, б — реечные щиты, в — детали клееных деревянных конструкций

   2.    Клееная слоистая древесина. В основе этого материала лежит лущеный шпон толщиной обычно от 0,6 до 2-3 мм. Из него изготовля

4

Введение

ют фанеру и фанерные плиты, древесно-слоистые пластики, гнуто- и плоскоклееные детали из шпона, балки LVL.
   3.    Клееные материалы из измельченной древесины. Исходными полуфабрикатами являются мелкая или крупная стружка для стружечных плит и древесное волокно для волокнистых плит.
   4.    Клееная комбинированная древесина. Это материалы, где могут объединяться, например, массивная и слоистая древесина, образуя столярную плиту, или измельченная и слоистая древесина, образуя обычный мебельный щит.

5

            ГЛАВА 1. Клеи и процессы склеивания


   До начала XX века промышленное значение клеев и склеивания было невелико. В столярно-мебельном производстве использовались в основном клеи животного и растительного происхождения. Толчком к совершенствованию клеев явилось развитие фанерной промышленности и разработка водостойких видов фанеры. Патент на способ получения водостойкого синтетического клея получил в 1907 году английский химик Л. Бакеленд, а русский ученый Г. С. Петров в 1912 году впервые осуществил реакцию отверждения такого клея при комнатной температуре. В начале тридцатых годов в нашей стране началось серийное производство синтетических смол и клеев на их основе. Сегодня химическая промышленность выпускает большой ассортимент синтетических смол для самых различных целей, в том числе для склеивания, отделки, получения пластмасс, пропитки и т. д.

        1.1. Классификация клеев для древесины

   Все многообразие клеев, используемых в деревообрабатывающей промышленности, можно классифицировать по таким признакам:
   1) по происхождению:
  -  животного происхождения (мездровый, казеиновый, костный, альбуминовый, рыбный);
  -  растительного происхождения (крахмальный, или декстриновый, нитроцеллюлозный);
  - минеральные клеи (силикатный, битумный, цементный);
  - синтетические клеи;
  2) по составу: одно- и многокомпонентные клеи.
  3) по способу получения (для синтетических клеев):
  - поликонденсационные, когда в результате реакции двух или более компонентов получают новое высокомолекулярное вещество и низкомолекулярные продукты, которые затем удаляются и делают реакцию необратимой; Реакцию поликонденсации можно упрощенно изобразить в таком виде:

6

Клеи и процессы склеивания

А + Б ^ АБ + н.м.п.
   Здесь А и Б исходные низкомолекулярные продукты, способные реагировать друг с другом и давать высокомолекулярный продукт АБ; н.м.п. - низкомолекулярные продукты, обычно вода и некоторые газы;
   -    полимеризационные клеи, получаемые в результате реакции полимеризации, когда мономер последовательно превращается в высоковязкий олигомер (вещество средней молекулярной массы), а затем в твердый полимер за счет удлинения молекул и усложнения их структуры (например, получение полиэтилена из этилена, поливинилацетата из винилацетата и т. п.);
   4) по отношению к теплу:
   -    термореактивные (реактопласты, дуропласты), которые при повышении температуры сначала плавятся, а затем необратимо отверждаются;
   -    термопластичные (термопласты), которые при нагревании плавятся и остаются жидкими, а при остывании снова переходят в твердое состояние.
   Обычно поликонденсационные клеи являются термореактивными, а полимеризационые - термопластичными;
   5)    по областям применения различают 4 группы клеев в зависимости от их водо- и атмосферостойкости:
   D1     - для помещений с умеренной влажностью воздуха и комнатной температурой;
   D2     - для помещений с повышенной влажностью воздуха и комнатной температурой (например, кухни и ванные комнаты);
   D3     - для неотапливаемых помещений или открытых площадок, защищенных от прямых солнечных лучей и атмосферных осадков;
   D4  - для открытых атмосферных условий.
   Клеи групп D1, D2 и D3 относят также к категории interior (для внутренних работ), клеи D4 - к категории exterior (для наружных работ);
   6)    по виду растворителя клеи могут быть водо- и спирторастворимые или с органическими растворителями;
   7)    по внешнему виду: жидкие, пастообразные, пленочные, порошкообразные, в виде гранул.

7

Технология клееных древесных материалов

   Синтетические клеи в значительной степени вытеснили из промышленности клеи природного происхождения в силу следующих преимуществ: дешевизна исходных продуктов, использование непищевого сырья, практическая неисчерпаемость сырья, возможность широкого регулирования свойств клеев, высокая скорость отверждения и малый расход клея. Вместе с тем есть области применения, где клеи природного происхождения остаются вне конкуренции, обычно по экологическим соображениям.
   К клеям для древесины предъявляют целый ряд требований, подчас противоречащих друг другу. Эти требования можно разделить на такие группы:
   А. Эксплуатационные - способность склеивать и прочно удерживать склеенные материалы. Первое свойство оценивается понятием адгезии, то есть способности прилипать, а второе - понятием когезии, то есть собственной прочности клеевого шва. Клеи должны обладать этими двумя свойствами для того, чтобы удерживать материалы за счет сил адгезии и обладать достаточной прочностью за счет высокой когезии клеевого шва. К эксплуатационным требованиям относятся также водостойкость и атмосферостойкость клеевых соединений, долговечность клеевых швов.
   Б. Технологические - удобство приготовления и нанесения клея. Сюда следует отнести оптимальную вязкость свежеприготовленного клея, достаточный срок жизнеспособности клея после введения отвердителя, высокую скорость отверждения, возможность очистки оборудования (низкая адгезия к металлу), длительный срок хранения клеев.
   В. Экономические - малый расход клея, низкая стоимость сырья, простота приготовления клея.
   Г. Экологические - нетоксичность синтетических смол и других компонентов клеев, малая коррозионная опасность клеев.
   Д. Специальные - диэлектрическая проницаемость (при склеивании в поле высокой частоты), прозрачность клеевого шва, бензо- и масло-стойкость и некоторые другие.

8

Клеи и процессы склеивания


        1.2. Основные компоненты и способы регулирования свойств синтетических клеев

   Основной частью клея является синтетическая смола, то есть смесь высокомолекулярных продуктов, способных при определенных условиях к отверждению. Кроме смолы в клее могут быть следующие компоненты.
   -    Отвердитель для ускорения процесса отверждения, особенно при комнатной температуре. Для кислоотверждаемых смол это, как правило, кислоты типа молочной, щавелевой и т. п. Для резорциновых смол - щелочные отвердители, которые более благоприятны по отношению к древесине и клеенаносящему оборудованию.
   -    Растворитель для регулирования вязкости клея и удлинения срока его пригодности. Основную массу связующих в деревообработке составляют водорастворимые смолы. В мебельной промышленности находят использование органические растворители, в фанерном производстве - метанол для пропиточных смол.
   -    Наполнитель для снижения усадки клея, его удешевления и регулирования некоторых его свойств. Сюда относится широкий класс материалов, обычно в виде порошков - мел, тальк, гипс, древесная и пшеничная мука ит.п.
   -    Пластификатор для уменьшения хрупкости клеевого шва. Это вещества, обеспечивающие скольжение молекул в отвердевшем шве относительно друг друга - дибутилфталат, себацинат и др.
   -    Стабилизатор для удлинения срока хранения смолы. Для кислоотверждаемых смол стабилизатором может служить ацетон.
   -    Антисептики для повышения биостойкости клеевого шва. Особенно важно введение антисептиков для белковых клеев, подверженных загниванию. Например, для казеиновых клеев таковым является известь.
   -    Антипирены для повышения огнестойкости клееной продукции.
   -    Гидрофобные добавки для получения водоотталкивающих свойств плит, например парафиновая эмульсия для связующих, используемых в производстве стружечных плит.

9

Технология клееных древесных материалов

  -    Вспенивающие добавки для увеличения объема клея и снижения его расхода. При нанесении клея методом экструзии применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ), например альбумин.
   На предприятия, не имеющие собственного производства синтетических смол, могут поступать клеи с добавкой необходимых компонентов, но без отвердителя. На месте использования клеев имеются богатые возможности для регулирования их свойств в нужном направлении. Способами регулирования свойств клеев являются их наполнение, пластификация и модификация.
   Наполнение клеев может дать следующие эффекты: увеличить вязкость клея, уменьшить проникновение клея в поры древесины, снизить усадку клея, повысить прочность клеевого шва, изменить деформационные свойства клеевого шва и снизить внутренние напряжения в клеевом соединении.
   Наполнители можно разделить на органические и неорганические. К первым относятся древесная мука, пшеничная или ржаная мука, крахмал, лигнин. Они хорошо разбухают в воде и снижают внутренние напряжения в клеевом соединении. Неорганическими наполнителями являются каолин, мел, асбест, гипс, сажа и др. Они не растворяются и не набухают в воде, поэтому вязкость клея меняют слабо, зато хорошо закрывают поры древесины, увеличивают твердость и хрупкость клеевого шва.
   Наполнители разделяют также на инертные и активные. Активные улучшают клеящие свойства полимера, упрочняют шов, повышают его модуль упругости (крахмал, мука, диоксид титана). Инертные наполнители не изменяют свойств клея (мел, каолин, тальк), а только заполняют объем клеевого шва и поры древесины.
   По структуре наполнители делятся на тонкодисперсные и волокнистые (например, асбест). Тонкодисперсные с поперечным размером частиц 1-20 мкм меньше осаждаются и активно увеличивают вязкость клея. Количество наполнителя колеблется в широких пределах - от 0,5 до 40 %. Их вводят в готовый клей за несколько часов до его использования.
   Пластифицирование выполняют с целью снижения твердости и хрупкости клеевых швов, что способствует их долговечности, снижает

10