Характеристика клеевых соединений

 

Проблема взаимодействия тел при склеивании достаточно сложна. До нашего времени не существует единого мнения о механизме соединения разнородных веществ. Предлагаемые теории, делающие попытки объяснить природу сил взаимодействия тел при склеивании, не дают точного представления о явлении адгезии, теоретические ее оценки не согласуются с экспериментальными данными, полученными при разрушении клеевых соединений.

Адгезию можно разделить на два вида - специфическую и механическую [11, 13,16]. Первая – характеризует взаимодействие элементарных частиц (молекул, ионов, функциональных групп) разнородных тел и возникает в момент контакта клея с поверхностью твердого тела в результате физико-химической адсорбции. Она зависит от характера и плотности адгезионных связей, различных по своей природе: химических (ионных, ковалентных), водородных, межмолекулярных (ориентационных, индукционных, дисперсионных). Специфическое взаимодействие усиливается при отверждении связующего вследствие уменьшения подвижности его молекул.

Пористые тела (например,  древесина) способны устанавливать не только специфические, но и механические связи между связующим и твердым телом.

Последние появляются в результате проникновения жидкого клея в полости древесины и перехода его в твердое состояние, т. е. имеет место так называемый эффект «гвоздевания» (якорный эффект) – механического взаимодействия двух тел.

Механическая адгезия определяется когезионной прочностью связующего и древесины в зоне контакта и зависит от количества «гвоздевых» связей и их глубины. Когезионная прочность клея, при прочих равных условиях, – функция степени его отверждения.

Древесина, по природе своей являясь полимером с капиллярно-пористой структурой, имеет разветвленную поверхность, что способствует адсорбции адгезива и химическому взаимодействию между клеем и компонентами древесины. Клеевое соединение представляет собой слоистый композит (рис. 1.2– 1.4). Толщина клеевого слоя зависит от размеров полостей структурных элементов древесины и на порядок меньше толщины склеиваемого шпона.

Глубина проникновения клея в древесину различна и зависит от многих факторов: природы клея, породы и влажности древесины, условий склеивания (температуры, давления) и др. Большое влияние на проникновение клея оказывают плотность и вид (ранняя и поздняя) древесины. Экспериментально установлено, что клей способен проникать в древесину на глубину до нескольких десятых долей мм (рис. 1.4) [1,14].

Толщина клеевого слоя не является постоянной величиной, явно выраженной по всей поверхности склеивания, и определяется, в первую очередь, природой клея, его расходом, поверхностными свойствами древесины и составляет на отдельных участках поверхности при склеивании шпона карбамидо- и фенолоформальдегидными олигомерами до 0,06 мм, зона же древесины, пропитанной клеем, достигает 0,6 мм [1,5,7].

Разрушение, как и формирование клеевого соединения, достаточно сложный процесс, имеющий свою природу. Характер разрушения (когезионный по клею, когезионный по древесине, адгезионно-когезионный) (рис. 1.5) и прочность клеевого соединения зависят не только от энергетического уровня адгезионного взаимодействия, но и от когезионной прочности тел, изменения их реологических свойств, условий нагружения, наличия внутренних напряжений и очагов их концентрации, старения древесины и клея.

 

Рис. 1.2. Микрофотографии    Рис. 1.3. Микрофотографии    Рис. 1.4. Глубина клеевых соединений        клеевых соединений         проникновения клея в шпон          

 

Развитие механики разрушения композитных материалов и клеевых соединений показывает, что количественные оценки прочности при растяжении, сдвиге, изгибе, других видах испытаний не могут характеризовать энергию адгезионного, когезионного и аутогезионного взаимодействия. Для ее определения необходимо создавать идеальные условия, как формирования, так и разрушения клеевых связей.

 

 

 

 

                                     а                                                             б

 

Рис. 1.5. Характер разрушения образцов при исследовании влияния плотности древесины на прочность клеевых соединений [12]: а – на ПВА-клее; б – на ЭПИ-клее.