Способы контроля и оценки качества клеевых соединений в деревообработке

5 423

В данной статье речь пойдет о контроле качества клеевых соединений при склеивании массива древесины и монтажном склеивании при производстве изделий из дерева и материалов на древесной основе

Вначале о методах оценки прочности склеивания. В соответствии с основными нагрузками, возникающими при эксплуатации клееной древесины и клееной корпусной мебели, клеевые соединения чаще всего подвергают испытаниям на прочность при сдвиге, скалывании вдоль волокон древесины и статическом изгибе (рис. 1). Все эти испытания проводят на разрывной машине. Причем в каждом случае всегда испытывают несколько (не менее 5) образцов, а полученные результаты усредняют. Только в этом случае можно получить достаточно достоверные количественные данные и определить соответствие прочности склеивания каким-либо нормативам.

Рис. 1
Схемы действия нагрузки при испытаниях прочности клеевых соединений древесины при сдвиге (а), скалывании вдоль волокон (в), статическом изгибе (с)

Наиболее распространенным способом испытания является определение прочности клеевого соединения при сдвиге

Таблица 1. Группы нагрузок клеевых соединений по DIN EN 204

Группы нагрузок	Примеры климатических условий и областей применения
D1	Внутри помещений, в которых влажность древесины не превышает 15%
D2	Внутри помещений со случайным кратковременным воздействием текущей воды или конденсата и/или случайным кратковременным воздействием высокой влажности воздуха с повышением влажности древесины до 18%
D3	Внутри помещений с частым воздействием текущей воды или конденсата и/или высокой влажности воздуха. Вне помещений, при защите от прямых климатических воздействий
D4	Внутри помещений с частым кратковременным воздействием высоких температур и текущей воды или конденсата. Вне помещений при непосредственных климатических воздействиях, но при соответствующей защите поверхности

Наиболее распространенным способом испытания является определение прочности клеевого соединения при сдвиге (рис. 1а). При проведении испытания в России чаще всего руководствуются европейским стандартом EN 205 и российским ГОСТ 14759.
ГОСТ 14759 ориентирован на клеевые соединения металлов, поэтому он не содержит требований к образцам из древесины.
Стандарт EN 205 специально ориентирован на испытание прочности склеивания древесины. При этом используются деревянные пластины, вырезанные из бука. Плотность (700 ± 100 кг/м3) и влажность древесины (12%), условия акклиматизации древесины перед склеиванием (20 ± 2°С и относительная влажность воздуха 65 ± 5% или 23 ± 2°С и относительная влажность воздуха 50 ± 5%) строго регламентируются. Волокна древесины должны располагаться вдоль плоскости склейки (по направлению растяжения при испытаниях), а годовые кольца — под углом 30-90° к плоскости склейки. Испытания проводят не ранее чем через неделю после склеивания.
В практике российских испытательных лабораторий еще несколько лет назад более распространенным был метод испытания прочности клеевых соединений на скалывание вдоль волокон древесины (рис. 1в), описанный в ГОСТ 15613.1. Для таких испытаний необходимо специальное приспособление, также описанное в ГОСТе.
В последнее время все чаще применяется метод испытания на сдвиг по EN 205, для которого достаточно использовать стандартные захваты разрывной машины.

Рис. 2.
Приспособление к разрывной машине для испытания прочности склеек при скалывании вдоль волокон древесины по ГОСТ 15613.1

Для зубчатых клеевых соединений иногда проводят испытания прочности на изгиб (рис. 1с) и на растяжение клеевого соединения, методики которых описаны в ГОСТ 15613.4 и ГОСТ 15613.5.

Рис. 3.
Образец склейки для испытания прочности склеивания дерева при сдвиге в соответствии
со стандартом EN 205

Нормативы прочности клеевых соединений дерева на сдвиг в соответствии с EN 205 приводятся в европейском стандарте EN 204, в котором одновременно регламентируются требования к водостойкости соединений, а также предусматривается классификация клеевых соединений на 4 группы нагрузок по водостойкости: D1, D2, D3 и D4

Следует отметить, что для конкретных изделий могут использоваться и другие методы испытания клеевых соединений. Например, в ГОСТ 24700 “Блоки оконные деревянные со стеклопакетами” предлагается метод испытания угловых клеевых соединений, заключающийся в определении предельной нагрузки, направленной на сгибание или разгибание углового соединения в плоскости угла. При эксплуатации клеевого соединения большое значение имеет его стойкость к различным видам внешних воздействий (чаще всего воды, температуры и их совместного действия при циклических изменениях). Она характеризуется прочностью клеевого соединения после таких воздействий, что также предполагает проведение испытаний.

Полученные в результате значения прочности клеевых соединений оценивают путем сопоставления с нормативными значениями, которые также регламентируются стандартами.
Нормативы прочности клеевых соединений дерева на сдвиг в соответствии с EN 205 приводятся в европейском стандарте EN 204, в котором одновременно регламентируются требования к водостойкости соединений, а также предусматривается классификация клеевых соединений на 4 группы нагрузок по водостойкости: D1, D2, D3 и D4. Эта классификация (табл. 1) уже стала привычной и для многих российских мебельщиков и деревообработчиков. Сами нормативы в зависимости от выдержки образцов в различных условиях приведены в табл. 2.
Деление клеевых соединений по водостойкости на 4 группы есть и в российском ГОСТ 17005, где за основу взяты результаты испытаний для хвойных пород дерева при скалывании вдоль волокон древесины по ГОСТ 15613.1. Нормативы, приведенные в табл. 3, ниже, чем в случае EN 204, однако, учитывая различные методы испытаний, их вряд ли можно сравнивать.
Условия и продолжительность выдержки клеевых соединений могут отличаться от приведенных в указанных выше стандартах. Это зависит от условий эксплуатации конкретных изделий из дерева. Например, в том же ГОСТ 24700 “Блоки оконные деревянные со стеклопакетами” испытания по ГОСТ 17005 (по группе повышенной водостойкости) проводятся при измененных условиях выдержки образцов:

сутки на воздухе при температуре 20 ± 4°С;

6 часов в кипящей воде;

2 часа в холодной воде при температуре 20 ± 4°С;

сутки на воздухе при отрицательной температуре –8 ± 4°С;

двое суток на воздухе при температуре 20 ± 4°С.

Таблица 2. Минимальные значения прочности склеивания для тонких клеевых швов (0,1 мм)

№ группы выдержек	Вид и продолжительность выдержек	Прочность склеивания на сдвиг по DIN EN 205 по группам нагрузки, Н/мм2 (кгс/см2), не менее
№ группы выдержек	Вид и продолжительность выдержек	D1	D2	D3	D4
1	7 дней(1) при нормальных условиях(2)	10 (100)	10 (100)	10 (100)	10 (100)
2	7 дней при нормальных условиях 3 дня в холодной воде(3) 7 дней в нормальных условиях	—	8 (80)	—	—
3	7 дней при нормальных условиях 4 дня в холодной воде	—	—	2 (20)	4 (40)
4	7 дней при нормальных условиях 4 дня в холодной воде 7 дней при нормальных условиях	—	8 (80)	—	—
5	7 дней при нормальных условиях 6 часов в кипящей воде 2 часа в холодной воде	—	—	—	4 (40)
6	7 дней при нормальных условиях 6 часов в кипящей воде 2 часа в холодной воде 7 дней при нормальных условиях	—	—	—	8 (80)

(1) 1 день = 24 часа
(2) Нормальные условия: температура 23 ± 2°С и относительная влажность воздуха 50 ± 5% или температура 20 ± 2°С и относительная влажность воздуха 65 ± 5%
(3) Температура холодной воды равна температуре окружающего воздуха

Таблица 3. Группы водостойкости клеевых соединений по ГОСТ 17005 и минимальные значения прочности склеивания на скалывание вдоль волокон древесины (по ГОСТ 15613.1)

Вид и продолжительность выдержек	Прочность клеевых соединений при скалывании вдоль волокон древесины по группам водостойкости, Н/мм2 (кгс/см2)
Вид и продолжительность выдержек	Низкая	Средняя А	Средняя Б	Повышенная
48 часов в холодной воде при температуре 20 ± 2°С	До 3,2 (32)	3,2 (32) и более	3,2 (32) и более	3,2 (32) и более
3 часа в кипящей воде, 30 минут в холодной воде при температуре 20 ± 2°С	До 2,0 (20)	—	От 2,0 (20) до 3,2 (32)	3,2 (32) и более

Для выбора условий выдержки образцов соединений при моделировании различных условий эксплуатации можно руководствоваться международным стандартом ИСО 9142 “Клеи — руководство для выбора стандартных условий старения для испытания клеевых соединений”.
Следует отметить, что для грубой качественной оценки прочности склеивания на производстве ориентиром могут стать результаты разрушения склейки вручную или с помощью подручных механических средств. Если нормативная прочность клеевого соединения выше прочности склеиваемой древесины, то признаком того, что необходимая прочность склеивания достигнута, является разрушение склейки по дереву.

Г. А. Дворецков,
к.х.н., доцент РХТУ
им. Д.И. Менделеева

Найдите все свои архитектурные решения через OKNA.ua: Нажмите здесь чтобы зарегистрироваться. Вы производитель и хотите наладить контакт с клиентами? Кликните сюда.

Автор

Журнал ОКНА. ДВЕРИ. ВИТРАЖИ

+380 44 501 XX XX +380 44 501 8736

+380 44 501 XX XX +380 67 467 1426

Издатель

Журнал ОКНА. ДВЕРИ. ВИТРАЖИ