Способы контроля и оценки качества клеев для деревообработки

Share

Качество склеивания может зависеть как от качества клея, так и от несоблюдения технологии или условий склеивания. Для выявления возможных нарушений в качестве клея или склеивания существуют способы контроля клеев и клеевых соединений, знание которых необходимо как при применении клеев, так и при их выборе.

В данной статье речь пойдет о водно-дисперсионных клеях, наиболее часто используемых в мебельных и деревообрабатывающих производствах. Я постараюсь рассмотреть не только стандартные инструментальные методы, но и, по возможности, простые качественные методы, часто применяемые на производстве.

Технические характеристики, указываемые в сопроводительных документах
Основные технические характеристики клеев производители должны указывать в сопроводительных документах. Это, как правило, тип или химическое название пленкообразующего компонента (основного компонента, которому клей обязан своей способностью что-то склеивать), содержание нелетучих веществ (иногда называемое сухим остатком), вязкость, показатель кислотности рН (применяется только для водных клеев).
Кроме этого в некоторых случаях указывают другие характеристики клея, такие, например, как минимальная температура пленкообразования (МТП), открытое время, морозостойкость.

Методы визуального контроля
Прежде чем проверять какие-либо характеристики клея, необходимо его осмотреть. После вскрытия емкости с водно-дисперсионным клеем необходимо обратить внимание, не наблюдается ли расслаивание клея. Оно проявляется или в образовании прозрачного жидкого слоя на поверхности или в появлении более вязкого придонного слоя из-за оседания каких-то компонентов клея. Например, если для загущения дисперсии ПВА применяют растворы карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), то при хранении на поверхности клея образуется слой прозрачной желтоватой жидкости.
Если расслаивание не является свидетельством нарушения качества клея, то производитель клея должен предупредить в сопроводительных документах о такой возможности и о том, что это не влияет на качество продукта. Играет роль также скорость расслаивания: с точки зрения применения недопустимо, чтобы после перемешивания расслаивание происходило в течение технологического процесса, например, в бачке распылительного устройства.

Если расслаивание не является свидетельством ухудшения качества клея, то производитель должен предупредить в сопроводительных документах о такой возможности

Процесс перемешивания
После осмотра клей необходимо тщательно перемешать. Кстати, клей всегда необходимо перемешивать перед применением. Это — правило. При перемешивании вы сможете обнаружить, нет ли в клее больших заполимеризовавшихся кусков или посторонних включений, не “створожился” ли клей (консистенция творога - это результат необратимой коагуляции во всем объеме). Образование полимерных кусков и “створаживание” являются результатом коагуляции — слипания полимерных частиц дисперсионного клея. Она может произойти вследствие нарушения технологии изготовления или хранения клея, например, после замораживания и оттаивания неморозостойких клеев. Если от кусков и посторонних частиц еще можно избавиться фильтрованием, то “створоженный” клей использовать ни в коем случае нельзя.
После перемешивания клей должен быть однородным. Для проверки однородности его наносят тонким слоем на стекло и рассматривают на просвет и в отраженном свете. Наличие хорошо различимых агрегатов из частиц полимера (коагулюмов) или наполнителя — признаки неоднородности клея. Такие агрегаты затрудняют получение тонкого и однородного клеевого слоя, а при приклеивании тонких облицовочных материалов (ПВХ и бумажных пленок, шпона) могут проявляться на облицованной поверхности в виде дефектов.

После осмотра клей необходимо тщательно перемешать.
После перемешивания клей должен быть однородным

Проверка рН и содержания нелетучих веществ
Проверка рН и содержания нелетучих веществ не вызывает трудностей. Показатель кислотности рН измеряется либо прибором рН-метром, либо с помощью специальных индикаторных бумажных полосок, меняющих свой цвет в зависимости от величины рН. Такие индикаторы рН продаются в магазинах химреактивов. Например, при работе с древесиной или шпоном, богатыми дубильными веществами (дуб, ясень, каштан), величина показателя рН клея ниже 4-5 может вызывать окрашивание в области клеевого шва (если нет специальных добавок, исключающих такое окрашивание).
Содержание нелетучих веществ (сухой остаток) выражают в процентах и определяют по разности веса клея до и после сушки в сушильном шкафу при 115°С для водно-дисперсионных клеев без пластификатора и при 105°С для пластифицированных клеев. Наиболее распространенная методика определения содержания нелетучих веществ заключается в том, что навеска клея размазывается тонким слоем между поверхностями двух пластин (стеклянных или металлических), после чего обе пластины помещают в разогретый сушильный шкаф на 15 минут, а затем охлаждают и взвешивают.

Показатель кислотности рН клея измеряется либо прибором рН-метром, либо с помощью специальных индикаторных бумажных полосок, меняющих свой цвет в зависимости от величины рН

Измерение вязкости клеев
Наибольшее количество вопросов связано с измерением вязкости клеев. Вязкость характеризует сопротивление жидкости течению. Это важная характеристика клея. От вязкости зависит способ нанесения, расход, поведение клея на поверхности (например, скорость впитывания в материалы с разным размером пор).
Поведение жидкости с точки зрения течения называют реологическим поведением (реология — это наука о течении). Если вязкость не зависит от скорости течения жидкости, то жидкость называется ньютоновской (она подчиняется закону течения Ньютона).
Подавляющее большинство жидких клеев относится к так называемым псевдопластическим жидкостям. Вязкость у таких жидкостей уменьшается с увеличением скорости течения (они, например, разжижаются при перемешивании). Причем зависимость вязкости от скорости течения у разных клеев различна.
Кроме того, вязкость у всех жидкостей зависит от температуры. Отсюда возникает большая неопределенность в способах измерения и выражения вязкости. В серьезных исследованиях по реологии вязкость обязательно связывают со скоростью течения (скоростью деформации). Но аппаратура и методы, позволяющие измерить одновременно и вязкость, и скорость деформации жидкости, довольно сложны и не используются в условиях производственных лабораторий. Чаще измеряют так называемую кажущуюся или условную вязкость, которая измерена при неизвестной скорости деформации, но в воспроизводимых условиях, позволяющих сравнивать друг с другом различные клеи.
Наиболее распространенным методом измерения кажущейся вязкости в странах западной Европы и в США является метод Брукфильда, который является стандартным. Метод предполагает использование специальных приборов — вискозиметров Брукфильда, выпускаемых промышленно (пока, к сожалению, только западными приборостроительными фирмами). Принцип определения вязкости по Брукфильду основан на измерении крутящего момента, необходимого для вращения с определенной скоростью специального шпинделя, помещенного в испытуемый продукт. К прибору прилагается целый набор пронумерованных стандартных шпинделей. Выбор шпинделя зависит от диапазона измеряемой вязкости.

Share Вискозиметр

Наиболее распространенным методом измерения кажущейся вязкости в странах западной Европы и в США является метод Брукфильда

Метод Брукфильда не позволяет определить скорость деформации жидкости. Вязкость разных клеев можно сравнивать только в том случае, если она измерена при одинаковой скорости вращения, например, при 20 об/мин. Результаты измерения выражаются в единицах вязкости, то есть в Па-с (паскаль-секунда) или мПа-с (миллипаскаль-секунда), с указанием типа вискозиметра, номера шпинделя и скорости вращения. Например: вязкость по Брукфильду (RVT/5/20) = 10 000 мПа-с.
Клеи с вязкостью менее 3000 мПа-с относят к низковязким. Они могут наноситься методом воздушного распыления с помощью обычных краскопультов.
Средневязкие клеи с вязкостью 5000-20000 мПа-с предназначены для нанесения кистью, валиком, вальцовыми клеенаносящими установками.
Клеи с вязкостью больше 25000-30000 мПа-с — это высоковязкие клеи. Их наносят с помощью шпателей, раклей и других аналогичных устройств. Средне- и, отчасти, высоковязкие клеи можно наносить с помощью специальных клеевых пистолетов и форсунок на агрегатах высокого давления.

Другие характеристики
Другие характеристики, как я уже отметил выше, указываются производителями клеев не всегда, хотя с точки зрения потребителя они также важны.

Минимальная температура пленкообразования — это температура, ниже которой клей не может образовать сплошную клеевую пленку. Она определяет температуру, при которой с клеем можно работать. Эта характеристика относится только к водно-дисперсионным клеям. Иногда ее называют “белой точкой”, или “точкой беления”, что является дословным переводом немецкого термина WeiІpunkt и обусловлено тем, что ниже этой точки клеевые дисперсии (например, дисперсия ПВА) образуют белый слой, напоминающий снег.
Для измерения этой характеристики применяется довольно сложное оборудование, поэтому в производственных условиях ее не измеряют. Обычно производители клеев стараются, чтобы МТП была не выше 5-7°С. В этом случае работать с клеями не рекомендуется при температуре в цеху ниже 10-12°С. Производители клеев, часто не указывая МТП, рекомендуют нижний температурный предел работы с клеем. Его необходимо соблюдать, иначе не избежать непроклеев и плохого качества склейки.

Открытое время (время открытой выдержки) — это время, в течение которого можно соединять друг с другом детали с нанесенным слоем клея. Если соединить детали по прошествии этого времени, склеивание не происходит или качество склейки сильно ухудшается. Знание открытого времени позволяет определить операционный запас времени в технологическом процессе.

Под термином “время открытой выдержки” иногда подразумевают время обязательной выдержки клеевого слоя перед соединением деталей

Открытое время для водно-дисперсионных клеев напрямую зависит от температуры и влажности воздуха, от пористости поверхности, на которую нанесен клей, от толщины клеевого слоя. Поэтому цифры, которые дают производители клея, являются ориентировочными. Однако это время легко определить самому для конкретных условий склеивания. Для этого на склеиваемую поверхность наносят слой клея с нужным расходом и время от времени касаются этого слоя пальцем, обернутым полиэтиленовой пленкой. По прошествии открытого времени клей перестает переходить на пленку.
Следует отметить, что под термином “время открытой выдержки” иногда подразумевают время обязательной выдержки клеевого слоя перед соединением деталей. Это нужно иметь в виду при знакомстве с инструкцией по применению клея.

Морозостойкость клеев характеризуют числом циклов “замораживание-оттаивание”, которое клей выдерживает без потери качества. Ее можно определить путем замораживания пробы клея (около 100 мл) в полиэтиленовом стакане в морозильной камере при –40°С в течение 2 часов с последующим оттаиванием также в течение 2 часов при комнатной температуре (не менее 20°С).
Клей считают морозостойким, если после 4-5 циклов замораживания и оттаивания он не изменяет консистенцию (вязкость, однородность).
Следует иметь в виду, что для водно-дисперсионных клеев замораживание в любом случае — это шок. Замерзание воды, являющейся средой для полимерных частиц клея, влияет на стабилизацию этих частиц и в конечном итоге вызывает коагуляцию клея. Это проявляется появлением полимерных комочков, “створаживанием”. Так что даже если клей относится к морозостойким, это не значит, что его можно замораживать и оттаивать бесконечное количество раз. Замораживание допускается в исключительных случаях, когда без этого не обойтись (например, при транспортировке).
Еще одна важная характеристика клея, о которой я хотел бы упомянуть, — это скорость (или время) схватывания.

Даже если клей относится к морозостойким, это не значит, что его можно замораживать и оттаивать бесконечное количество раз. Замораживание допускается в исключительных случаях

Она характеризуется или временем образования клеевого соединения, или прочностью клеевого соединения (часто в % от конечной) через определенные промежутки времени. Характеристика неоднозначная, нестандартная, очень зависит от склеиваемых материалов и условий склеивания. Поэтому производители клеев избегают ее указывать, ограничиваясь терминами “быстросхватывающийся”, “медленносхватывающийся”. Но потребитель клея может оценить ее сам, производя склеивание и оценивая качество склейки через различные промежутки времени.