Исследование клеев и клеевых соединений при склеивании деревянных конструкций

  Муниципальное бюджетов образовательное учреждение «Новинская школа»

Исследование клеев и клеевых соединений при склеивании деревянных конструкций

                                                       Выполнил ученик 7 класса

                                                          Палаш Даниил Сергеевич

                                                                              Научный руководитель 

Учитель высшей квалификационной категории                                                                               Иваненков Николай Александрович        

Г.Богородск

2017 г.

Содержание.

I.Введение

I I. Клеевое соединение древесины

1)  Состав и назначение клея.

2)  Виды клея.

3)  Испытание клеевых соединений

I I I. Заключение

IV. Список литературы

V. Приложения

Введение

Клей — вещество или смесь, а также многокомпонентные композиции на основе органических или неорганических веществ, способные соединять (склеивать) различные материалы — в частности, древесину, кожу, бумагу, ткани, стекло, керамику, металлы, пластмассы, резину.

Каждый, кто занимался работами, которые связаны с обработкой древесины, не раз задавался вопросом – какой выбрать клей для дерева? Существует множество разнообразных фирм и производителей, каждые из которых предлагают те или иные свойства и возможности.

Итак, каким клеем клеить дерево и какой даст самый лучший результат,

является целью данного исследования.

Задачи

1.Установить, какой вид клея является наиболее прочным.

2. Исследовать и проанализировать данный вопрос на разных этапах работы.

5. Изучить материалы Интернет-сайтов.

7.  Поделиться полученными знаниями .

9. Представить полученные знания.

Методы исследования: изучение, проведение испытаний механической прочности, анализ полученных исследований, систематизация, сравнение, обобщение, обработка полученных данных.

I I. Клеевое соединение древесины

1.    Состав и назначение клея.

По составу клей

• неорганические (растворы, расплавы, а также припои, в частности — полимерные композиции типа «клей-припой»)
• органические (растворы, расплавы, полимеризующиеся)

По способу нанесения

• Кисть.
• Аэрозоль. Используя распылитель.
• Диспенсор. Баночки клея с дозатором.
• Основой. Клейкой ленты
• Валик. Трафарет, Шелкография.
• Безосновы. Двухсторонняя лента после снятия защитной ленты остается клей.

По назначению

• токопроводящие низкоомные, на основе серебра — контактолы
• токопроводящие высокоомные с порошком графита
• оптические — для склеивания оптических деталей, преимущественно изготовленных из стекла
• для бытовых нужд
• для кожи
• для древесины
• для металлов
• керамики
• резины
• канцелярские
• универсальные

2.     Виды клея.

Клеи по распространенности сейчас можно разделить на несколько групп.
1) вышедшие из массового употребления. Назовем их: столярный клей, который варят на водяной бане (из кроличьей шкурки). Казеиновый клей (на основе молокопродуктов). Рыбий клей (осетровые). Иногда эти клеи применяются при реставрационных или специальных работах.
2) Клеи массового применения.
2а) На водной основе. Это всем известные ПВА. Стоит выделить ПВА строительные, они для качественной деревообработки годны мало - слабоваты.
Также есть линейка Супер-ПВА от Henkel. Я несколько лет работаю исключительно с ними. Это:

• Супер-ПВА в красной упаковке. Это качественный клей, оставляющий при высыхании бесцветный шов.
• Супер-ПВА в желтой упаковке. Тоже хороший клей, но при высыхании даёт ярко-желтый шов, что не всегда полезно, а иногда при незнании может нанести вред товарному виду изделия.Не пользуюсь.
• Супер-ПВА в серебристой упаковке. Гуще, с немного другим запахом, более выского класса водостойкости. бесцветный по высыхании.

Все клеи весьма прочные, при качественной склейке разрыв идёт по древесине рядом со склейкой. Желательно бы просушить клеевое соединение сутки. Кстати, соединение всё-таки можно размочить водой, что ценится реставраторами (обратимость).
2б) на спиртовой основе. Сополимеры ПВА - клеи TITAN и аналогичные. 2в) контактные клеи.

3) В последнее время появились клеи-расплавы. Можно их использовать для прихвата временных соединений, сборки приспособлений, для многого ещё. Держат крепко, могут быть при разъединении вырывы в древесине, но соединение может быть и подвижным. Клеи опасны травматизмом - легко получить серьёзный ожог (что бывало не раз). Расплавы выпускаются разных цветов и тугоплавкости, при работе с ними использую клеевой пистолет на 110-220 В. Рассчитанный на 220 В не всегда может прогреть клей

Более 75 лет, с момента изобретения первого в мире универсального клея UHU Alleskleber, способного склеивать все известные на тот момент материалы, немецкая компания «UHU GmbH & Co. KG» является бесспорным лидером по разработке и производству клеящих средств для различных сфер деятельности: от бытового использования до ремонтных и строительных работ, по достоинству оцененных профессионалами и любителями во всем мир

Клеи для древесины

При работе с деревом, в независимости от того какие работы производятся – изготовление мебели, ремонт, строительство или изготовление поделок – все мы частенько сталкиваемся с необходимостью использовать клеевые составы. Клеевых составов для древесины известно огромное множество, среди них есть не забытые, полюбившиеся старые рецепты, а есть ультрасовременные химические соединения, способные своей волшебной формулой разом решить все наши проблемы.

Цели и задачи применения клеёв всегда различны: соединить или закрепить детали, зафиксировать древесину в определённом положении, закрыть и обезопасить место стыка, предотвратив его от попадания влаги. Именно от целей и задач, зависит какой клеевой состав нам выбрать, но важно разбираться и о самих клеях.

Если изучить старую мебель, можно обнару¬жить, что клей издавна использовался для соединения дерева с дере¬вом без необходимости дополнительного механического усиления. Однако у таких старых клеев есть существенный не¬достаток - от времени, в результате воздействия атмосферной влаги, их высохший слой разрушается, и соедине¬ния разбалтываются.

В настоящее время существует возможность широкого выбора превосходных клеевых со¬ставов с различными свойствами, такими, как влагостой¬кость и теплоустойчивость, замедленное или ускоренное застывание, повышенный срок годности после приготов¬ления, и большинство из клеев способны давать такую прочность соединения, что слой клея оказывается проч¬нее прилегающих слоев древесины.

Сегодня мы расскажем вам о самых распространённых клеях для древесины и области их применения.

Животный клей

Традиционный столярный клей до сих пор делается из шкур и костей животных, протеин которых и придает этому типу клея адгезивные свойства (способность к сцепкости). Когда-то столяр¬ный клей был основным клеем в деревообработке, но се¬годня он редко используется, кроме, может быть, приме¬нения в ручном фанеровании, где его термопластичные свойства являются большим преимуществом.

Животный клей обычно продается в виде зерен или не¬больших гранул, готовых для растворения в воде с помо¬щью клееварки, нагреваемой электричеством или газом.

Имеется на рынке и клей замедленного застывания желе¬образной консистенции, который разжижается в той же самой клееварке или посредством помещения контейне¬ра с клеем перед использованием в горячую воду.

Животные клеи нетоксичны. Они образуют твердый клеевой слой, который можно строгать и шлифовать, и их можно вновь размягчать с помощью нагревания или ув-лажнения - настоящее благо для реставраторов мебели, хотя их восприимчивость к теплу и влаге иногда приво¬дит к нарушению конструкции.

Термоклей

Продается в форме цилиндрических палочек для применения с использованием специальных электрических «пистолетов». Этот клей удобен в работе и застывает в течение нескольких секунд, что делает его идеальным для изготовления моделей и шаблонов. Термоклей выпускается также в виде тонких листов для фанеровки. Клей помещается между шпоном и основой и активируется нагретым бытовым утюгом. Это один из самых распространённых клеёв, используемых для работы со шпоном – он применяется для фанеровки, изготовления обычных и мозаичных стеновых панелей и прочего.

Клей ПВА

ПолиВинилАцетатный (ПВА) клей является одним из са¬мых дешевых и удобных клеев на рынке. Это готовая водная эмульсия ПВА, которая застывает после испаре¬ния или впитывания воды древесиной. Это - отличный нетоксичный клей общего применения, настоящая находка для всевозможных ремонтных работ внутри дома.

Клей ПВА обладает поч¬ти неограниченным сроком годности при условии хране-ния в разумно теплых условиях. Крепкий полупластич¬ный клей имеет некоторую тенденцию к «ползучести», но обычно это случается при длительных режимах повы-шенной нагрузки. Стандартный белый клей не является влагоупорным, но для наружных работ существует его полностью водостойкий вариант. Информация о применении клея ПВА, всегда отражается на упаковке, поэтому будьте внимательны при выборе.

Немного более густой желтый ПВА на основе алифатических соединений при высыхании дает несколько мень¬шую упругость шва, но с хорошей сопротивляемостью нагреву и влаге. В отличие от белого клея он хорошо шлифуется, не забивая шкурки. Также можно приобрес¬ти клеи ПВА со свойствами, измененными таким обра¬зом, чтобы повысить его способность к заполнению поло¬стей или понизить скорость отверждения для крупных конструкций.

На сегодняшний день на российском рынке представлено более двух десятков различных вариантов клея ПВА.

Клей ПВА, Термоклей и Животный клей относятся к категории контактных клеевых составов и требуют определённой технологии склеивания, о которой мы расскажем чуть позже.

Мочевино-формальдегидный клей

Является превосходным водостойким клеем с хорошей способностью к заполнению полостей, который твердеет в результате химической реакции. Его можно покупать в порошке, для смешивания с водой и нанесения на обе склеиваемые поверхности.

Некоторые из таких клеев продаются в комплекте с жид¬ким катализатором - отвердителем. Отвердитель нано¬сится на одну деталь соединения, а смешанный с водой порошок клея - на вторую. После соединения деталей надо зафиксировать сборку струбциной (струбцинами). При работе с не застывшим клеем надевайте защитные перчатки и очки и работайте в хорошо проветриваемом помещении, так как испарения данного клеевого состава являются токсичными и в больших концентрациях опасны для здоровья.

Резорционный клей

Во многом сходный с мочевино-формальдегидным клеем, резорциновый клей предельно водостоек и погодоустойчив. Это двухкомпонентный клей, состоящий из соб-ственно резорцино-формальдегидной смолы и отдельно¬го отвердителя. Некоторые изготовители поставляют оба компонента в жидком виде, в других клеях один из ком-понентов представлен в виде порошка. В любом случае смола и отвердитель смешиваются перед нанесением клея на поверхности элементов соединения.

Застывший клей образует красновато-коричневый клеевой шов, ко¬торый может быть заметен на светлых сортах древесины.

Время затвердевания резорцинового клея уменьшается при теплой погоде, а при температурах ниже 15 градусов по Цельсию клей мо¬жет не застыть совсем.

При обращении с незастывшим клеем пользуйтесь защитными средствами для рук и глаз и проветривайте мастерскую.

И резорциновый и мочевино-формальдегидный клей, относятся к категории эпоксидных, то есть двухкомпонентных клеевых составов и имеют своих особенности применения.

Чаще всего для работы  используют такие виды клея для дерева:

1.     Клей ПВА;

2.     клей серии БФ;

3.     клей синдетиконовый;

4.     эпоксидный клей;

5.     термостойкий клей для дерева;

6.     полиуретановый клей для дерева;

7.     казеиновый клей;

8.     пасты из клея.

9.     Для склеивания древесины используют БФ-2 и БФ-4. Такие разновидности клея используют для склеивания дерева между собой, а также для склеивания древесины с другими материалами (например, с металом, пластмассой, стеклом и т.д.). БФ – 2 чаще используют для работ внутри помещения, он обладает хорошей влагостойкостью и теплостойкостью.

10.                       Клей БФ-4 обладает эластичностью и морозостойкостью, что позволяет использовать его для наружных работ с деревом.

11.                       Клей серии БФ наносят в несколько слоев на чистую, обезжиренную поверхность. Сначала наносят первый (грунтовочный слой), время его высыхания примерно 1 час на воздухе, либо 15 минут в специальных печах под воздействием температуры, затем наносят второй (финальный), слой дают ему немного подсохнуть. После чего соединяют склеиваемые детали и оставляют до полного высыхания клея. Для того что бы достичь более высокой плотности склеивания для сушки лучше использовать термостаты или специальные печи.

12.                      Эпоксидный клей для дерева.

Эпоксидный клей для дерева состоит из смол и отвердителя. Для склеивания древесины нужно выдержать пропорции, указанные в инструкции. Перед использованием компоненты клея перемешивают в течении 5 минут, наносят тонким слоем на склеиваемые поверхности и соединяют их с небольшим нажатием. Отличается универсальностью,прочностью, влагоустойчивостью и высокой стойкостью к маслам. Такой клей применяют не только для склеивания древесины, но и для множества других материалов. Высыхает эпоксидный клей для дерева за сутки. При использовании эпоксидного клея следует проявить осторожность, так Столярный клей.

Столярный клей часто используют для склеивания древесины. Перед использованием нужное количество сухого клея заливают водой и настаивают в течении 6 -12 часов (в зависимости от количества клея),  клей должен набухнуть. Затем воду сливают, а сам клей помещают на водяную баню и прогревают до растворения комочков. Очень важно лишь прогреть клей и не дать ему закипеть. Температура клея перед нанесением должна составлять 30 - 50 градусов. В процессе склеивания древесину один раз смазывают клеем вдоль волокон (торцы смазывают два раза).  Высыхает клей за 6-8 часов.

Важно учесть, что  используют столярный клей для дерева на сухой древесине, при влажности древесины более 12% качество склеивания значительно ухудшается.

Синдетиконовый клей.

Применяют такой клей для склеивания древесины с другими материалами. Состоит он из сухого столярного клея, сахара и гашеной извести. Обладает высокой прочностью, стойкостью к различным воздействиям. Перед применением синдетиконового клея ему дают набухнуть в течении 24 часов, после чего наносят на поверхность тонким слоем.

Полиуретановый клей для дерева.

Полиуретановый клей для дерева пользуется огромной популярностью. Что не удивительно. В отличие от других видов клея, полиуретановый - имеет более высокую устойчивость к нагрузкам и влиянию неблагоприятных факторов (например, влаги, тепла или холода). А также обеспечивает более стойкое склеивание для твердых сортов древесины.

13.                       как он вызывает раздражающее действие при попадании на кожу.

Казеиновый клей.

Козеиновый клей для дерева используют для приклеивания к древесине бумаги, картона, ткани и кожи. Это очень водостойкий клей. Что бы приготовить клей необходимо смешать порошок (казеин) с холодной водой до консистенции сметаны, перемешивать клей нужно примерно около часа. Затем клей наносят на обе поверхности и дают подсохнуть в течении пяти минут, после чего их соединяют. Схватывается клей за 6-8 часов, а полностью высыхает, примерно, за 20. Применяя казеиновый клей для дерева следует помнить, что он оставляет на древесине пятна, потому наносить его нужно аккуратно.

Паста из клея.

Одна из разновидностей клея для дерева. Приготовить пасту очень просто. Для этого необходимо смешать горячий столярный клей для дерева с просеянной золой или мелом. Используют пасту из клея для грунтовки и шпаклевки материалов из древесины, а также для склеивания деревянных деталей, при соединении которых возникаю зазоры более 0,2 миллиметров. Также с помощью пасты из клея дерево склеивают с металлом, стеклом и камнем.

Испытание клеевых соединений.

Образцы клея для испытаний

Образцы для испытания на сдвиг

Образцы для испытания на изгиб

Образцы для испытания на разрыв

Пресс для испытания

Приспособление, разработанное и изготовленное самостоятельно для испытания на разрыв

Испытания образцов

Таблица результатов испытаний

Испытания на	Сдвиг	Изгиб	Разрыв	Итог
№ 1(ПВА)	900N разрушение по клею.	0,5N разрушение по клею.	3N разрушение по клею.	III место
№2(ПВА универсальный)	600N разрушение по клею.	0,5N разрушение по клею.	0,5N разрушение по клею.	IV место
№3(ПВА с дозатором)	1600N разрушение по дереву	0,1N разрушение по дереву.	0,5N разрушение по клею.	II место
№4(Момент столярный)	500N разрушение по клею.	0,1N разрушение по дереву.	4N разрушение по клею.	V место
№5(Момент класик)	400N разрушение по клею.	3N разрушение по дереву.	0,5N разрушение по клею.	VII место
№6(ЭДП)	2500N разрушение по дереву	0,1N разрушение по дереву.	2N разрушение по клею.	I место
№7(Пластиковый)	500N разрушение по клею.	0,1N разрушение по клею и дереву.	0,5N разрушение по клею.	VI место

Заключение.

Таким образом, проведя исследование и проанализировав результаты,  пришли к выводу, что клей эпоксидный универсальной марки ЭДП является наиболее прочным. Все клея  показали отличные результаты при испытании на сдвиг. Образцы склеенные клеями «Момент столярный» и «пластиковый» разрушились по дереву а не по клеевому шву. Возможно, были трещины на деталях, так как использовались образцы, изготовленные из сосны. Получить более полную картину можно будет, если провести серию испытаний с разными породами дерева и примерно десятью образцами на каждое ипытание.

Список литературы

Ссылки

http://cxem.net/master/19.php

http://samanka.ru/klej-dlya-dereva.html

http://spleteno.ru/publications/wiki/58-klei-vidy-kleja.html

http://atmwood.com.ua/2014/11/18/klej-dlya-dereva-kakoj-vybrat/

http://reznoe7.ru/klej-dlya-derevyanny-h-izdelij.html

Приложение

Виды клеев также используемых для склеивания деревянных конструкций