Результат интеллектуальной деятельности: Способ склеивания древесины

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано для склеивания древесины и древеснокомпозитных материалов термореактивными адгезивами.

Известен способ склеивания древесных материалов в электрическом поле токов высокой частоты (ТВЧ) (В.А. Куликов, А.Б. Чубов «Технология клееных материалов и плит», Москва «Лесная промышленность», 1984 г., с. 88-89). Воздействие на склеиваемый материал и его нагрев осуществляется при помещении склеиваемых элементов древесины, которая является диэлектриком, между пластинами конденсатора, к которым подведен ток высокой частоты ТВЧ. При этом на молекулы древесины и клея воздействуют силы, стремящиеся их переместить в соответствии с изменением направления поля. Поворот молекул отстает от внешнего поля на некоторый угол (угол потерь). Величина и частота угла поворота молекул характеризуют скорость превращения электрической энергии в теплоту, как результат взаимного трения молекул. В результате происходит нагрев древесины с находящейся в ней влагой и клеевого слоя, что инициирует процесс полимеризации клея. Интенсивность и равномерность нагрева материала регулируются изменением частоты поля, верхний предел напряженности поля ограничен опасностью электрического пробоя. Использование ТВЧ как средства интенсификации процесса склеивания древесины позволяет сократить продолжительность склеивания во много раз по сравнению с другими способами нагрева.

Недостатком такого способа является высокая вероятность электрического пробоя и порча склеиваемого материала, увеличение неравномерности прогрева клеевого шва при увеличении частоты, большое энергопотребление, недостаточная надежность генератора ТВЧ и сложность его настройки, повышенные меры безопасности при применении ТВЧ.

Известен способ нагрева клеевого слоя, основанный на использовании тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока через токопроводящий клеевой слой (Г.С. Варанкина, А.Н. Чубинский «Технология процесса склеивания древесины», учебное пособие, г. Санкт-Петербург, 2015 г., с. 64-65). Для обеспечения относительного постоянства электропроводимости клеевого слоя в него введен электропроводящий наполнитель – грален. Электрический ток промышленной частоты ТПЧ напряжением 230 – 380 В подводится через плоские электроды, контактирующие с границей клеевого слоя.

Это техническое решение наиболее близко к заявляемому и принято за прототип.

Недостатком прототипа является контактный способ подвода тепла, снижение проводимости по мере полимеризации клеевой композиции, неравномерность теплового поля в клеевом слое, повышенные меры безопасности при применении ТПЧ.

Задачей и техническим результатом изобретения является интенсификация процесса склеивания древесины, обеспечение полимеризации клеевой композиции в шве бесконтактным равномерным по всему объему композиции индуктивным нагревом, безопасность процесса.

Технический результат достигается тем, что способ склеивания древесины включает подготовку контактной поверхности соединяемых элементов из древесины, клеевой композиции из термореактивной смолы с наполнителем и отвердителем, нанесение слоя композита на контактную поверхность, подпрессовку и нагрев клеевого соединения, наполнитель композиции выполнен из мелкодисперсного зернистого ферромагнитного материала, который нагревают бесконтактно индукционным способом и инициируют полимеризацию композиции в клеевом шве.

Способ склеивания древесины осуществляется следующим образом. Проводят подготовку контактной поверхности соединяемых элементов из древесины. Формируют клеевую композицию на основе термореактивной смолы. В смолу вводят наполнитель мелкодисперсный ферромагнитный материал, например, оксиды железа, ферритный порошок, обогащенный железорудный концентрат и другие. Далее вводят отвердитель и наносят полученную клеевую композицию на контактную поверхность, расход которой составляет 180 – 240 г/м², склеиваемые поверхности соединяют под давлением 0,03 МПа. Осуществляют индукционный бесконтактный нагрев ферромагнитных зерен в клеевой композиции. Ферромагнитные зерна нагреваются до требуемой по режиму склеивания температуры и инициируют процесс полимеризации клея одновременно во всем объеме, при этом в клеевом слое может происходить экзотермическая реакция. Температура и продолжительность нагрева определяется рецептурой клея, количеством и электрофизической характеристикой ферромагнитных фракций наполнителя, выходной мощностью и частотой тока индуктора, требуемой степенью полимеризации клеевой композиции. Размер зерна ферромагнитного наполнителя Δ определяется из соотношения Δ ≤ h, где h – толщина полимеризованного клеевого шва.

Пример.

Склеивание древесины проводили на образцах березового шпона размерами 25×200 мм с контактным участком склеивания 625 мм². Клеевую композицию формировали на основе термореактивной карбамидной смолы, вводили в нее в качестве наполнителя ферромагнитный порошок Fe с размерами зерна Δ =0,12 мм в количестве 1,5 мас.ч. на 100 мас.ч. карбамидной смолы, отвердитель - сульфат аммония в количестве 1,5 мас.ч. на 100 мас.ч. карбамидной смолы. Клеевую композицию наносили на контактную поверхность образцов шпона влажностью 6 % в количестве 200 г/м², соединяли склеиваемые поверхности, подпрессовывали под давлением 0,03 МПа, помещали образцы в электромагнитное поле индуктора и нагревали клеевой шов по всему объему в течение 1 – 2 – 3 мин. После выдержки в течение 60 мин. проводили испытание образцов на прочность при растяжении вдоль волокон по ГОСТ 33120-2014 «Конструкции деревянные клееные. Методы определения прочности клеевых соединений» на универсальной напольной испытательной машине AG-50kNX, SHIMADZY, s/n: 133005002396, оснащенной нагрузочной ячейкой SFL-50KNAG, SHIMADZY, s/n: p122107. Результаты приведены в таблице

Таблица.

Состав клеевой композиции Наполнитель Fe, Продолжительность нагрева, мин. Индуктор Температура клеевого шва, 0С Предел прочности при растяжении вдоль волокон Разрушение по древесине % Выходная мощность, Вт Частота тока, Гц Смола карбамидная, отвердитель сульфат аммония, ферромагнитный наполнитель 1,5 1 60 7200 48 8,2 42 2 56 9,6 74 3 72 10,1 92

Полученные результаты подтверждают возможность индукционного избирательного нагрева клеевой композиции и ускорение полимеризации в клеевом шве без тепловых потерь на нагрев древесины, обеспечение прочности клеевого соединения древесины.

Таким образом, достигнут технический результат, позволяющий интенсифицировать процесс склеивания древесины бесконтактным индуктивным нагревом клеевого шва с обеспечением безопасности.