Клеевые материалы играют ключевую роль в деревообрабатывающей промышленности, обеспечивая прочные и долговечные соединения элементов из древесины. Широкий ассортимент клеев, представленных как природными, так и синтетическими составами, позволяет выбрать оптимальный вариант для различных технологических процессов — от производства фанеры и плит до создания сложных деревянных конструкций и декоративных изделий.
Современные клеи разрабатываются с учетом множества факторов: адгезия к древесине, термостойкость, влагостойкость, экологичность, скорость полимеризации и совместимость с различными типами древесины и древесных композитов.
Эффективность клеевого соединения напрямую зависит от правильного выбора состава клея, условий его отверждения и соблюдения технологического режима. Применение новых формул и модификаторов позволило добиться значительных улучшений в таких параметрах, как устойчивость к биологическому воздействию, климатическая стойкость и нейтральность по отношению к древесине. Наряду с традиционными животными и растительными клеями в промышленности широко используются современные полимерные смолы, каждая из которых имеет свои особенности, области применения и ограничения.
Искусство склеивания древесины насчитывает тысячелетнюю историю. Еще в Древнем Египте мастера использовали клеи на основе животного белка и смол, чтобы соединять части деревянных изделий, инкрустаций и мебели. Археологи находили образцы склеенных деревянных саркофагов и декоративных элементов, прочность соединения которых сохранялась веками. В Средние века получили широкое распространение клеи из казеина, а позже — из костного клея, которые применялись в плотницком и столярном деле.
В XIX веке начались первые попытки химической модификации природных клеев, а уже в XX веке с развитием органической химии на рынок вышли синтетические клеевые составы — фенолоформальдегидные, карбамидные и акрилатные. Их внедрение стало поворотным моментом в развитии деревообрабатывающей промышленности, позволив значительно повысить производительность и долговечность изделий.
Для обеспечения качественного склеивания материалов в деревообработке применяются клеи, обладающие рядом строго регламентированных эксплуатационных характеристик.
Основное требование – это обеспечение надежного соединения между поверхностями, которое достигается благодаря хорошей адгезии, то есть прочной сцепке клея с древесной подложкой. При этом не менее важной считается когезия – способность частиц клеевого вещества удерживаться между собой, формируя монолитную прочную структуру.
Кроме того, к значимым параметрам отнесены устойчивость к воздействию влаги, воды и атмосферных факторов, стойкость к грибковым и бактериальным поражениям, сопротивление высоким температурам, упругость, химическая нейтральность по отношению к древесине (что исключает ее разрушение в процессе эксплуатации) и, конечно же, срок службы без потери клеевых свойств.
Клей представляет собой вещество, которое под воздействием определённых внешних условий переходит в твердое агрегатное состояние и надежно удерживает соединенные детали в нужном положении.
В технологии обработки древесины повсеместно применяются клеевые компоненты, основу которых составляют полимеры – как природного, так и искусственного, синтетического происхождения. Эти соединения, отличающиеся высоким молекулярным весом, выступают в качестве активной основы для приготовления прочных и технологичных клеевых составов.
К природным компонентам, применяемым в качестве клеевых основ, относятся следующие вещества:
- целлюлоза – сложный углевод, являющийся основным компонентом растительных клеток;
- каучуки – эластомеры растительного происхождения, обеспечивающие гибкость;
- глютин – коллагеновый клей, получаемый из костной ткани и соединительных оболочек животных;
- казеин – белок, выделяемый из молока в процессе створаживания;
- альбумин – белок, получаемый в основном из крови животных.
Все вышеперечисленные вещества формируют группу клеёв белкового происхождения, иначе называемых животными клеями. Они исторически используются в ремесленном и промышленном производстве.
В отличие от природных компонентов, синтетические клеи изготавливаются на основе полимеров, получаемых в лабораторных и промышленных условиях. Основой таких составов служат синтетические смолы, которые, в зависимости от механизма образования, подразделяются на два типа: конденсационные и полимеризационные.
Конденсационные смолы синтезируются в ходе реакций поликонденсации, когда в результате взаимодействия как минимум двух различных химических соединений образуются сложные полимеры. К данной группе относят смолы следующих видов: карбамидоформальдегидные (КФС), фенолоформальдегидные (ФФС), меламиноформальдегидные, а также более сложные композиции – карбамидомеламиноформальдегидные и резорциноформальдегидные.
Второй тип – полимеризационные смолы, формируются в результате реакции полимеризации одного или нескольких мономеров. Сюда входят такие клеевые материалы, как поливинилацетатная дисперсия, полихлорвинил и ряд синтетических каучуков.
Наиболее массово и эффективно в производстве изделий из древесины применяются карбамидоформальдегидные смолы, а также клеи, основанные на них. Однако следует учитывать их чувствительность к воздействию влаги и температуры, особенно в условиях открытой атмосферы, что ограничивает область их применения.
Чаще всего используются марки:
- КФ-О;
- КФ-Ж;
- КФ-Б;
- КФ-БЖ;
- а также малотоксичные варианты: КФ-01, КФ-02, КФ-НФП, СК-75, КФМТ-15 КП.
Жидкие карбамидоформальдегидные клеи имеют ограниченное время хранения из-за продолжающейся внутренней реакции конденсации, что повышает вязкость. Чтобы избежать этого, выпускаются порошкообразные формы – они получаются путём сушки жидкого клея распылением в потоке горячего воздуха до состояния твердых частиц. Такой способ увеличивает срок хранения до 2–3 лет и упрощает транспортировку и хранение, при этом не усложняя приготовление клеевого раствора.
Самым популярным типом на их основе являются двухкомпонентные системы, в которых к смоле добавляется отвердитель.
Холодное отверждение происходит с применением кислотных растворов – таких, как ортофосфорная или щавелевая кислота. На 100 массовых частей смолы добавляется 4–10 м.ч. кислотного раствора с концентрацией 5–10 %, причем для каждой новой партии смолы оптимальная доза определяется индивидуально.
При горячем отверждении чаще всего используют хлористый аммоний (NH4Cl), в дозировке 1 часть на 100 м.ч. смолы. В процессе реакции с формальдегидом высвобождается соляная кислота, способствующая увеличению кислотности среды. При уровне концентрации ионов водорода в пределах 2,5–4,0 начинается процесс желатинизации, то есть переход в гелеобразное состояние. Чтобы предотвратить преждевременное схватывание клея в момент нанесения и начала прессования, в состав дополнительно вводится карбамид.
Фенолоформальдегидные смолы обеспечивают клеевые соединения, обладающие повышенной водостойкостью и прочностью, выдерживающие циклы изменения влажности и температуры.
Однако, несмотря на отличные технические характеристики, к недостаткам этих смол можно отнести высокую цену, токсичность и темную окраску клеевого шва, что ограничивает их применение в некоторых областях.
Смолы фенольной группы могут быть классифицированы на клеящие и пропитывающие, в зависимости от назначения. Из-за высокой стоимости сырья производство клеящих смол осуществляется отдельно для процессов холодного и горячего склеивания.
Наиболее широко используются следующие марки фенолоформальдегидных смол для горячего способа:
- СФЖ-3011 – высокотоксичная, водорастворимая, обеспечивает прочное и влагостойкое соединение. Используется как однокомпонентный состав, не требует добавления отвердителя. Требуется обязательная сушка после нанесения.
- СФЖ-3013 – водорастворимая, токсичность умеренная, применяется в производстве влагостойкой фанеры ФСФ. Не требует предварительной сушки шпона. Является многокомпонентной.
- СФЖ-3014 – устойчива к атмосферным воздействиям, водорастворимая, подходит для изготовления ДВП и ДСтП.
- С-50 – отличается невысокой вязкостью и большим содержанием свободного фенола, применяется как пропитка при производстве клеевых пленок.
- СБС-1 – спирторастворимый лак, используется при производстве бакелизированной фанеры и древеснослоистых пластов, а также для получения бакелитовой клеевой пленки.
В состав многокомпонентных клеевых систем вводятся дополнительные вещества: наполнители (мел, древесная или пшеничная мука, лигнин) и ускорители реакции (резорцин, уротропин, параформ, Р-1 и др.). Добавление едкого натра способствует снижению уровня свободного фенола.
Пленочные клеи на фенольной основе, известные как бакелитовые пленки, производятся с использованием смол С-50 или СБС-1 и специальной бумаги. Материал пленки – сульфатная бумага толщиной 30–40 мкм и массой 18–22 г на 1 м2, пропитанная смолой С-50. В процессе изготовления бумага проходит через пропиточную машину, затем сушится в печах для удаления избыточной влаги и летучих соединений. Частичная поликонденсация происходит уже на этом этапе, но клей сохраняет способность плавиться и растворяться при нагревании, что делает его пригодным для дальнейшего применения.
Фенолоформальдегидные смолы, отверждающиеся при нормальной температуре, характеризуются увеличенной концентрацией сухого остатка, повышенной вязкостью и значительным содержанием свободного фенола и формальдегида. Эти составы успешно применяются как при склеивании массивных деревянных элементов без подогрева, так и при нагреве.
Для инициации процесса отверждения в таких смолах требуется применение специальных отвердителей, например, керосинового контакта либо бетанафталинсульфокислоты. Для повышения технологических свойств добавляют наполнители, к числу которых относятся лигнин и древесная мука.
К распространённым маркам смол, отверждающихся при температуре окружающей среды, относятся:
- СФЖ-309,
- СФЖ-3016,
- СФЖ-3015,
- ВИАМ Ф-9.
Пропорция ввода отвердителя составляет порядка 20–25 массовых частей на 100 частей смолы.
Смолы меламиноформальдегидной и карбамидомеламиноформальдегидной природы сочетают эксплуатационные преимущества карбамидных и фенолоформальдегидных составов. Такие клеевые материалы при температуре свыше 100 оС быстро полимеризуются в твердые, нерастворимые и термостойкие соединения, сохраняющие прочность под действием влаги, света, высоких температур и химических реагентов. Помимо этого, они формируют прозрачный клеевой шов и отличаются пониженной токсичностью по сравнению с фенольными аналогами.
Ограничивает их широкое применение высокая стоимость ключевого сырья — меламина.
Среди используемых в производстве марок можно выделить:
- МС — меламиноформальдегидная смола, применяемая в изготовлении влагостойкой фанеры. Вследствие её дороговизны и невысокой стабильности хранения практически вытеснена с рынка.
- МП — разновидность меламиноформальдегидной смолы, востребованная в пропитке декоративных видов бумаги (сульфитной и облицовочной), используемой в отделке древесных плит.
- ММС — представляет собой карбамидомеламиноформальдегидную смолу, выгодно отличающуюся от карбамидных по водостойкости, при этом оставаясь экономичнее чистого меламина. Хорошо подходит для ТВЧ-склеивания и для получения особо прочной фанеры.
- ММП — это водная карбамидомеламиноформальдегидная пропиточная смола, используемая в производстве декоративных пленок, текстурных и укрывных сортов бумаги.
- ММПК — безводный вариант ММП-смолы, применяемый в аналогичных задачах при отделке плитных древесных материалов.
Резорциноформальдегидные клеевые системы могут быть использованы как для горячего, так и для холодного склеивания древесных заготовок. Они демонстрируют отличную адгезию к древесине, высокую стойкость к влаге, атмосферным воздействиям и биологическим повреждениям, что делает их незаменимыми в производстве фанеры с высокой водостойкостью, деревянных конструктивных элементов зданий и других клеёных изделий. Однако из-за дороговизны исходного компонента — резорцина — такие клеи не нашли массового применения. Более рентабельно использовать резорциновые добавки в фенолоформальдегидные системы для ускорения полимеризации. В частности, популярностью пользуется водорастворимая смола Р-1.
Из-за дефицитности и высокой цены резорцина начали разрабатываться и внедряться менее токсичные, более экономичные заменители: фенолоалкилрезорциновые и алкилрезорциновые смолы. Среди них: ФР-12, ФР-100, ФРФ-50, ДФК-1АМ и ДФК-14.
Поливинилацетатная дисперсия (ПВАД) — это коллоидная система, в которой частицы полимера (поливинилацетата) размером около 1–3 мкм равномерно распределены в воде. Жидкость имеет белый цвет и стабильную кислотность: при концентрации ПВАД 50 % уровень pH составляет от 4,5 до 6.
Данный клеевой материал отличается выраженной адгезией, инертностью по отношению к древесине, возможностью схватывания при нормальных температурах и низком давлении. Кроме того, он не оказывает изнашивающего воздействия на режущий инструмент, поскольку клеевой шов сохраняет эластичность и не вызывает затупления.
Для достижения оптимальной прочности клей приготавливается в соотношении 100 массовых частей ПВАД к 8–10 частям пластификатора.
Однако существуют и недостатки: при температурах ниже 40 оС и во влажной среде прочность шва падает, а под долговременной нагрузкой возможно его «ползучее» деформирование.
Для получения клеевых композиций с заданными свойствами в их состав дополнительно включают различные модифицирующие компоненты:
- гидрофобизирующие наполнители,
- антисептические вещества,
- огнестойкие добавки (антипирены),
- компоненты, повышающие прочностные характеристики,
- пропитывающие составы,
- эмульгаторы,
- осадительные реагенты.
Интересные факты:
-
Первый промышленный фенолоформальдегидный клей был запатентован в 1907 году бельгийским химиком Лео Бакеландом. Его изобретение — бакелит — стало началом эры синтетических полимеров.
-
Казеиновые клеи, производимые из молочного белка, использовались не только в деревообработке, но и при производстве первых пластиков, граммофонных пластинок и даже в военной технике.
-
Поливинилацетатные клеи, используемые сегодня в виде ПВА, первоначально применялись для упаковочной промышленности, но быстро нашли применение в мебельной отрасли благодаря своей универсальности и безопасности.
-
Современные клеевые технологии позволяют соединять древесные элементы таким образом, что клеевой шов становится прочнее самой древесины. Это особенно важно при производстве несущих клееных конструкций.
-
В условиях высоких требований по экологической безопасности в Европе и Японии широко применяются низкоформальдегидные и безформальдегидные клеи, разрабатываемые с минимальной эмиссией летучих органических соединений (VOC).
Клеи в деревообработке — это не просто вспомогательные материалы, а важнейший элемент технологического процесса, напрямую влияющий на качество, долговечность и надежность деревянных изделий. Разнообразие клеевых составов позволяет подобрать решение практически для любых условий эксплуатации, от декоративных соединений до несущих конструкций, работающих в экстремальной среде. С развитием химической промышленности и ужесточением экологических норм, акцент в выборе клея все чаще смещается в сторону нетоксичных, водостойких и энергоэффективных решений. Понимание состава, свойств и назначения различных клеев — залог успешного и качественного производства в деревообрабатывающей отрасли.
Регулярно публикую материалы о передовых методах резки, наплавки и покрытий, а также освещаю новинки в сфере литейного производства и композиционных материалов — включая технологии формования и сварку.
- Червячные передачи: устройство, сборка и контроль - 28.06.2025
- Зубчатые передачи: виды, устройство, сборка и контроль - 28.06.2025
- Цепные передачи: устройство, сборка и регулирование - 28.06.2025