Лабораторная работа №5. Определение клеящей способности клеев и водостойкости клеевых соединений

Оборудование и материалы: заготовки для образцов из древесины сосны или ели в виде прямоугольных брусочков размерами 20×20×50 мм и 20×10×30 мм; рычажный пресс для склеивания образцов; испытательная машина Р-5 с максимальным усилием 50кН; приспособление для испытания на склеивание вдоль волокон.

Клеящая способность является важнейшей характеристикой клеев. Она оценивается пределом прочности при скалывании стандартных образцов массивной древесины, склеенных данным клеем при комнатной температуре. Водостойкость клеевых соединений определяют на этих образцах после температурно-влажностных воздействий на них.

Сущность способа заключается в определении разрушающей нагрузки на образец, подвергаемый скалыванию вдоль волокон по клеевому слою.

Клей холодного отверждения массой примерно 20…30 г приготавливают путем добавления к испытываемой смоле необходимого объема соответствующего отвердителя. Для карбамидоформальдегидных смол отвердителем является 10% водный раствор щавелевой кислоты. Объем отвердителя зависит от рН смолы, а для старых смол – определяется опытным путем.

Для приготовления карбамидоформальдегидного клея взвешивают чашечку, помещают в нее 20…30 г смолы и определяют ее массу с точностью до 0,1 г. Рассчитывают необходимый объем отвердителя, полагая массу смолы равной 100 м.ч., а плотность отвердителя – равный 1 г/см³. Добавив отвердитель в смолу, быстро перемешивают его стеклянной палочкой. Калориметрическим способом определяют рН клея.

Для склеивания образцов на заготовке размерами 20×20×50 мм карандашом отмечают границы площади склеивания. Наносят клей тонким слоем с помощью стеклянной палочки на обе склеиваемые поверхности и выдерживают 5…10 минут для удаления излишков клея и его загустения. Соединяют склеиваемые поверхности и помещают образцы в рычажный пресс. На каждом из образцов должны быть указаны фамилия студента и номер группы.

Для того чтобы определить предел прочности образцов при скалывании по клеевому слою, образцы после распрессовки очищают от подтеков клея. Затем их помещают в приспособление для испытания так, чтобы длинная сторона образца плотно прилегала к подвижной стенке приспособления, а подвижная опорная призма не зажимала образец.

Рисунок 5.1 – Приспособление для склеивания образцов вдоль волокон по клеевому шву: 1 – корпус; 2 – пружина; 3 – подвижная планка; 4 – ролики; 5 – нажимная призма с шаровой опорой; 6 – образец; 7 – подвижная опора;

8 – прижимной винт.

Приспособление ставят на опорную плиту реверсора испытательной машины Р-5, располагая его точно по оси захватов машины.

Настраивают машину для работы на шкале №1 (до 10 кН), при этом на маятнике должен быть один груз (постоянный). Рукоятками грубой и точной настройки устанавливают скорость движения силового винта, равную 4 мм/мин (при работающем двигателе машины). Пользуясь кнопками «Ускоренный ход» и «Стоп», устанавливают минимальный зазор между торцом образца и нагружающей плитой реверсоре машины. Включают рабочий ход машины и фиксируют с точностью до 0,1 Н разрушающую нагрузку Р_мах. Затем, включив обратный ход, возвращают траверсу в исходное положение.

Рассчитывают предел прочности при скалывании вдоль волокон по клеевому слою, МПа:

где – соответственно длина и ширина площадки скалывания, определяемая с точностью до 0,1 мм с помощью штангенциркуля после разрушения образца.

Дополнительно оценивают характер разрушения образцов по следующей системе: преимущественно по клею, преимущественно по древесине, смешанное разрушение. Результаты испытаний заносят в таблицу.

Таблица 5.1 – Результаты испытания клея на водостойкость (п.4)

№	l,мм	b,мм	Разрушающая нагрузка, Рmax, Н	Масса до склеивания	Масса после склеивания	Предел прочности ,Н/мм2
	29,4	21,2		14,450	14,630	0,000
	29,0	20,5	0,04	13,280	13,540	0,000
	28,6	21,5	0,46	13,185	13,590	0,001
	28,9	20,0	2,32	14,650	14,910	0,004
	30,0	20,0	0,3	15,135	15,520	0,001
	29,0	21,0	1,02	15,345	15,755	0,002
	30,0	21,2	2,2	13,975	14,270	0,003
	28,6	20,4	0,6	12,510	12,770	0,001
	29,8	21,0	1,34	11,750	12,045	0,002

Таблица 5.2 Предел прочности на склеивание чистой смолой

№ образца	l,мм	b,мм	Разрушающая нагрузка, Рmax, Н	Предел прочности ,Н/мм2	Характер разрушения	Расход клея, г/см2
	29,0	20,6		4,16	смешанный	0,865
	28,7	20,1		3,84	по клею	0,780
	29,0	20,7		4,76	смешанный	0,455
	28,0	20,4		4,37	смешанный	0,940
	27,4	20,1		4,64	по древесине	0,720
	29,5	20,0		4,77	по клею	1,895
	30,4	20,8		4,68	смешанный	0,710
	29,0	20,0		5,43	по клею	1,035
	30,0	20,0		3,70	смешанный	0,870

Таблица 5.3 – Предел прочности на склеивание клеем расплавом

№ образца	Разрушающая нагрузка, Рmax, Н	Площадь, мм2	Характер разрушений	Предел прочности ,Н/мм2
	156,5	432,65	адгезионное	0,36
			когезионное	0,56
		432,64	когезионное	0,25
	210,5	430,56	отгезионное	0,49
		434,72	когезионное	0,37
		422,3	когезионное	0,26
		424,35	когезионное	0,39
	152,7	455,85	когезионное	0,33

Таблица 5.4 – Предел прочности на склеивание чистым ПВА (клей берит)

№ образца	l,мм	b,мм	Разрушающая нагрузка, Рmax, Н	Масса с клеем	Масса без клея	Характер разрушения	Предел прочности ,Н/мм2
	28,6	20,3	0,5	15,490	16,025	по клею	0,001
	28,6	19,7	1,1	12,830	13,315	по клею	0,002
	29,8	19,8	1,5	14,040	14,510	по клею	0,003
	28,1	19,7	1,8	12,760	13,140	смешанный	0,003
	28,5	20,4		12,555	13,010	по древесине	0,000
	29,55	20,0	5,8	13,020	13,365	по древесине	0,010
	29,0	20,0	2,43	12,340	12,745	смешанный	0,004
	30,0	19,55	2,1	13,580	13,905	по клею	0,004

Таблица 5.5 – Предел прочности на склеивание ПВА для модификации

№	l,мм	b,мм	Разрушающая нагрузка, Рmax, Н	Масса с клеем	Масса без клея	Характер разрушения	Предел прочности ,Н/мм2
	29,2	19,6	2,55	13,260	13,615	смешанный	0,004
	28,6	20,3	1,45	13,535	14,075	по клею	0,002
	29,7	19,7	0,9	12,235	12,850	по клею	0,002
	28,5	20,3	1,0	13,540	14,155	по клею	0,002
	28,6	19,3	1,45	12,980	13,480	по клею	0,003
	29,4	19,9	0,98	13,875	14,360	по клею	0,002
	28,3	19,7	3,33	13,430	13,985	по клею	0,006
	28,5	20,2	3,81	12,870	13,145	по клею	0,007
	29,4	20,2	2,9	13,360	13,765	по древесине	0,005

Таблица 5.6 – Предел прочности при склеивании клеем Titebond

№	l,мм	b,мм	Разрушающая нагрузка, Рmax, Н	Масса с клеем	Масса без клея	Характер разрушения	Предел прочности ,Н/мм2
	29,65	20,0	4,0	13,505	12,940	смешанный	0,007
	29,8	19,55	1,8	13,515	12,845	смешанный	0,003
	29,0	20,2	3,3	14,395	13,920	по древесине	0,006
	27,6	20,25	1,72	13,140	12,670	по клею	0,003
	28,6	20,25	2,9	14,155	13,805	смешанный	0,005
	28,6	19,6	1,4	13,350	12,995	смешанный	0,002
	29,8	19,8	2,2	13,615	13,230	смешанный	0,004
	29,8	19,8	3,11	14,250	13,930	по древесине	0,005
	28,0	20,0	1,94	13,140	12,760	смешанный	0,003