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 Рмах. 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