В статье рассказывается о склеивании деревянных конструкций в поле токов высокой частоты с использованием конструкции установки, скомпонованной по модульному принципу из генераторов малой мощности.
Склеивание древесины является одной из распространенных технологических операций в деревообработке. Для склеивания древесины в основном используются синтетические клеи на основе дисперсий (поливинилацетатной — ПВА, ЭПИ – системы, полиуретановые) и формальдегидных смол (карбамидные, меламиновые, резорциновые, фенольные и их комбинации). При производстве изделий из массивной древесины ( брус, щиты и др.) чаще всего используются клеи холодного отверждения, когда прессование изделия происходит при температуре 18-20 градусов.
Основной характеристикой клея, определяющей производительность оборудования, является время схватывания. Это такое состояние соединения, когда изделие может быть выгружено из пресса без разрушения клеевого соединения от внутренних напряжений. Прочность, достаточная для последующей обработки изделия достигается во время технологической выдержки, которая производится вне пресса.
Самые «быстрые» клеи на основе ПВА при холодной склейке имеют время схватывания при склеивании ненапряженных деталей от 15-20 минут. Время технологической выдержки составляет 4 — 6 часов. Полная прочность соединения достигается в течение 6 – 8 суток. Схватывание клея на основе полиуретановой дисперсии происходит за 4-6 часов. Технологическая выдержка – более 6 часов. Для получения полной прочности соединения диспергированных клеев требуется несколько суток.
Для схватывания клея на основе формальдегидных смол требуется время не менее 4-6 часов. Выдержка вне пресса составляет более 8 часов.
Большое время отверждения клеев при нормальных условиях является основной причиной низкой производительности оборудования для производства деревянных клееных конструкций. Требуется большое количество прессов, габариты которых должны соответствовать размерам склеиваемых изделий. Для технологической выдержки изделий вне пресса также необходимы значительные площади. Это требует больших капитальных затрат при создании таких производств и является одной из причин высокой стоимости продукции.
Время схватывания (отверждения) большинства клеев на водной основе, применяемых в деревообработке значительно снижается при нагреве клеевого соединения. У клея на основе ПВА время схватывания при нагреве до температуры 80-90 градусов уменьшается до 15 секунд – 2 минут в зависимости от марки клея. Значительно сокращается технологическая выдержка.
Клеи на основе формальдегидных смол при нагреве до температуры 100-150 градусов отверждаются за время от нескольких секунд до 2-3 минут. В отличие от клея ПВА полная прочность достигается сразу при отверждении, что позволяет использовать их при производстве гнутоклееных изделий при таком же времени прессования, что и ненапряженных деталей и обрабатывать изделия без технологической выдержки.
Известные способы нагрева, применяемые при производстве древесных плит, фанеры, древесно-слоистых пластиков, облицовывании, благодаря которым можно значительно ускорить процессы склейки, неэффективны при производстве изделий большого сечения, в частности бруса, и практически не применяются.
Конвективный и контактный нагрев из-за низкой теплопроводности древесины и большого сечения требуют длительного нагрева. Воздействие на поверхность повышенной температуры (более 100 градусов) приводит к изменению структуры древесины и снижению прочности, изменению цвета, значительным внутренним напряжениям.
Предварительный нагрев склеиваемых поверхностей от инфракрасных излучателей значительно сокращает время открытой выдержки при нанесении клея. Сборка и прессование должны производиться за очень короткое время, что затруднительно при производстве изделий больших габаритов. Накопленного тепла недостаточно для отверждения клев на основе формальдегидных смол, поэтому способ используется только с клеем ПВА.
Известен способ нагрева клеевых соединений в поле токов высокой частоты. Изделие располагается между электродами, к которым подведено напряжение от генератора высокой частоты. В отличие от конвективного и контактного способов, нагрев происходит по всей глубине изделия, а не с поверхности. Это позволяет значительно сократить время склеивания (от нескольких секунд до 2-3 минут в зависимости от марки клея и подведенной мощности). Из-за значительной разницы электрических свойств склеиваемой древесины и клеевого шва происходит избирательный нагрев. Древесина, имея значительно меньшие потери, практически не подвергается нагреву, что позволяет сохранить все ее свойства. В отличие от радиационного нагрева время сборки не ограничивается временем открытой выдержки, что позволяет собирать изделие вне пресса за обычное для клеев холодного отверждения время. При радиационном нагреве количество тепла ограничено накопленным в поверхностном слое, а при высокочастотном может быть подведено любое необходимое для отверждения количество клея. Оно определяется параметрами ВЧ поля и временем нагрева.