Испытание фанеры и оценка стойкости клеевых соединений

В России выпускается фанера, склеенная фенолоформальдегидными, карбамидными и белковыми клеями. Стандартная оценка стойкости фанеры, склеенной фенолоформальдегидными клеями, производится путем кипячения образцов в воде в течение 1 ч с последующим их охлаждением и определением предела прочности при скалывании по клеевому шву. Стойкость фанеры, склеенной карбамидными клеями, оценивается испытанием образцов после 24 ч вымачивания в воде при комнатной температуре. Фанера, склеенная альбуминовым клеем, испытывается после 1 ч кипячения в воде, а казеиновым - в сухом состоянии. В строительстве применяется фанера, склеенная преимущественно фенолоформальдегидными и карбамидными клеями, поэтому рассмотрим подробнее существующие методы оценки стойкости этих видов фанеры, включая и бакелизированную.

Как уже отмечалось, за рубежом приняты более жесткие методы контрольной оценки стойкости клеевых соединений фанеры. Так, по стандартам Японии, Индии, Югославии фанеру, склеенную фенолоформальдегидными клеями, испытывают трехчасовым кипячением образцов в воде с последующим определением предела прочности клеевого шва на скалывание. Австралийский и Новозеландский стандарты на водостойкую фанеру требуют шестичасового кипячения, после чего образцы вымачивают 16-24 ч в воде при комнатной температуре. Состояние клеевых швов после термовлагообработки оценивается по степени их принудительного расщепления ножом или стамеской.

В стандартах Канады и ФРГ на атмосферостойкую фанеру предусмотрено переменное кипячение и высушивание образцов по следующим режимам: кипячение 4 ч высушивание при 63°С 20 ч, повторное кипячение 4 ч (стандарт Канады CSA 0115-1952 "Фанера из твердых лиственных пород") и кипячение 4 ч высушивание при 20°С 16 ч, повторное кипячение 4 ч (стандарт ФРГ DIN 68705 «Фанера для конструкций»). Отличие температуры и продолжительности высушивания в таких режимах объясняется разными размерами образцов для испытаний.

Фанеру, склеенную карбамидными клеями, испытывают по режимам: кипячение в воде в течение 3 ч (для мочевиномеламиновых клеев стандарт Англии BS 1455-1956 "Фанера общего назначения"), вымачивание в воде при 63-70°С в течение 3 ч (для мочевиноформальдегидных клеев по стандартам Англии и ФРГ, Индии, Польши, Японии), вымачивание в воде 4 ч и высушивание при 38°С 20 ч, повторенные дважды (стандарт США CS - 35-56 "Фанера из твердых лиственных пород"); вымачивание 4 ч высушивание при 63°С 20 ч, повторенные пятикратно (стандарт Канады CSA 0115-1952). Состояние клеевого шва после обработки такими методами оценивают как по степени расслоения кромок (на образцах - панелях), так и по снижению предела прочности при скалывании (на малых стандартных образцах). Требуемый минимум прочности зависит от породы древесины, из которой сделана фанера, и составляет примерно М-1,5 МПа для лиственных пород и 0,8-1 МПа - для хвойных.

Видно, что уровень требований, предъявляемых к фанере отечественного производства в отношении ускоренной оценки ее стойкости, ниже, чем во многих зарубежных стандартах. В результате встречаются случаи, когда фанера, паспортизуемая как водостойкая фанера, в действительности не отвечает этому условию и изготовленные из нее конструкции (опалубка, клееные щиты стен и перекрытий, емкости, трубы) преждевременно выходят из строя. Это происходит потому, что недостаточно жесткий режим термовлагообработки образцов при контрольных испытаниях «пропускает» как доброкачествененую фанеру ту, которая в действительности имеет серьезные технологические дефекты: низкую концентрацию связующих, неравномерное нанесение клея, неравномерное приложение давления при прессовании и т.н. Но главное в том, что облегченный режим термовлагообработки не позволяет дифференцировать клеи различного состава и различного сырьевого происхождения, в связи с чем фанера, принятая на испытаниях как водостойкая, оказывается склеенной неводостойким клеем.

Длительное существование такого положения привело к тому, что в отечественном строительстве водостойкая фанера применяется в значительно меньших масштабах, чем за рубежом, и область ее применения более узкая - внутренняя обшивка, перегородки, балки с волнистой стенкой. Наиболее стойкой к действию переменных факторов оказывается бакелизированная фанера, поэтому она применяется в конструкциях мостов, инженерных сооружений. Но испытывают ее на стойкость тем же методом, что и обычную фанеру, который в данном случае также является неподходящим.

Чтобы выявить возможность применения более жестких методов, нами проведены сравнительные ускоренные испытания фанеры, склеенной различными клеями, на водо- и теплостойкость по режимам, рекомендуемым отечественными и зарубежными стандартами. Результаты этих испытаний показывают, что фанера отечественного производства выдерживает требования зарубежных стандартов преимущественно в тех случаях, когда жесткость режима термовлагообработки соответствует виду клея.

Наиболее жесткими режимами испытаний, приводящими к существенному изменению прочности фанеры и состояния ее клеевых швов, являются переменное кипячение и высушивание или продолжительное кипячение в воде. По мере усложнения режима термовлагообработки изменяются показатели прочности фанеры на всех включенных в испытание клеях, что свидетельствует о целесообразности самого принципа усложнения. Процент разрушения образцов по древесине при ужесточении режимов испытания возрастает в соединениях на клеях высокого качества (фенолоформальдегидная смола СФЖ-3011, мочевиномеламиновый клей) и понижается в соединениях на клеях среднего качества (крезолоформальдегидная смола СФЖ-3013, мочевиноформальдегидная невакуумированная смола).

В ряде случаев показатели, полученные при испытании фанеры, оказываются ниже предусмотренных зарубежными стандартами, например, когда фанера, склеенная мочевиноформальдегидной смолой, испытывается вымачиванием в воде при 70°С 3 ч, а склеенная мочевиномеламиновой смолой - кипячением в воде 3 ч.