ПРОЦЕССЫ СКЛЕИВАНИЯ И ОБЛИЦОВЫВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение выс
шего образования

«Воронежская государственный лесотехнический университет имени 

Г.Ф.Морозова»

Разиньков Е.М., Пономаренко Л.В.

ПРОЦЕССЫ СКЛЕИВАНИЯ И ОБЛИЦОВЫВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ И 

ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Учебное пособие по направлению 35.04.02 «Технология лесозаготовитель
ных и деревоперерабатывающих производств», 

профиль «Технология деревообработки»

Воронеж 2016

УДК 674.093.26-419.3+815+674.028.9                           

Р17

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ»  
(протокол №____ от «_____» _________2016 г.)

Рецензенты:

К.т.н., 
инженер-конструктор 
ООО 
ХК 
Мебель 
Черноземья» 

(г.Воронеж)    И.М.Чеботарева

Кафедра электротехники и автоматики ФГБОУ ВПО «Воронежский го
сударственный аграрный университет имени императора Петра I»                                                                           

Разиньков, Е.М.Технология и оборудование изделий из древесины 

[Текст]: Учебное пособие по направлению 35.04.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», профиль «Технология 
деревообработки»/ Е.М. Разиньков , Л.В. Пономаренко; Фед. агентство по 
образованию, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. - с.

В учебном пособии приведены сведения по технологии склеивания и 

изготовления изделий из древесины на основе новых клеев, материалов и 
комплектующих, оборудования и инструментов.

Учебное пособие предназначено для студентов по направлению подго
товки 35.04.02 - Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств, профиль - Технология деревообработки

Разиньков Е.М., Пономаренко Л.В.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный 

лесотехнический университет им. Г.Ф.Морозова»

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
7

1Теоретические основы склеивания
7

1.1Процессы склеивания древесины и древесных материалов
16

1.2Основные теории адгезии
20

1.3Стадии перехода клея из жидкого в твердое состояния 
23

1.4Факторы,  влияющие на прочность склеивания
40

1.5Основные показатели, характеризующие режимы склеивания
52

1.6храна труда при работе с клеями
54

2Синтетические смолы
54

2.1Общие сведения о клеях
58

2.2Фенолоформальдегидные смолы и клеи
71

2.3Резорциноформальдегидгые смолы и клеи
78

2.4Карбамидоформальдегидгные смолы и клеи
90

2.5Меламиноформальдегидные смолы
94

2.6Карбамидомеламиноформальдегидные смолы
96

2.7Универсальные поликонденсационные смолы и клеи
99

2.8Универсальные полимеризационные смолы и клеи
102

2.9Совмещенные клеи
104

3Технология склеивания в различных видах производства
104

3.1Фанерное производство
104

3.1.1Приготовление и нанесение клея на шпон
104

3.1.2Склеивание фанеры горячим способом
114

3.2Склеивание древесных частиц в технологии древесностружечных плит

129

3.3Склеивание древесных волокон в технологии древесноволокнистых плит

143

3.3.1Склеивание древесных волокон в технологии древесноволокнистых плит мокрого способа производства

143

3.3.21Склеивание древесных волокон в технологии древесноволокнистых плит сухого способа производства

148

4Технология склеивания лущеного шпона при производстве фанерных труб

151

5Склеивание шпона в технологии гнутоклееных заготовок
155

6Склеивание лущеного шпона в технологии  древеснослоистых 
161

пластиков
7Склеивание пиломатериалов в технологии деревянных клееных 
конструкций

165

8Склеивание в технологии изделий из древесины
168

8.1Технологические процессы склеивания
171

8.1.1приготоввление рабочего раствора  клея
171

8.1.2Подготовка склеиваемых поверхностей
175

8.1.3Способы нанесения клея на поверхность
175

8.1.4Запрессовка и выдержка в запрессованном состоянии
178

8.1.5Технологическая выдержка склеенных заготовок
180

8.2Склеивание заготовок в щиты и брусья
180

8.3Склеивание шиповых соединений
190

8.4Склеивание недревесных материалов в производстве мебели
196

8.5Склеивание  цельнопрессованных изделий из измельченной 
древесины

199

9Облицовывание древесины и древесных материалов
202

9.1Подготовка основы к облицовыванию
205

9.2Подготовка облицовочных слоев
209

9.2.1Подготовка заготовок из шпона натурального
209

9.2.2Изготовление облицовок из синтетического шпона
222

9.2.3Подготовка облицовок из декоративного бумажно-слоистого 
пластика

224

10Наклеивание облицовочных слоев на основу
226

10.1Облицовывание плоских поверхностей щитовых деталей строганым и синтетическим шпоном

226

10.2Облицовывание пластей щитов декоративным бумажнослоистым пластиком

235

10.3Облицовывание рельефных поверхностей
240

10.4Облицовывание методом ламинирования
248

10.5Облицовывание методом каширования
253

10.6Дефекты облицовывания
264

10.7Облицовывание погонажных деталей методом окутывания
266

10.8Облицовывание кромок щитовых деталей
273

10.9Облицовывание методом «постформинг»
280

10.10Облицовывание методом «софтформинг»
286

10.11Дефекты облицовывания кромок
292

Введение

В последние годы деревообрабатывающая промышленность России 

находится в тяжелом положении. Об этом говорит как сама ситуация на рынке, которая балансирует на достаточно опасной для отечественных производителей грани (импортная мебель занимает около 50% рынка), так и сложившееся у покупателей стойкое убеждение о более высоком качестве продукции зарубежных производителей и в силу этого убеждения предпочтение 
отечественного товара импортному.

Уверенность покупателя в том, что российская продукция уступает по 

качеству продукции импортной, не далека от истины. Поэтому при небольшой ценовой разнице покупатели, как правило, предпочитают импортные 
аналоги, поскольку на протяжении более чем 70 лет мебельное производство 
было направлено на удовлетворение ажиотажного спроса населения и не 
уделяло должного внимания вопросам качества, технологии, оборудования.

Действительно, сегодня в своей массе отечественная мебельная про
дукция не вполне конкурентоспособна с импортными аналогами и лишь несколько десятков российских фирм успешно конкурируют с товаропроизводителями из других стран. Развитие мебельной отрасли тормозит целый ряд 
объективных и субъективных причин. Среди них российские производители 
отмечают небольшой опыт работы в новых условиях хозяйствования и тот 
факт, что многие уважаемые в доперестроечный период руководители оказались не готовы менять стереотипы, учиться и применять на практике новые 
знания и приемы работы.

Серьезным тормозом стало и то, что в России практически отсутствует 

производство современного оборудования и комплектующих. Главными же 
причинами невысокого качества продукции и как следствие низкой конкурентоспособности считаются нестабильность экономики.

Россия обладает почти четвертью мировых запасов лесных ресурсов, и 

уже одно это ставит ее в уникальное положение относительно других держав, 
имеющих хорошо развитую мебельную промышленность. Помимо этого мы 
обладаем достаточным опытом производства мебели и высоким профессионализмом кадров. 

Однако отрасль потеряла за последнее десятилетие то, без чего выпуск 

конкурентоспособной продукции практически невозможен. Речь идет о производственной базе, которая по оценкам специалистов изношена до критиче

ского уровня. Сегодня у предприятий попросту нет достаточного количества 
современного оборудования, к тому же наши специалисты не владеют многими новейшими технологиями. Поскольку в стране не развито производство 
качественных плитных материалов, фурнитуры и других комплектующих, 
наши мебельщики вынуждены использовать импортные плитные материалы 
и комплектующие. Это значительно удорожает производство продукции, а 
значит, увеличивает цену изделия, что при засилье импорта просто загоняет 
российского производителя в угол. В результате, большинство российских 
предприятий не имеет достаточных финансов на развитие производства.

Выход из сложившегося положения - масштабные инвестиции в от
расль, которые должны направляться на техническое переоборудование 
предприятий мебельной отрасли, на привлечение специалистов и разработку 
собственных технологий производства, которые позволили бы производить 
качественную мебель при максимально сокращенных затратах. Поэтому 
главный вопрос, который сегодня необходимо решить для успешного развития мебельной промышленности, – найти источники инвестирования, как за 
рубежом, так и внутри страны. 

Исходя из вышеописанного,  можно сказать, что деревообрабатываю
щее производство в России обладает значительным потенциалом роста. В 
решении задач развития мебельной промышленности важную роль должны 
выполнить: введение производственных мощностей за счет нового строительства, расширения, реконструкции;   реализация  инвестиционных проектов;   внедрение инновационных технологий и современного оборудования;  
квалифицированные кадры.

1ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА СКЛЕИВАНИЯ

Склеивание представляет собой сложный физико-химический процесс в 

котором участвуют как внутренние факторы от древесины и клея, так и 
внешние, которые обуславливают процесс склеивания в холодном или горячем состоянии. Все эти факторы в целом и определяют конечную прочность 
склеивания.

1.1 Процесс склеивания древесины и древесных материалов
Склеивание древесины и древесных материалов представляет собой 

процесс при котором обеспечивается контакт жидкого клея и склеиваемой 
поверхности материала. При этом проявляя.тся различные явления, относящиеся к поверхностному натяжению, смачиванию, адгезии и др.

Поверхностное натяжение. Механизм образования сил поверхност
ного натяжения можно наиболее полно представлен в работе [2]. Этот механизм можно представить следующим образом: при нанесении на поверхность 
древесины жидкого клея поверхность  клея стремится сократиться за счет 
удаления из клея растворителя. При этом происходит втягивание поверхностных молекул внутрь массы клея, которое вызывает появление силы F, препятствующее искривлению поверхности нанесенного клея. Эту силу, отнесенную на единицу длины периметра L, ограничивающего поверхность жидкости, называют поверхностным натяжением и обозначают σж-в , то есть σж-в = 
F/L. Эта сила действует тангенциально к поверхности жидкости.

Работа (W), затрачиваемая на перемещение молекул жидкости из глу
бины на образование новой поверхности в расчете на единицу площади поверхности жидкости (S) и есть удельная свободная поверхностная энергия 
(УСПЭ). Для однокомпонентных жидкостей численные значения поверхностного натяжения и удельной свободной поверхностной энергии равны между собой, т.е. обе эти величины можно обозначить σж-в [2]. 

σж-в = W/S.
(1.1)

Поверхностное натяжение выражается в Н/м, а поверхностная энергия 

в Дж/м2. Поэтому поверхностные явления следует рассматривать в терминах 
или силовых, или энергетических. 

Величины поверхностного натяжения для некоторых адгезивов и суб
стратов, мН/м следующие: фенолоформальдегидный – 68...79; карбамидный 
– 60; эпоксидный – 44; полиэфир ПН-1 – 35...38; казеиновый – 47; ПВАдисперсия – 38; древесина – 44...50[2].

Снижение поверхностного натяжения достигается, например, введени
ем в жидкость поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые способны 
адсорбироваться на поверхностях раздела фаз и понижать их поверхностную 
энергию (поверхностное натяжение). 

Имеется практика применения ПАВ в производстве бакелизированной 

фанеры. Пакеты такой фанеры прессуются в металлических алюминиевых 
прокладках. Между поверхностью пакета и прокладкой образуются адгезионные связи, так как используются в качестве клея фенолоформальдегидные 
смолы. Чтобы исключить образование адгезионных связей в системе «клей –
прокладка» в клей вводят ДЖК – дистиллированные жирные кислоты (костный жир, мездровое сало). Поверхность металла имеет слой гидрооксилированных оксидов. Такая поверхность притягивает к себе молекулы ДЖК, которые будут ориентироваться наружу (к металлу) углеводородными цепями, 
а внутрь полярными группами (ОН, СООН и др.). Таким образом, уменьшение поверхностной энергии на границе раздела фаз приводит к эффекту самопроизвольного отлипания фанеры от металлических прокладок [3]

Поверхностная энергия тела (клея) зависит от структуры поверхност
ного слоя, в котором молекулы могут быть ориентированы различным образом [4]:

1 – ориентация молекул «частоколом» - перпендикулярно плоскости 

склеивания;

2 – плоская ориентация – «плашмяобразная» ориентация цепей;
3 – смешанный тип ориентации молекул;
4 – дезориентированное состояние.
Следовательно, поверхностная энергия даже для одного и того же ве
щества может быть различной в зависимости от структуры поверхностного 
слоя.

Смачивание и растекание. Смачивание представляет собой проявле
ние межмолекулярного взаимодействия на границе соприкосновения древесины и жидкости при растекании жидкости по поверхности древесины. 

При нанесении клея, например, на древесину, рассматриваемая система 

состоит из трех компонентов, а именно: твердое тело (древесина), жидкость 
(клей), газ (воздух). В результате взаимодействия компонентов в системе образуются следующие сочетания фаз: «твердое тело – жидкость», «твердое тело – газ», «жидкость – газ». Такое взаимодействие системы при изучении 
термодинамических закономерностей смачивания (адгезии) жидкостей, как 

правило, рассматривают на схеме взаимодействия капли жидкой фазы, расположенной на твердом теле (рис. 1.1). Такую схему следует рассматривать 
как некую модель расположения капли с неподвижной границей на идеально 
ровной поверхности.

Т – древесина (твердое тело); Ж – клей (жидкость); В – воздух, и соот
ветственно σт-в, σж-в, σж-т – поверхностные натяжения (энергии) на границе 
раздела фаз. 

Рис. 1 Схема взаимодействия капли жидкости с телом

Эти характеристики определяют не только форму капли, но и адгезию 

жидкости к твердому телу. Равновесие капли определяется одновременным 
воздействием этих трех поверхностных натяжений, причем направлены они 
по касательной к соответствующей поверхности. 

Такая равновесная система характеризуется величиной угла υо, обра
зуемого поверхностью капли жидкой фазы по отношению к твердой поверхности. Вершина краевого угла находится на линии смачивания – линии контакта трех фаз (жидкость, воздух, твердое тело). Для этой равновесной системы можно записать уравнение Неймана: [4]

σт-в = σж-т + σж-в · Cos υо ,
(1.2)

из которого вполне очевидно соотношение:

Cos υо = (σт-в – σж-т )/ σж-в     ,
(1.3)

Угол υо называется краевым углом смачивания.

Смачивание может проявляться в виде выпуклых или вогнутых мени
сков при контакте жидкости со стенками капилляров и сосудов. При взаимо
σж-в

σт-в
σж-т

φ0

Т

В

Ж

действии жидкости с твердой поверхностью возможны следующие случаи 
смачивания[2]. :

1) полное смачивание, (υ = 0), это предельный случай смачивания –

абсолютно гидрофильная поверхность;

2) частичное смачивание, (0 < υ < 90), такие поверхности называются 

гидрофильными;

3) несмачивание, (υ > 90º). Поверхности называются гидрофобными. 

Предельный случай υ = 180º - полное несмачивание, предельногидрофобные поверхности.

Краевой угол υ – важнейшая характеристика смачивания, отсчитывает
ся он в сторону жидкой фазы. Угол υ = 90º является границей между смачиванием и несмачиванием. Чем меньше величина угла, тем больше величина 
контакта капли. Поверхность древесины в отношении клеев, применяемых 
для еѐ склеивания, является гидрофильной. На предельно гидрофильной поверхности (υ = 0)под действием поверхностной энергии твердого тела (σт-в) 
вода полностью растекается и превращается в пленку. Например, капля также растекается в тонкую пленку при нахождении ртути на свинце. Условие 
гидрофильности – σт-в > σт-ж. 

Поверхностное натяжение жидкости, соответствующее полному расте
канию, называется критическим поверхностным натяжением σкр. Такому состоянию соответствует υ = 0 и Cos υ = 1. Для такого состояния σж-в  σт-в , так 
как величиной σт-ж можно пренебречь, в виду малости по сравнению с σж-.

На предельно гидрофобных поверхностях краевой угол по отношению 

к капле воды должен достигать 180º (полное несмачивание). Однако в природе таких поверхностей нет. Близки к ним материалы – воск, парафин, поверхность листа лотоса. Краевой угол для них ~ 120 º. Условие гидрофобности для них – σт-ж > σт-в . Свойства поверхностей можно изменять методами 
регулирования смачивания, которые основаны, главным образом, на изменении поверхностных энергий σт-в , σж-т , а также поверхностного натяжения 
жидкости (энергии) σж-в . 

Принято поверхности разделять в зависимости от условий смачивания 

на низко- и высокоэнергетические. Низкоэнергетические поверхности смачиваются не полностью, на них капли растекаются ограниченно, и реализуется 
определенный краевой угол. Величина поверхностной энергии низкоэнергетических поверхностей обычно не превышает 100 мДж/м2. К таким относят: 
полиамиды, поливинилацетаты и др. Высокоэнергетические поверхности 

имеют значение поверхностной энергии более 100 мДж/м2 и может достигать 
нескольких тысяч миллиджоулей на квадратный метр. 

Основным следствием смачивания в системе «адгезив – субстрат» яв
ляется развитие процессов растекания, способствующих образованию возможно более полного межфазного контакта. Растекание – явление спонтанного течения одной конденсированной фазы относительно другой, происходящее путем уменьшения свободной поверхностной энергии системы при отсутствии внешних воздействий. Высокое значение σт-в и обеспечивает (обусловливает)растекание жидкости в пленку.

Характеризуется растекание динамическим краевым углом смачивания 

υД. Изменение динамических углов смачивания υД во времени характеризует 
скорость растекания жидкости.

Адгезия. В результате межфазного взаимодействия системы образуется 

адгезионный контакт между жидкой и твердой фазой.

Адгезия (прилипание) жидкости к твердой поверхности оценивается 

работой (Wа), которая затрачивается при разрушении связи жидкости с твердым телом, т. е. при отрыве жидкости от твердого тела. Согласно уравнению 
Дюпре для рассматриваемого случая (рис. 1.1) Wа имеет вид:

Wа= (σж-в + σт-в) – σж-т
(1.4)

Это уравнение показывает, что равновесная работа разъединения этих 

тел на границе поверхности их раздела, будет характеризоваться соотношением соответствующих межфазных энергий. Другими словами, изменение 
свободной поверхностной энергии системы при переводе еѐ из одного состояния в другое равно разности свободных энергий в этих состояниях при Р 
= const и Т = const.

Подставив в уравнение (1.4) уравнение (1.2), получим математическое 

выражение (1.5) (уравнение Дюпре-Юнга), которое связывает работу адгезии 
с поверхностной энергией адгезива и с краевым углом смачивания:

Wа= σж-в ( 1 + Cosυ) .
(1.5)

В этом уравнении параметры σж-в и υ легко определяются из экспери
мента и поэтому уравнение (1.5) нашло широкое применение в исследовательской практике. Уравнение (1.4) трудно применимо, т. к. нет достаточно 

надежных методов измерения поверхностной энергии твердого тела на границе с воздухом. 

Следует отметить, что измеряемые на практике краевые углы υ часто 

отличаются от термодинамически равновесных значений υ0. Эти расхождения обусловлены, главным образом, дефектами поверхности твердого тела: 

шероховатостями, химической неоднородностью (гетерогенностью), наличием пор, энергетической неоднородностью поверхностного слоя и другими 
факторами.

Для реальных древесных материалов характерен весьма развитый рель
еф их поверхностей (шероховатость). В теории адгезии шероховатость обычно оценивают коэффициентом шероховатости Кш, который представляет отношение фактической площади к еѐ проекции на горизонтальную плоскость.

Общее условие равновесия жидкости на шероховатой поверхности за
писывается в форме уравнения Венцеля

Cosυш = Кш Cosυ0
(1.6)

где
υш и υо – краевые углы на шероховатой и гладкой поверхности.
Уравнение (1.6) можно представить в виде:

в
ж

ж
т
в
т

ш
ш
К
Соsφ




 





,
(1.7)

От шероховатости твердой поверхности и от еѐ способности смачи
ваться зависит площадь контакта жидкости с твердой поверхностью, которая 
определяет и величину адгезии. Неровности изменяют площадь контакта, работу адгезии и значения краевых углов, а также вызывают гистерезис (различные значения краевого угла одной и той же капли при смачивании поверхности одного и того же материала называют гистерезисом).

Эффективным средством изменения адгезии является ПАВ. Молекула 

ПАВ имеет асимметричное (дифильное) строение, т. е. состоит из 2-х частей. 
Первая часть – углеводородный радикал – гидрофобный, т.е. характеризуется 
отсутствием сродства к воде. Вторая часть молекулы содержит гидрофильную группу. В настоящее время известны сотни ПАВ, молекулы которых могут содержать не одну, а несколько гидрофильных групп и несколько гидрофобных радикалов.