Proces lepenia môžeme definovať ako využitie adhéznych vlastností lepidla za účelom nedemontovateľného spojenia dvoch alebo viacerých materiálov, ktoré tvoria nerovnorodý, heterogénny systém.
vyžiadať cenovú ponuku
Vznik lepeného spoja
Z hľadiska lepenia masívneho dreva patria medzi najrozšírenejšie používané lepidlá disperzné. Nahradili v minulosti používané kostné gleje, ktorých použitiu predchádzala príprava zohriatím nad teplotu cca 50°C. Disperzné lepidlá sú zložené z dvoch základných zložiek – z disperznej a dispergovanej. Jednoduchšie povedané, z vody a zo zložky, ktorá je rozptýlená vo vode. Je tvorená makromolekulou polyméru, ktorý sa na výrobu lepidla použil. Na vytvorenie pevného spoja je potrebné odviesť vodu z tejto zmesi. Odvádzanie vody z nánosu lepidla sa uskutoční odparovaním a difúziou do lepeného dreva. Dochádza k fyzikálnym, resp. fyzikálno-chemickým javom, ktoré prebiehajú vo vnútri lepidla a na rozhraní spoja lepidla a dreva. Vznikajú kohézne väzby, čiže sila medzi časticami lepidla a adhézne väzby, sily pôsobiace medzi lepeným materiálom a lepidlom.
Spájanie dreva je pomerne zložitý proces. Jeho výsledkom je pevný a kvalitný lepený spoj, ktorý však môže ovplyvňovať celý rad rôznych faktorov, ktoré môžeme rozdeliť do troch skupín:
- Faktory lepeného materiálu – dreva (druh dreviny, vlhkosť, teplota, stav povrchu, hustota, priebeh vlákien)
- Faktory použitého lepidla – (druh lepidla, viskozita, obsah sušiny, hustota…)
- Faktory technologické – (otvorený čas nánosu lepidla, lisovací čas, lisovací tlak, nános, hrúbka nánosu, lisovacia teplota, celkový čas vytvrdzovania…)
Vplyv povrchu na lepený spoj
Mechanickým opracovaním dreva dochádza k porušeniu jeho anatomickej stavby, pričom sa vyskytujú nežiaduce javy, ktoré ovplyvňujú vonkajší povrch dreva. Nerovnomerným opracovaním vznikajú trhliny, ktorým sa hovorí napäťové centrá, v ktorých sa hromadí väčšie množstvo lepidla. Pri vytvrdzovaní zmenšuje svoj objem a tým dochádza k vzniku nepriaznivých napätí jednak vo vytvrdnutom lepidle a tiež v okolitých vrstvách dreva. V týchto miestach môže dôjsť pri minimálnom pôsobení mechanického namáhania k porušeniu lepeného spoja. Z toho dôvodu je dôležité minimalizovať výskyt takýchto napäťových centier a zaoberať sa charakterom povrchu lepeného materiálu.
Pre porovnanie si definujme 4 rôzne opracované povrchy:
- Povrch frézovaný
- Povrch brúsený brúsnym papierom zrnitosti č.120
- Povrch brúsený brúsnym papierom zrnitosti č.80
- Povrch pílený
Pevnosť lepeného spoja pri použití disperzného lepidla klesá s narastajúcou drsnosťou lepeného povrchu dreva. Z hľadiska spôsobu opracovania dreva je najvhodnejšie použiť frézovaný povrch a naopak ako najmenej vhodný je povrch pílení. Na pílenom povrchu vznikajú nerovnosti, ktoré sťažujú vzájomný plošný dotyk lepených plôch. V tomto prípade sa najviac prejavuje tvorba už spomínaných napäťových centier. Porovnaním povrchov frézovaného a brúseného brúsnym papierom č. 120, čo sa týka hladkosti, je brúsený povrch hladší a spoj by mal dosahovať vyššie pevnosti. Brúsením však dochádza vtlačeniu drevných vlákien a dreveného prachu pôsobením tlaku a tepla počas brúsenia do povrchu dreva, čím sa do určitej miery vyplnia nerovnosti, ktoré sa na ňom nachádzali. Nanesením lepidla tieto čiastočky pôsobením vody napučia, čím zväčšia svoje rozmery, a tak dochádza k ich postupnému oddeľovaniu od pevného drevného podkladu. K adhézii dochádza tiež medzi lepidlom a týmto drevným prachom. V porovnaní týchto dvoch lepených povrchov hovoríme o minimálnych rozdieloch v dosiahnutých pevnostiach. V prípade požitia brúsneho papiera č. 80 boli dosiahnuté nižšie pevnosti, ako už bolo spomenuté, najmenej vhodný na lepenie je pílený povrch.
Vplyv hrúbky lepenej škáry na pevnosť lepeného spoja
Hrúbka lepenej škáry je jedným z dôležitých faktorov, ktorý rozhoduje o konečnej pevnosti a kvalite lepeného spoja. Vieme ju ovplyvniť lisovacím tlakom, časom a, samozrejme, opracovaním povrchu lepeného materiálu. Je dokázané, že neplatí zaužívané tvrdenie, že čím viac lepidla použijeme, tým je to lepšie. Šmyková pevnosť lepeného spoja sa znižuje zvýšením hrúbky lepidla. Je to dané tým, že lepená škára je hrubá, dodatočne schne alebo vlhne, pracuje a pri mechanickom namáhaní praská. O kvalitnom spoji hovoríme, ak pevnosť lepeného spoja dosiahne 10 MPa (podľa DIN EN 205). Je to aj pevnosť bukového dreva pri rovnakom namáhaní ako lepený spoj, čiže pri namáhaní v šmyku v radiálnej rovine pri pôsobení síl v smere vlákien (v prípade smrekového dreva je táto pevnosť 6,7 MPa). Pre porovnanie môžeme použiť dve lepené škáry v hrúbkach 0,1 mm a 1,5 mm. Pokiaľ pri hrúbke škáry 0,1 mm túto hodnotu pevnosti dosiahneme pri hrúbke 1,5 mm, sú pevnosti zhruba na úrovni 1/3 požadovanej hodnoty. Pre dosiahnutie tuhých a pevných lepených spojov s použitím disperzného PVAC lepidla, ktoré sa porušujú v dreve a nie v lepidle, by hrúbka škáry nemala byť väčšia ako 0,5 mm. Pri vyšších hrúbkach dochádza vplyvom namáhania k deformácii vrstvy lepidla v lepenej škáre a následne k porušeniu lepeného spoja v zdeformovanej vrstve lepidla. Dochádza k porušeniu kohéznych vrstiev v lepidle.
Vplyv lisovacieho tlaku na pevnosť lepeného spoja
Lisovanie môžeme charakterizovať ako dostatočné a spoľahlivé priblíženie lepených materiálov a ich vzájomné zabezpečenie tlakom počas času nevyhnutného na vytvorenie lepeného spoja medzi spájanými lepenými plochami. Vo všeobecnosti platí, že klesajúcou hustotou lepeného dreva by mal klesať aj lisovací tlak. Predídeme tým deformácii lepených materiálov. Lisovací tlak priamo súvisí s prienikom lepidla do štruktúry dreva. Samozrejme, závisí to aj od viskozity lepidla. Lepidlá s nižšou viskozitou majú vlastnosť jednoduchšie vpenetrovať do povrchu dreva. Pôsobením vyššieho tlaku je možné dosiahnuť vyššie pevnosti lepeného spoja až po dosiahnutie určitej hranice, tzv. kritického lisovacieho tlaku, keď má tlak opačný vplyv na pevnosť. Dochádza k deformácii dreva a k nadmernému vytláčaniu lepidla zo škáry. Optimálny tlak použitý pri lisovaní lepených materiálov sa pohybuje od 0,6 do 1,2 MPa.
Vplyv tepla na pevnosť lepeného spoja
Podmienkou na dosiahnutie kvalitného lepeného spoja pri lepení dreva PVAC lepidlami je dodržanie správnych teplôt , ktoré by nemali byť nižšie ako 16 – 18 °C pre povrchovú teplotu dreva, 18 – 22 °C pre teplotu prostredia a 16 – 20 °C pre teplotu lepidla. Pri dodržaní týchto teplôt dochádza k plynulému odvádzaniu disperznej zložky z nánosu lepidla do štruktúry dreva a do vzduchu a tým k postupnému vzniku adhéznych a kohéznych väzieb.
Vplyv tepla na proces lepenia sa prejavuje jeho účinkom na odvádzanie disperznej zložky z nánosu lepidla. Teplo vplýva na všetky štádiá lepenia, t. j. pred nanesením lepidla, po nanesení a počas lisovania, a to jednak pozitívne, ale v niektorých prípadoch aj negatívne. Pozitívny vplyv je skrátenie doby lisovania a tiež rýchlejšie dosiahnutie požadovanej pevnosti. Tieto vplyvy priamo súvisia. Negatívny vplyv sa prejaví napr. pri nesprávne vysušenom dreve. V prípade, že je jeho vlhkosť vyššia, vplyvom tepla vzniká vnútorné napätie, v dôsledku čoho vznikajú tvarové deformácie a rozmerové zmeny. Problém môže nastať tiež v prípade, ak na značne vyhriaty povrch nanesieme lepidlo. Vo veľmi krátkom čase po nanesení lepidla nastáva oddifundovanie a odparenie podstatnej časti disperznej zložky z lepidla. Zvyšuje sa tým viskozita lepidla a vytvrdzovanie lepidla sa značne zrýchľuje. Skracuje sa tak otvorená doba lepidla, ktorá je pri disperzných lepidlách väčšinou krátka, a môže nastať situácia, že po priložení druhej časti lepenej plochy už nenastane zmáčanie povrchu lepidlom a spoj bude nedostatočný.
Vplyv lisovacieho času na pevnosť lepeného spoja
Lisovací čas možno, podobne ako predchádzajúce faktory, považovať za jeden z najvýznamnejších, ktoré ovplyvňujú dosiahnutú kvalitu a pevnosť lepeného spoja. Samozrejme, tento faktor priamo súvisí s veľkosťou lisovacieho tlaku a tiež teplotou. Všeobecne sa udáva, že lisovací čas má trvať dovtedy, pokiaľ lepidlo vytlačené z lepiacej škáry nie je mäkké a zakalené, ale je tvrdé a číre. Lisovací čas volíme tiež v závislosti od vlhkosti lepeného materiálu. Zvyšujúcou vlhkosťou je potrebné voliť dlhé lisovacie časy, lebo povrchové vrstvy vlhkého dreva spomaľujú prenikanie vody z lepidla do dreva a súčasne vplyvom vody obsiahnutej v dreve dochádza k čiastočnému zriedeniu disperzie na rozhraní lepidlo – drevo, čo môže mať za následok vzniku slabých adhéznych a tiež kohéznych väzieb.
Vplyv jednotlivých faktorov na výsledný proces lepenia sa podstatne mení v ich kombinácii. Kvalitný spoj je výsledkom priaznivej súhry mnohých činiteľov vplývajúcich na lepenie. V každom prípade je potrebné dodržiavať jednotlivé technologické postupy, aby sme predišli vzniku rozličných chýb. Následkom vzniknutých chýb vznikajú nekvalitné spoje, ktoré môžeme rozdeliť nasledovne:
- Rozlepený spoj – vzniká napr. pri nedostatočnom opracovaní, nedostatočnom lisovacom tlaku, teplote, nerovnomernom nanesení lepidla a pod.
- Chudobný lepený spoj – vzniká nadmernou vlhkosťou lepeného dreva, nedostatočnou viskozitou lepidla, nedostatočným nánosom, príliš veľkým lisovacím tlakom a pod.
- Zrnitý spoj – vzniká prevažne pri použití iných lepidiel ako disperzných, napr. práškových
- Zamrznutý spoj – príčinou môže byť malá vlhkosť lepeného dreva, predčasné vytvrdnutie vrstvy lepidla pred aplikáciou lisovacieho tlaku
- Nezakotvený spoj – príčinou je znečistenie lepeného povrchu prachom alebo mastnotou, vysoká viskozita lepidla
Ďalšími chybami, ktoré môžeme pozorovať pri lepení, sú šuverenie lepených výrobkov, prípadne sfarbenie lepeného dreva. Príčinou sfarbenia môže byť chemický charakter použitého lepidla, styk lepidla s kovovými časťami lisu, presakovanie nízkoviskózneho lepidla cez dyhu a znečistenie výrobkov lepidlom, ktoré bolo počas lisovania vytlačené z lepiacej škáry.
Problematika lepenia dreva je zložitá a podstatne širšia, než je uvedené v texte. Uvedené údaje poskytujú iba základné vzťahy a závislosti medzi jednotlivými faktormi. Oboznámenie sa s týmito faktormi nám uľahčí a podstatne skvalitní prácu s drevom či už na profesionálnej alebo laickej úrovni.
Poznámka: V správe sú použité údaje, ktoré vydala Technická univerzita vo Zvolene vo svojich publikáciách „Vplyv vybraných faktorov na technologický proces lepenia masívneho dreva“ a „Procesy technológie lepenia“ a údaje z výskumných prác Duslo, a. s., Šaľa a VUCHT, a. s., Šaľa.
vyžiadať cenovú ponuku