raziskave in razvoj UDK: 630*824.85 pregledni znanstveni članek (A Review) Preskušanje in razvrščanje lepil za les Testing and classification of wood adhesives avtor Bogdan ŠEGA, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo, Rožna dolina, C. VIII/34, SI-1001 Ljubljana, bogdan.sega@bf.uni-lj.si izvleček/Abstract Lepila za lepljenje lesa razvrščamo v dve osnovni skupini: lepila za nekon-strukcijsko uporabo, kijih nadalje delimo še na plastomerna in duromerna lepila, in lepila za konstrukcijsko uporabo. V članku so opisne metode.s katerimi ugotavljamo lastnosti lepilnih spojev, na podlagi katerih lepila razvrščamo; podana pa je tudi razvrstitev lepil. There are two main groups of wood adhesives: 1st) adhesives for non-structural applications, which are further divided to termoplastic and termosseting wood adhesives and 2nd) adhesives for load bearing timber structures. This article describes test metods which are intended to obtain performance data for the classification of adhesives. Classification of wood adhesives is also presented. Ključne besede: nekonstrukcijska uporaba, konstrukcijska uporaba, D1, C1, Tip I Key words: non-structural applications, load bearing, D1, C1, Type I 1. UVOD V Sloveniji v zadnjem desetletju pospešeno sprejemamo kot slovenske nacionalne standarde (SIST) evropske standarde (EN). Širšemu krogu strokovne javnosti je stanje standardizacije na področju lepljenja lesa, ker gre za novejše standarde, oz. ker je evropska standardizacija še vedno v fazi nastajanja in se nenehno dopolnjuje, razmeroma slabo poznano. V tem prispevku so opisane preskusne metode, na podlagi katerih razvrščamo lepila, podana pa je tudi razvrstitev lepil za lepljenje lesa, ki jo najdemo v SIST EN standardih. Metode, s katerimi preskušamo kakovost zlepljenosti lesnih tvoriv, ter zahteve, ki jih le-ta glede zlepljenosti morajo dosegati, bodo prikazane kasneje. 2. RAZVRŠČANJE LEPIL ZA LEPLJENJE LESA Lepila za lepljenje lesa lahko razdelimo v dve osnovni skupini (si. 1): 1. lepila za nekonstrukcijsko uporabo, kijih nadalje delimo še na: a) plastomerna lepila in b) duromerna lepila, 2. lepila za konstrukcijsko uporabo. LEPILA ZA LES NEKONSTRUKCIJSKA UPORABA Plastomeri SIST EN 204 Duromeri SIST EN 12765 KONSTRUKCIJSKA UPORABA Fenolna in aminoplastna lepila SIST EN 301 Dl Cl D2 C2 D3 C3 D4 C4 D Slika 1. Razvrstitev lepil za les ijaLeS 57(2005) 4 raziskave in razvoj 2.2 LEPILA ZA NEKONSTRUKCIJSKO UPORABO 2.2.1 Razvrstitev lepil Plastomerna lepila za nekonstrukcij-sko uporabo razvrščamo v trajnostne razrede Dl, D2, D3 in D4 /3/, duro-merna lepila za nekonstrukcijsko uporabo pa v razrede Cl, C2, C3 in C4 / 11/. Področja uporabe lepil oz. lepljen-cev in pogoji, ki so jim so le-ti lahko izpostavljeni, so prikazani vpregi. 1. 2.2.2 Preskusna metoda Lepila razvrščamo v trajnostne razrede na podlagi natezne strižne trdnosti spojev s preklopom /4/. Dve 5 mm debeli polradialni oz. radialni bukovi lameli, ki imata povprečno gostoto ? 700 kg/m3 in 12 % vlažnost, ploskovno zlepimo pri pogojih, kijih predpiše proizvajalec lepila. Po dokončni utrditvi lepila zlepljeni lameli razžagamo v preskušance dolžine 150 mm in širine 20 mm (si. 2). Sledi priprava preskušancev po predpisanih postopkih umetnega staranja, nato pa natezna obremenitev presku-šanca do porušitve. Kot rezultat poda-jamo povprečno strižno trdnost najmanj 10 preskušancev v N/mm2 in povprečni delež loma po lesu v %. Opisana preskusna metoda se uporablja tudi pri ugotavljanju odpornosti lepilnih spojev na statično obremenitev /1/ in pri ugotavljanju trdnosti spojev pri povišani temperaturi (t. i. metoda WATT'91) /2/. 2.2.3 Zahteve Plastomerna lepila določenega traj-nostnega razreda morajo izpolnjevati zahteve, prikazane v pregl. 2, duro-merna lepila pa zahteve v preglednici 3. D Preglednica 1. Trajnostni razredi in primeri uporabe lepil za nekonstrukcijsko uporabo /3/, /11/ Trajnostni razred Področje uporabe in primer klimatskih pogojev D1 / C1 Notranja uporaba, kjer je ravnovesna vlažnost lesa ur < 15%. D2/C2 Notranja uporaba, z občasnimi kratkotrajnimi izpostavitvami kondenzirani vodi in/ali občasno visoki RZV, kjer je ur<18%. D3/C3 Notranja uporaba, s pogostimi kratkotrajnimi izpostavitvami tekoči in kondenzirani vodi in/ali visoki RZV. Zunanja uporaba v pokritih prostorih. D4/C4 Notranja uporaba, s pogostimi dolgotrajnimi izpostavitvami tekoči ali kondenzirani vodi. Zunanja uporaba, kjer so izdelki izpostavljeni neposrednim vremenskim vplivom, so pa površinsko zaščiteni. - D Preglednica 2. Pogoji priprave plastomerna lepila /3/ preskušancev in z ahteve za Način priprave Trdnost lepilnega Trajnostni razred spoja T (N/mm2 ' St. Trajanje in pogoji D1 D2 D3 D4 1 7 dni v standardni klimia >10 >10 >10 >10 2 7 dni v standardni klimi 3 h v vodi 20±5°C 7 dni v standardni klimi >8 3 7 dni v standardni klimi 4 dni v vodi 20±5 °C ■ >2 " 4 7 dni v standardni klimi 4 dni v vodi 20±5 °C 7 dni v standardni klimi >8 5 7 dni v standardni klimi 6 h v vreli vodi 2 h v vodi 20±5°C " a standardna klima 20/65 (temperatura 20±2 '-(klimatske pogoje vedno podajam v obliki: tem C/re p e ratu ativna zračna vlažn ra/relativna zračna ost 65±5 % vlažnost). 4 ra^a D Slika 2. Oblika preskušancev za ugotavljanje natezne strižne trdnosti lepljenih stikov/4/ ijaLeS 57(2005) 4 raziskave in razvoj o Preglednica 3. Pogoji priprave duromerna lepila /11/ preskušancev in zahteve za Način priprave Trdnost lepilnega Trajnostni razred spoj. i T (N/mm2 ) St. Trajanje in pogoji C1 C2 C3 C4 1 7 dni v standardni klimi >10 >10 >10 >10 2 7 dni v standardni klimi 1 dan vvodi20±5 °C >7 >7 >7 3 7 dni v standardni klimi 3 h vvodi67±2°C 2 h vvodi20±5°C >4 4 7 dni v standardni klimi 3 h v vreli vodi 2 h v vodi 20±5°C >4 D Preglednica 4. Razvrstitev lepil za konstrukcijsko uporabo/5/ Temperatura med uporabo Pogoji okolja Primer Tip lepila > 50 °C Niso določeni Daljša izpostavitev visoki temperaturi I < 50 °C RZV > 85 % pri 20 °C Polna izpostavitev vremenskim vplivom I RZV < 85 % pri 20 °C Ogrevani in zračeni prostori. Zunaj zaščiteno pred vremenskimi vplivi. Kratke izpostavitve vremenskim vplivom. II D Preglednica 5. Način priprave strižnih preskušancev in zahteve za sile loma Oznaka Priprava/6/ Zahteve /5/ Tip I Tip II Najmanjša sila loma (N) A1 7 dni v standardni klimi (20/65) 2000 2000 A2 4 dni namakanje v vodi 20±5 °C Preskušamo mokre vzorce. 1200 1200 A3 4 dni namakanje v vodi 20±5 °C Rekondicioniranje v standardni klimi. Preskušamo suhe vzorce. 1600 1600 A4 6 h v vreli vodi 2 h namakanje v vodi 20±5 °C Preskušamo mokre vzorce. 1200 ni zahteve ., 6 h v vreli vodi 2 h namakanje v vodi 20±5 °C Rekondicioniranje v standardni klimi. Preskušamo suhe vzorce. 1600 ni zahteve 2.3 LEPILA ZA KONSTRUKCIJSKO UPORABO Opisane so preskusne metode in podana razvrstitev lepil za nosilne lesene konstrukcije na osnovi fenola in ami-noplastov (ureaformaldehidna (UF), melaminformaldehidna (MF) in mela-minureaformaldehidna (MUF) lepi- la). Standardi za druga sintetična lepila za konstrukcijsko uporabo so trenutno še v pripravi oz. v obliki osnutka evropskega standarda. Obstaja sicer tudi standard, ki podaja razvrstitev in zahteve za kazeinska lepila za lepljenje nosilnih lesenih konstrukcij /10/, vendar sem se v tem prispevku omejil le na predstavitev standardov za lepila na osnovi fenola in aminoplastov. Ta lepila razvrščamo v dve skupini /5/ • Tip I in • Tip II. Primeri uporabe lepil so prikazani v preglednici 4. Lepila za konstrukcijsko uporabo razvrščamo na podlagi: • strižne trdnosti lepilnih spojev /6/, • odpornosti proti delaminaciji /7/, • prečne natezne trdnosti po ciklični obremenitvi s temperaturo in vlago /8/ ter • strižne trdnosti po izpostavitvi delovanju lesa /9/. Če hočemo razvrstiti konstrukcijska lepila, moramo torej poleg nateznega strižnega preskusa, kije enak kot pri nekonstrukcijskih lepilih, izvesti še tri dodatne preskuse. Zahteve, kijih morajo konstrukcijska lepila izpolnjevati, podaja standard SISTEN301. V nadaljevanju so na kratko opisane vse štiri preskusne metode, podane pa so tudi zahteve za lepila. Strižna trdnost lepilnih spojev /6/ Strižno trdnost konstrukcijskih lepil ugotavljamo s preskušanci, ki smo jih izžagali iz dveh ploskovno zlepljenih bukovih lamel na enak način kot pri nekonstrukcijskih lepilih /4/. Načini umetnega staranja spojev in zahteve so podane v preglednici 6. Odpornost proti delaminaciji / 7/ Odpornost lepljenega stika proti raz-slojevanju ugotavljamo na 75 mm dolgih preskušancih izžaganih iz nosilcev, ki jih zlepimo iz vsaj šestih "neradi-alnih" smrekovih lamel dimenzij 500 mm x 150 mm x 30 mm. Pogoji lepljenja so definirani v standardu. ijaLeS 57(2005) 4 raziskave in razvoj Preskušance prepojimo z vodo ter jih nato izpostavimo sušenju. V preglednici 6 so opisani pogoji zavisokotempe-raturni in nizko temperaturni postopek priprave preskušancev. Posledica vlažnostnega gradienta, ki se vzpostavi v lepljencu med sušenjem, so notranje napetosti, zaradi katerih se v lepilnih spojih na čelih preskušancev pojavijo prečne natezne napetosti. Neustrezni spoji se zaradi teh napetosti razslojijo. Merimo dolžino razslojenih spojev na čelu preskušanca, rezultat pa podajamo kot relativni delež skupne dolžine vseh razsloj enih spoj ev v pri-merjavi s skupno dolžino vseh spojev na čelu preskušanca. Zahteve Standard /5/ dopušča do 5 % razslo-jitev spojev pri lepilih tipa I in do 10 % razslojitev spojev pri lepilih tipa II. Natezna trdnost po ciklični obremenitvi /8/ Vpliv kislinskih poškodb lesnih vlaken zaradi cikličnih obremenitev s temperaturo in vlago na prečno natezno trdnost lepilnih spojev ugotavljamo tako, da izpostavimo preskušance (pripravimo jih iz smrekovih lamel dimenzij 800 mm x 60 mm x 60 mm, ki smo jih najprej po dolžini prežagali na pol ter jih, po skobljanju oz brušenju, ponovno zlepili (si. 3)) 4 ciklom priprave, ki so prikazani v pregl. 7. D Slika 3. Preskušanci za ugotavljanje prečne natezne trdnosti lepilnih spojev/8/ D Preglednica 6. Priprava preskušancev za delaminacijski preskus /7/ I Priprava Parametri Enota Visokotemperaturni postopek za lepila tipa I Nizkotemperaturni postopek za LEPILA _______tipa II Impregnacija Absolutni tlak (vakuum) kPa 25 ± 5 (voda 10 - 25 °C) Trajanje min 15 Absolutni tlak kPa 600 ±25 Trajanje h 1 Št. impreg. ciklov 2 25 ±5 15 600 ± 25 1 2 Sušenje Temperatura °C 65 ±3 27,5 ± 2,5 Vlažnost zraka 96 12,5± 2,5 30 ±5 Hitrost zraka m/s 2,25 ± 0,25 2,25 ± 0,25 Trajanje h 20 90 Število ciklov Število celotnih ciklov (cikel je sestavljen iz - 3 2 dveh impreg. ciklov in enega sušenja) D Preglednica 7. Klimatski pogoji posameznih delov cikličnega preskusa/8/ _ Del Trajanje (h) Temperatura (°C) RZV (96) A 24 50 ±2 87,5 ± 2,5 B 8 10±2 87,5 ± 2,5 C 16 50 ±2 <20 Po končani pripravi preskušance uravnovesimo v standardni klimi 20/65. Nato jih obremenimo z natezno obremenitvijo do loma ter iz sile loma in površine lepilnega spoja izračunamo prečno natezno trdnost lepilnih spojev. Zahteve /5/ Sila loma ne sme biti manjša od 2,5 kN, oz. povprečna sila loma preskušancev, ki so bili izpostavljeni ciklični pripravi, ne sme biti za več kot 20 % nižja od povprečne sile loma kontrolnih preskušancev, ki niso bili izpostavljeni ciklični pripravi. Strižna trdnost spojev po izpostavitvi krčenju /9/ Vpliv krčenja lesa na strižno trdnost ugotavljamo na preskušancih, ki jih pripravimo tako, da križno zlepimo 3 smrekove lamele (si. 4). Vlažnost lamel pred lepljenjem mora biti 17,5 ± 0,5 %. D Slika 4. Križno zlepljen preskušanec /9/ Po lepljenju preskušance najprej skli-matiziramo v klimi 20/65, nato jih sušimo v klimi 40/30, dokler ne dosežejo približno 8,5 % ravnovesno vlažnost; ter jih na koncu zopet uravnovesimo v klimi 20/65. Ker poteka krčenje dveh sosednjih lamel v različnih smereh, nastanejo v spoju velike strižne napetosti, zaradi česar lahko pride do poškodb spoja. Po končani pripravi pre- ijaLeS 57(2005) 4 raziskave in razvoj skušance strižno obremenimo do porušitve (si. 5) in izmerimo silo loma oz. strižno trdnost lepilnega spoja. D Slika 5. Preskušanec, pripravljen za izvedbo preskusa strižne trdnosti /9/ Zahteva /5/ Povprečna sila loma ne sme biti manjša od 30 kN /5/. 3. SKLEP V prispevku je podana razvrstitev lepil za les. Plastomerna lepila za nekon- strukcijsko uporabo razvrščamo v razrede: Dl, D2, D3 in D4; duromerna lepila za nekonstrukcijsko uporabo pa v razrede: Cl, C2, C3 in C4. Lepila za konstrukcijsko uporabo, ki so izdelana na osnovi fenola in aminoplastov, razvrščamo v dve skupini: Tip I in Tip II. Nekonstrukcijska lepila razvrščamo samo na podlagi strižne trdnosti lepilnih spojev, pri razvrščanju konstrukcijskih lepil pa poleg strižne trdnosti spojev upoštevamo še odpornost lepila proti delaminaciji, odpornost lepila na ciklično obremenjevanje s temperaturo in vlago ter odpornost lepila na obremenitve, ki so posledica krčenja lesa. Opisane preskusne metode so prvenstveno namenjene za ugotavljanje lastnosti lepil za potrebe njihovega razvrščanja, niso pa namenjene za pridobivanje podatkov za trdnostne izračune, niti niso nujno pravi kazalec lastnosti lepljencev med uporabo. Prav tako tudi niso namenjene za ugotavljanje primernosti lepil za izdelavo lesnih plošč. literatura 1. prEN 14256 Adhesives for non-structural wood applications -Test method and requirements for resistance to static load 2. prEN 14257 Adhesives -Wood adhesives - Determination of tensile strength of lap joints atelevated temperature (WATT'91) 3. SIST EN 204:2002 - Razvrstitev plastomernih lepil za les za nekonstrukcijsko uporabo 4 SIST EN 205:2003 - Lepila - Lepila za les za nekonstrukcijsko uporabo - Ugotavljanje natezno strižne trdnosti spojev s preklopom 5. SIST EN 301:1998 - Lepila na osnovi fenolov in aminoplastov za nosilne lesene konstrukcije -Razvrstitev in zahteve 6. SIST EN 302-1:2004 - Lepila za nosilne lesene konstrukcije - Preskusne metode -1. del: Določanje trdnosti lepljenega stika pri vzdolžni natezno strižni obremenitvi 7 SIST EN 302-2:2004 - Lepila za nosilne lesene konstrukcije - Preskusne metode- 2.del: Določanje odpornosti lepljenega stika proti razslojevanju -delaminaciji 8. SIST EN 302-3:2004 - Lepila za nosilne lesene konstrukcije-Preskusne metode-3. del: Ugotavljanje vpliva kislinskih poškodb lesnih vlaken, nastalih zaradi cikličnih obremenitev s temperaturo in vlago, na prečno natezno trdnost 9. SIST EN 302-4:2004 - Lepila za nosilne lesene konstrukcije-Preskusne metode-4. del: Ugotavljanje vpliva krčenja lesa na strižno trdnost 10. SIST EN 12436:2002 - Lepila za nosilne lesene konstrukcije- Kazeinska lepila- Razvrstitev in zahteve kakovosti 11. SIST EN 12765:2002-Razvrstitev duromernih lepil za les za nekonstrukcijsko uporabo kratke vesti Lip Bled lani posloval z dobičkom Podjetje Lip Bled je po več letih poslovanja z izgubo lani spet ustvarilo dobiček v vrednosti več kot 205 milijonov tolarjev. Družba je prihodke od prodaje povečala za skoraj sedem odstotkov, na nekaj manj kot 8,1 milijarde tolarjev. Kar 6,3 milijarde tolarjev so ustvarili na tujih trgih, na domačem pa 1,8 milijarde, je razvidno iz podatkov, ki jih je družba objavila na spletnih straneh Ljubljanske borze. Ikea prekinja sodelovanje s To mosom Koprski Tomos bo prihodnje leto švedski družbi Ikea prenehal dobavljati komponente za pohištveno industrijo. V Ikei so se namreč kljub dobremu sodelovanju, ki se je iz leta v leto krepilo, pred nedavnim odločili, da s 1. januarjem 2006 sodelovanje s Tomo-som prekinejo. Švedi so doslej pri To-mosu letno kupili za okoli 2,6 milijarde tolarjev pohištvenih komponent, kijih imajo zdaj namen uvažati iz vzhodne Evrope in Kitajske, torej tržišč s cenejšo delovno silo, so sporočili iz Tomosa. Izpad prometa bo imel za posledico tudi zmanjševanje števila zaposlenih, poroča STA. Poslovno srečanje strojnikov, plastičarjev, tekstilcev in lesarjev Euro Info Center Ljubljana bo 31. maja v M-hotelu v Ljubljani organiziral poslovno srečanje za podjetja s področja strojništva, plastike, tekstila in lesne oziroma pohištvene industrije. Udeležilo se ga bo predvidoma okoli 180 pod-jetij iz desetih evropskih držav: Avstrije, Italije, Srbije in Črne gore, Hrvaške, Bosne in Hercegovine, s Kosova, iz Makedonije, Nemčije, Grčije in Slovenije. Ker bo srečanje organizirano v okviru evropskega projekta Interreg, je udeležba brezplačna. Več informacij na telefonu 01/58 91 875 ali elektronskem naslovu (barbara.kostomaj @pcmg.si). ijaLeS 57(2005) 4