ПРОГНОЗУВАННЯ МІЦНОСТІ ТЕРМОПЛАСЧТИНИХ КЛЕЙОВИХ З’ЄДНАНЬ ДЕРВИНИ БЕРЕЗИ

Abstract

      Modern woodworking industry cannot do without gluing. Glued wood and wood-based materials are widely used in house building, construction joinery, manufacture of parquetry, furniture making, production of laminated lumber, etc. Among the  basic  requirements  that  are  imposed  upon  glued  wood  and  wood-based  materials  is  ensuring an  adequate  strength (σ).

     The  strength  is  a  property  of  adhesive  joint  to  resist  external  loads  without  deformation  or  breaking. The  strength  of  adhesive  wood  joints  will  depend  on  the  adhesion  power  and  cohesive  strength  of  the  adhesive  composition  used  and  the  material being  glued, technological  parameters  of  bonding  operation, patterns  of  adhesive  joints formation, service  conditions  and  so  on.

     Based  on  the  experimental  and  theoretical  studies  on  the  strength  of  thermoplastic polyvinyl  acetate  adhesive  wood  joints  using  mathematical  and  simulative  modeling  of the  stress-strain  state, a  mathematical  model  was  constructed  of  strength  prediction  for thermoplastic  adhesive  wood  joints.

     The  mathematical  model  takes  into  consideration  the  coefficient  for  a  certain  wood  species. For  example, the  coefficient  for  oak  wood  is  equal  to  1. This  coefficient  for  other  wood  species  will  be  different  from  1, since  each  wood  species  is  characterized by  its  own  physical  and  mechanical  properties. The coefficient numerical value for birch wood is equal to 0.855.

     The  mathematical  model  for  predicting  adhesive  wood  joints, taking  into  account  the coefficient  for  wood  species  k_пд,  will  take  the  form :

where T⁽ⁱ⁾   is weighted  average  ambient  temperature, ^oC;  W⁽ⁱ⁾   is  weighted  average ambient  humidity,%; σ_гран   is  ultimate  strength  of  joint; the  parameters  A⁽ⁱ⁾ ,B ⁽ⁱ⁾ ,C ⁽ⁱ⁾ are  dependent  on  variation  in  ambient  temperature  and  humidity; k_пд  is  the  coefficient that  takes  into  account  the  species  of  wood.

     Using  the  mathematical  model, the  prediction  was  carried  out  of  the  strength of cross-linked  and  uncross-linked  thermoplastic  polyvinyl  acetate  adhesive  joints  of  birch  wood , also  the  patterns  of  strength  changes  have  been  investigated.

     It  was  found  that  the  strength  of  thermoplastic  polyvinyl  acetate  adhesive  birch  wood joints  varies  according  to  exponential  dependence. This  is  due  to  the  structure  of  birch  wood  and  the  changes  in  internal  stresses  that  occur  with  variation  in  humidity  and temperature, especially  at  the  wood-adhesive  interface. The joints with  linear  structure  of the  glue  line  compensate  to  a  greater  extent  for  the  stresses  compared  to  sparsely  cross-linked  structure. Therefore,  they  are  less  sensitive  to  changes  in  ambient  temperature  and humidity. The joints  with  sparsely cross-linked  structure  of  adhesive  joint  withstand significantly  longer  cyclic  exposure  to  ambient  humidity  and  temperature,  and  high  humidity  and  lowered  temperature    increase  the  strength  of  the  adhesive  joints.

     Such  patterns  of    changes  in  the  adhesive  joints  strength can  be  explained  by  the  structure  of  birch  wood, its  rheological  properties  and  components  of  the  polyvinyl  acetate adhesive  which  comprises  90%  of  polyvinyl acetate  ( PVA ) and  polyvinyl alcohol  which  in  their  natural  initial  stage  are  amorphous  substances  having  high  elasticity. Therefore, the  best  adhesion  power  and  cohesive  strength  of  adhesive  joints,  bonded  with  a  cross-linked  adhesive, will  be  manifested  within  the  glass  transition  temperature  of  the  adhesive  composition. In  addition, birch  wood  differs  from  oak  wood  in  the  number, size  and  structure  of  vessels, which  will  influence  the  thickness  of  the  glue  film.