Mendelova univerzita v Brně

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta Ústav nábytku, designu a bydlení Pevnosti lepených spojů stolového nábytku ovlivněných extrémním působením tepla Diplomová práce Příloha: Normy a zákony vztahující se ke stolovému nábytku Výsledky zkoušek vzorků tvaru L Výsledky zkoušek vzorků tvaru U Brno 2012/2013 Bc. Hřebačková Jitka

2 Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: Pevnosti lepených spojů stolového nábytku ovlivněných extrémním působením tepla, zpracovala sama a uvedla jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora Mendelovy univerzity o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne:. Podpis studenta:.

3 PODĚKOVÁNÍ Děkuji panu Ing. Josefu Hlavatému za cenné rady, odborné vedení a pomoc při zpracování této diplomové práce. Velké poděkování patří mým blízkým za podporu v průběhu celého studia.

4 ABSTRAKT Autor: Bc. Hřebačková Jitka Název práce: Pevnosti lepených spojů stolového nábytku ovlivněných extrémním působením tepla Práce je zaměřena na změny pevnostních charakteristik lepených spojů stolového nábytku vlivem působení extrémních teplot. Obsahuje základní poznatky o lepení se zaměřením na montážní lepidla používaná v současnosti, dále se zabývá stolovým nábytkem a jeho namáháním. Součástí práce je také přehled studií zaměřených na mechanické vlastnosti nábytkových spojů. Předmětem diplomové práce je posouzení pevnosti a tuhosti lepených spojů stolového nábytku vystavených působení vysokých a nízkých teplot. Lepené kolíkové spoje stolového nábytku byly krátkodobě i dlouhodobě exponovány teplotám -30 C, -18 C, +60 C, +85 C a byly sledovány vybrané mechanické vlastnosti (ohybový moment a tuhost lepeného kolíkového spoje), hodnoty vzorků vystavených teplotnímu namáhání byly porovnány s referenčními vzorky. Výsledky jen částečně prokázaly vliv vysokých a nízkých teplot na pevnost a tuhost lepených kolíkových spojů vyrobených z dřevotřískových desek. Klíčová slova: lepený spoj, namáhání lepených spojů, pevnost, působení tepla, stolový nábytek, stoly

5 ABSTRACT Author: Bc. Hřebačková Jitka Title: Strength of glued table joints influenced by extreme heat exposure The thesis focuses on strength characteristics of glued table joints. The aim of this diploma thesis is to evaluate impact of heat exposure on strength and stiffness of glued dowel furniture joints. Thesis includes basic knowledge about adhesives and it also concerns an overview about table furniture. Furniture joints were exposed to temperatures of -18 C, -30 C, +60 C and +85 C. After the exposure (on a long-term basis/ short-term basis) bending strength and stiffness of the dowel corner joints in tension and compression were tested. Results of joints exposed to high and low temperature were compared to referential joints. The results indicates effects of high and low temperatures on the strength and stiffness of dowel corner joints made of particleboard. Key words: desks, effect of heat exposure, glued joint, loading of glued joints, table furniture, strength, tables

6 OBSAH 1 ÚVOD CÍL PRÁCE LITERÁRNÍ PŘEHLED LEPENÍ - ZÁKLADNÍ POJMY Lepidla Adheze Koheze FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ VÝSLEDEK LEPENÍ Faktory související s lepenými materiály Faktory vztahující se k adhezivu Technologické a konstrukční faktory VÝHODY A NEVÝHODY LEPENÝCH SPOJŮ Výhody lepených spojů Nevýhody lepených spojů TEORIE LEPENÍ Mechanická teorie Teorie chemické vazby Polarizační teorie Elektrostatická teorie Difuzní teorie Teorie adsorpce Reologická teorie ZÁSADY PRO VYTVOŘENÍ KVALITNÍHO LEPENÉHO SPOJE SLOŽENÍ LEPIDEL VYTVRZOVÁNÍ LEPIDEL Tvorba lepidlového filmu odpařením disperzního prostředí Tvorba lepidlového filmu chemickou reakcí polymeru a tvrdidla Tvorba lepidlového filmu odpařením vody Tvorba lepidlového filmu tavných lepidel ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ LEPIDEL POUŽITÍ LEPIDEL V NÁBYTKÁŘSTVÍ STOLOVÝ NÁBYTEK PRÁVNÍ PŘEDPISY A NORMY TYPY KONSTRUKCE STOLOVÉHO NÁBYTKU Stoly pevné Stoly s měnitelnými rozměry Stoly skládací a sestavovací SPOJE STOLOVÉHO NÁBYTKU NAMÁHANÍ STOLOVÉHO NÁBYTKU Základní pojmy Namáhání stolového nábytku Zatížení nábytkových konstrukcí STANOVENÍ ŘEŠENÍ DANÉ PROBLEMATIKY... 34

7 5 POUŽITÉ MATERIÁLY, VZORKY A ZAŘÍZENÍ POUŽITÉ MATERIÁLY Dřevotřísková deska (DTD) Lepidlo Ostatní použité materiály DRUHY ZKUŠEBNÍCH VZORKŮ Rohové kolíkové spoje tvaru L Kolíkové spoje tvaru U POUŽITÁ ZAŘÍZENÍ Trhací stroj Instron Zkušební zařízení TESTR (prototyp - TEST 1 SEKO-K, spol. s.r.o. 2007) Laboratorní sušárna HS 401 A Mrazicí box a pultový mrazák Ostatní použitá zařízení METODIKA METODIKA PŘÍPRAVY VZORKŮ KE ZKOUŠENÍ Klimatizace vzorků po montáži Expozice zkušebních spojů nízkým a vysokým teplotám Klimatizace po expozici vysokým a nízkým teplotám METODIKA ZKOUŠEK A METODIKA ZPRACOVÁNÍ VÝSLEDKŮ SPOJŮ L Metodika zkoušek spojů tvaru L Metodika zpracování výsledků spojů tvaru L METODIKA ZKOUŠEK A METODIKA ZPRACOVÁNÍ VÝSLEDKŮ SPOJŮ U Metodika zkoušek spojů tvaru U Metodika zpracování výsledků spojů tvaru U VÝSLEDKY VÝSLEDKY ZKOUŠENÍ SPOJŮ TVARU L Hodnocení pevnosti lepeného kolíkového spoje v tahu a tlaku Hodnocení tuhosti lepeného kolíkového spoje v tahu a tlaku VÝSLEDKY ZKOUŠENÍ SPOJŮ TVARU U Hodnocení vychýlení spojů při zkoušce cyklickým namáháním DISKUZE ZÁVĚR SUMMARY ZDROJE SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK SEZNAM TABULEK SEZNAM OBRÁZKŮ PŘÍLOHY... 84

8 1 ÚVOD Nábytek slouží k vybavování interiérů již celá staletí. Snad jen v pravěku, kdy lidé z místa na místo putovali pěšky, zhotovovali si primitivní nábytek pokaždé znovu. Avšak již do období starověku lze datovat první transport zařizovacích předmětů. Už vladaři starověkého Egypta, Říma či Řecka přepravovali rozličnými způsoby nejrůznější stoličky, křesla, stolky, truhly a skříňky ať už jako kořist či jako dar často z velice vzdálených oblastí celého světa. Česká republika se nachází v oblasti mírného klimatického pásma, ovšem s přeměnou českého trhu s nábytkem z téměř výhradně lokálního (případně národního) na úroveň celosvětového, se změnily vlivy, jimž je nábytek vystaven v průběhu transportu i během užívání. Nábytek zohledňující podmínky mírného klimatického pásu snad dokáže dobře sloužit středoevropským odběratelům, ovšem v oblastech s jinými klimatickými podmínkami nemůže zcela zaručit bezchybné plnění své funkce. Platí, že se nelze nadále upínat pouze na středoevropské teritorium a řešit volbu konstrukce a materiálů z pohledu podmínek tohoto regionu (Hlavatý 2010). Nejen podmínky oblasti, v níž je nábytek nakonec používán, ovlivňují jeho životnost. Velkou měrou se na nábytek a jeho trvanlivost promítají i vlivy prostředí a procesů, které probíhají během transportu od výrobce ke konečnému spotřebiteli. V průběhu transportu dochází k nejrůznějším otřesům, zatížením a namáháním - obaly, ve kterých je nábytek dopravován ke konečnému uživateli, by sice měly tato namáhání eliminovat, přesto jim zcela zabránit nelze. Nejčastější namáhání, kterým je nábytek při transportu vystaven, jsou charakteru mechanického (nárazy, otřesy a údery), teplotního (extrémně vysoké či nízké teploty, střídání teplot) a vlhkostního (extrémní hodnoty vlhkosti prostředí, velké změny vlhkosti prostředí). Všechny tyto faktory mají vliv na výslednou pevnost spojů, odolnost nábytku a v neposlední řadě spoluurčují celkovou životnost a použitelnost výrobku. Jak uvádí Hlavatý (2010) nábytek nestačí jen kvalitně navrhnout, ale je třeba vyřešit konstrukci, materiálové složení, technologii a poté vyrobený nábytek vhodně zabalit, tak aby byl v nezměněném stavu dopraven ke konečnému příjemci. Za jeden z nejvýznamnějších faktorů, které pro výrobek představují zátěž, lze považovat teplotní podmínky prostředí. Protože vliv teplotního namáhání na lepené spoje nebyl dosud detailně prozkoumán, byl zmíněný činitel zvolen jako téma této diplomové práce. 1

9 2 CÍL PRÁCE Předmětem diplomové práce je posouzení vlivu vysokých a nízkých teplot na pevnost a tuhost lepených kolíkových spojů stolového nábytku. Cílem práce je analyzovat důsledky působení tepelného namáhání na kvalitu lepeného stolového spoje, za tímto účelem bude provedeno experimentální ověření vybraných mechanických vlastností (tuhost, ohybový moment, deformace) zkušebních vzorků dlouhodobě i krátkodobě vystavených teplotám - 30 C, -18 C, +23 C, +60 C a +85 C. V literární rešerši bude stručně zpracována problematika lepení s důrazem na současné druhy lepidel, budou představeny základní typy konstrukcí a běžně používané spoje stolového nábytku. Součástí práce bude také přehled dosavadních výzkumů s podobným tematickým zaměřením. 2

10 3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Lepení - základní pojmy Lepení představuje způsob nedestruktivního nerozebíratelného spojování materiálů na rozhraní jejich povrchů. Při lepení je dosahováno trvalého pevného spojení stejných či různých materiálů (adherendů) prostřednictvím lepidla (adheziva), které vytvoří souvislou vrstvu pevně držící na přiléhajících površích adherendů. Během lepení nedochází k narušení jednotlivých spojovaných materiálů ani konstrukce (na rozdíl od spojování mechanického - pomocí kování, vrutů, atp.), tento fakt jednak ovlivňuje estetické kvality výrobku, ale hlavně umožňuje zachování původních hodnot mechanických vlastností adherendů. Obvykle je vyžadováno, aby pevnost spoje převyšovala pevnost vlastního lepeného materiálu. Lepení je výhodné pro vytváření velkoplošných spojů i pro upevňování malých součástí, navíc umožňuje vytvářet tvary, které by jinými způsoby spojování nebyly dosažitelné. Další výhodou lepení oproti mechanickým spojům je, že při dynamickém namáhání se vzniklé pnutí v lepených spojích rozvádí rovnoměrněji (Vaněrek a Benešová 2012, Osten 1972). Lepení je specifický proces, jehož průběh i výsledek závisí přímo či nepřímo na mnoha faktorech. V dřevařském a nábytkářském průmyslu 1 patří mezi důležité technologické operace (Sedliačik 2005). K dosažení optimálních vlastností spoje je třeba nejen dodržovat určité technologické zásady, ale také je nutné znát vlastnosti adheziv a adherendů a způsob, jak budou lepené materiály namáhány. Má-li mít lepený spoj dlouhou životnost, musí být jako lepený spoj konstruován. Při navrhování lepených spojů je třeba zohlednit způsob, velikost a směr působení zatížení, kterému budou celá konstrukce i samotný spoj vystaveny. Lepené spoje bývají nanamáhány jak staticky (vlastní hmotností dílce), tak dynamicky (chvěním, rázy, aj.). Nejvyšší odolnost vykazují při namáhání ve střihu a tlaku, nejsou však odolné vůči štípání. Lepení se nehodí ani pro díly, u nichž je požadavek na vysokou pevnost v odlupování, či jsou namáhány na krut, protože těmto namáháním lepené spoje odolávají nejméně. Nejvhodnější je lepené spoje konstruovat tak, aby výsledné namáhání bylo smykové nebo tlakové (Osten 1996). 1 V těchto výrobních oborech jsou lepidla jako taková důležitým pomocným materiálem, který neslouží pouze k vytváření celků z jednotlivých komponentů (montážní lepení), ale umožňuje vznik velkoplošných materiálů - překližky, laťovky, třískové desky, vlákninové desky. 3

11 3.1.1 Lepidla Lepidla jsou nekovové materiály s dobrou vnitřní soudržností (kohezí) obvykle na polymerní bázi, které jsou schopny spojovat tuhá tělesa v důsledku dobré přilnavosti jejich povrchů. Jsou to látky, které se při procesu lepení nachází v tekutém skupenství nebo v roztaveném či plastickém stavu (Muzikář et al. 2008). Pro lepidla je charakteristickou vlastností lepivost. Lepivostí označujeme součet adheze a koheze (Osten 1996). Je závislá na mnoha podmínkách, zejména na povrchu, struktuře a vlastnostech adherendů, technologických podmínkách procesu lepení (např. době vytvrzování, teplotě, vlhkosti) a samozřejmě také na použitém lepidle Adheze Adheze (přilnavost) je označení pro sílu, která spojuje dva materiály na rozhraní jejich povrchů. Soubor různorodých fyzikálně-chemických pochodů, kterými se vzájemně poutají částice různých materiálů (lepidla a lepeného spoje). Rozeznáváme totální, chemickou, specifickou a mechanickou adhezi. Jsou-li adhezivum a adherend různého složení, jedná se o heteroadhezi, jsou-li stejné, mluvíme o autoadhezi (Osten 1996) Koheze Koheze (soudržnost) je vnitřní molekulová síla materiálu závislá na velikosti a struktuře makromolekul lepidla. Charakterizuje stav látky, ve které drží její částice pohromadě působením mezimolekulárních a valenčních sil. Je důležitá pro těkavost a bod varu, má vliv na rozpustnost, mísitelnost a ovlivňuje i pevnost lepidla. Velikost koheze udává tzv. kohezní energie, což je energie potřebná k odtržení jedné částice od ostatních. V závislosti na tloušťce lepidla se mění jeho soudržnost a platí, že s ubývající tloušťkou se zvyšuje pevnost celého spoje. Soudržnost lepidla v lepeném spoji musí být vyšší nebo alespoň stejná jako soudržnost lepeného materiálu (Uhlíř 1997). 4

12 3.2 Faktory ovlivňující výsledek lepení Průběh i výsledek lepení je ovlivněn celou řadou činitelů. Obecně lze faktory ovlivňující konečný produkt procesu lepení rozlišit následovně: - faktory související s lepenými materiály, - faktory vztahující se k adhezivu, - faktory technologické a konstrukční Faktory související s lepenými materiály Mezi tyto faktory zařazujeme veškeré proměnné vztahující se k adherendům. Důležité jsou zejména mikrostruktura a makrostruktura materiálů a chemické složení, ty následně určují fyzikální a mechanické vlastnosti adherendů (např. pórovitost, povrchové napětí, hustota), patří sem vlastnosti a kvalita povrchu, vlhkost, teplota materiálů při lepení, aj. V souvislosti s těmito faktory lze zmínit výsledky výzkumů, které potvrdily např.: že spoje vytvořené z MDF se vyznačují vyšší pevností a tuhostí ve srovnání se spoji z dřevotřískových desek (Vassiliou and Barboutis 2008, Tankut 2005, Zhang et al. 2005, Guntekin 2003, Efe et al. 2002), pevnost lepených spojů se liší v závislosti na drsnosti povrchu (Zosel 1997, Young 1985, Fuller and Tabor 1975), způsobu úpravy povrchu (Ozcan et al. 2012) nebo použitém typu materiálu (Albin et al. 1987), obsah určitých extraktivních látek zpomaluje vytvrzování a snižuje pevnost lepených spojů (Moredo and Sakuno 1991), vlhkost se významně podepisuje na dimenzionální stabilitě a trvanlivosti lepených spojů (Sellers et al. 1990, Palardy 1989), teplota adherendů může zkrátit dobu lepení (Trávník 2005) nebo ovlivnit mechanické vlastnosti (Ayrilmis et al. 2010, Bekhta and Marutzky 2007), aj Faktory vztahující se k adhezivu Sem řadíme veškeré činitele související s lepidlovou směsí. Hlavní faktory této kategorie představují: chemické složení adheziv, chemické a fyzikální vlastnosti lepidel, reaktivita, obsah a poměr jednotlivých složek jako jsou rozpouštědla, plniva, aj., řadíme sem také způsob tvorby lepidlového filmu a vytvrzování. Výsledný lepený spoj i samotný proces lepení významně ovlivňují zejména viskozita a smáčivost adheziva. Pro zajištění kapilárního toku adheziva do adherendu je nutné, aby lepidla v kapalném stavu měla optimální hodnoty viskozity a smáčivosti, to umožní filmotvorným látkám adheziva působit na substrát. Aby docházelo ke smáčení povrchu adherendů, musí být povrchové napětí nátěru menší než povrchové napětí substrátu, v opačném případě kapalina povrch nesmáčí. 5

13 Míru smáčivosti určuje povrchové napětí, jehož zjišťování se provádí nepřímo měřením okrajového úhlu 2 kapaliny aplikované na pevný povrch adherendu. Čím menší je okrajový úhel, tím lepší je smáčivost. Přesáhne-li úhel 90, změní se smáčivost v odpudivost (Muzikář et al. 2008). Obr. 1 Úroveň smáčivosti lepidel (dle Matovič 1981) Ve spojitosti s činiteli vztahujícími se k lepidlu lze uvést například zjištění Sellerse et al. (2005, 1990), ti prokázali vliv různých plniv v adhezivech použitých při výrobě překližek na jejich výsledné vlastnosti. Na základě experimentů zase Ching a Yiren (1994) došli k závěrům, že pro lepení korpusových konstrukcí se nejlépe hodí lepidla na bázi PVAC, tato zjištění pak potvrdili také Efe et al. (2002). Zájem vědců se nyní upírá také na využití nanočástic k ovlivnění vlastností adheziv a výsledných spojů, experimenty v této oblasti provedli například Veigel et al. 2012, Atta-Obeng 2011, Eichhorn et al. 2010, López-Suevos et al. 2010, Richter et al. 2009, aj Technologické a konstrukční faktory Nejdůležitějším činitelem z této skupiny je konstrukce lepeného spoje (rozměry, způsob spojení). Do kategorie technologických a konstrukčních faktorů spadá také metoda aplikace lepidlové směsi, množství naneseného lepidla, podmínky samotného lepení (tlak 3, teplota 4, čas 5 ) a procesů bezprostředně po něm následujících (klimatizace), 2 Okrajový úhel svírá tečna ke křivce vyznačující hranice kapaliny v bodě dotyku s povrchem tělesa. 3 Lisovacím tlakem rozumíme působení lisovacích desek či jiných ploch na lepený soubor, jeho vlivem dochází k přiblížení povrchů adherendů, vytlačování vrstvy vzduchu a přebytečného lepidla ze spáry, vzniku mezimolekulárních přitažlivých sil a rovnoměrnému rozložení lepidla v lepené spáře. Lisovací tlak je určen druhem lepidla a lepených materiálů, jejich vlastnostmi a hladkostí lepených povrchů. 4 Teplota, která působí během lepení je důležitá zejména s ohledem na použitý typ lepidla - např. u tavných lepidel dochází k vytvrzení spoje ochlazením, naopak termoreaktivní lepidlové směsi vyžadují pro vytvrdnutí lepidlového filmu teplotu zvýšenou. Na základě teploty v lepené spáře lze rozlišit: lepení za studena (15-25 C), za tepla ( C) nebo za zvýšené teploty (nad 100 C) (Trávník 2005). 6

14 můžeme sem zařadit také přípravu adherendů před lepením (očištění, odmaštění) a podmínky skladování hotového lepeného spoje či produktu. Konstrukce lepeného spoje zásadně ovlivňuje mechanické vlastnosti a chování lepeného souboru během užívání. Samotný spoj představuje nejslabší článek konstrukce a je primární příčinou selhání, tuhost a pevnost použitého spoje determinuje celkovou pevnost a tuhost nábytkového kusu (Eckelman 1987). Studií, které se zabývaly problematikou konstrukčních spojů nábytku, je nespočet. Velké zásluhy na poli výzkumu v této oblasti lze připsat Carlu Eckelmanovi, který je spolu s dalšími kolegy podepsán pod celou řadou prací zaměřených na problematiku mechanických vlastností nábytku. Srovnání odolnosti různých konstrukčních spojení provedl např. v roce Lin and Eckelman 1987, na spojení čep a dlab se zaměřil v pozdějších pracích - viz Tankut et al. 2007, Eckelman and Haviarova 2006, Eckelman et al. 2004, 2006, Erdil et al. 2005, Denizli-Tankut et al. 2003, další výzkumy s tímto zaměřením provedli také Barboutis and Melissides (2011), Erdil et al. (2005), Kamenicky (1975), Tankut and Tankut (2005), Yang and Lin (1968a,b), aj. Zkoušením mechanických vlastností rybinového spoje se zabývali Maleki et al. (2012), tzv. moltinject spoje testovali Cai et al. (1995), spojům s lamelami se věnovali Vassilliou and Barboutis (2008, 2006, 2005), Georgieu (2004), Tankut and Tankut (2004), Kociszewski (2005), Kociszewski and Wilczynski (2001), spojům šroubovým (Rajak and Eckelman 1996), spojům na klínový ozub zase Özcifci and Yapici (2008) a zkoumání s moderními typy kování provedli např. Šimek a Koňas (2009, 2008), Tankut (2006), Ors et al. (1998, 2001), Eckelman. Odlišné rozdělení pro činitele ovlivňující výsledek lepení používá Trávník (2005), ten rozeznává tzv. technologické podmínky a technologické faktory. Mezi technologické podmínky řadí: druh materiálů, vlhkost, hladkost povrchu, rozměr, druh lepidla, velikost nánosu, obsah sušiny a konzistenci. Jako technologické faktory označuje: tlak, teplotu a čas. 5 Doba lepení je časový interval, během něhož dochází ke spojení částí, dílců atp. Jedná se o součet času potřebného k přechodu tepla lepenou vrstvou do prostoru lepené spáry a času, během něhož dochází k vytvrzení lepidla. V případě lisování se doba lepení označuje jako tzv. lisovací čas. Délka doby lepení je dána druhem adherendů, tloušťkou nánosu, velikostí lepené plochy, použitým lepidlem, u lisování ještě teplotou lisovacích desek a velikostí lisovacího tlaku (Trávník 2005). 7

15 3.3 Výhody a nevýhody lepených spojů Lepení má celou řadu výhod a nevýhod, zde je uveden přehled těch nejvýznamnějších Výhody lepených spojů - nedochází k narušení celistvosti spojovaných materiálů, - široké aplikační možnosti (různé způsoby nanášení, aplikace za různých teplot), - možnost spojování různých druhů materiálů, - možnost spojování materiálů bez ohledu na jejich tloušťku, - možnost průhledných či různě barevných spojů, - odstranění tzv. konstrukčních koncentrátorů napětí, - malá hmotnost lepených spojů (spoje nezvyšují zásadně hmotnost konstrukce), - odolnost vůči korozi, - pevnost a pružnost spojů, - plynotěsnost i vodotěsnost spojů, - ekonomická úspornost, - rychlost spojování, - utlumení mechanických vibrací lepeným spojem (tlumení vibrací i hluku) Nevýhody lepených spojů - vysoké požadavky na rovnost a čistotu povrchu lepených dílců, - malá odolnost vůči namáhání v odlupování a kroucení, - náchylnost k tepelné či chemické degradaci, - omezená doba použití, - nevhodnost pro spoje vystavované proměnlivým zatížením, - pevnost spoje je někdy nízká ve srovnání s jinými spojovacími technikami, - plné pevnosti spoje je dosaženo až po určité době (vytvrzení), - obvykle nutno instalovat filtrační a odvětrávací zařízení. 8

16 3.4 Teorie lepení Podstatu lepení se snažilo v minulosti i současnosti vysvětlit mnoho odborníků 6, za historicky první vědeckou práci zabývající se problematikou adheze je považována studie McBaina a Hopkinse z roku Ti přišli s názorem, že při lepení se uplatňují dva typy adheze: mechanická a specifická. V reakci na ně se pak objevili další vysvětlení tohoto jevu a vzniklo několik teorií (mechanická, polarizační, vodíková, adsorpční, difúzní, teorie chemických vazeb), žádné z nich se ovšem nepodařilo adhezi objasnit zcela. Závěry jednotlivých přístupů jsou však obvykle platné pro určitou třídu lepidel (Kinloch 1987, Pizzi 1992, Schultz and Nardin 1999). Pro lepší pochopení problematiky adhezních teorií odkazuji na práce De Bruyneho a Houwinka (1951), Eleye (1961) a Weisse (1961) Mechanická teorie Tato teorie vysvětluje soudržnost lepeného spoje vytvořením tzv. mikrokolíkových spojů vniknutím a vytvrzením lepidla v pórech a kavitách povrchu adherendů. Teorie je aplikovatelná na lepení pórovitých materiálů jako je papír, textilie či polymerní pěny, ovšem uspokojivě nevysvětluje spojení nepórovitých adherendů či lepší lepivost dřeva v podélném řezu oproti čelnímu. Princip mechanické teorie byl v nedávné minulosti podroben přezkoumání (např. Davis 1991, Critchlow and Brewis 1995), a podle Packhama (1998) se jedná o akceptovaný mechanismus adheze Teorie chemické vazby Zdůvodňuje vznik adheze vytvořením primárních chemických (kovalentních) vazeb napříč rozhraním u vzájemně spojovaných materiálů. K tomuto jevu ovšem může docházet jen výjimečně, protože lepení obecně probíhá v termodynamických podmínkách, které vznik chemických vazeb neumožňují. Jednoznačně prokázat vliv vazeb na zvýšení pevnosti spoje se nepodařilo, protože snahy zavést do adheziv nebo adherendů reakceschopné funkční skupiny často nevedly ke zkvalitnění vlastností adhezního spoje (Beran 1996). 6 Teoriím adheze se věnovali např. Voyutskii and Starkh (1957), Voyutskii and Zamazii (1957), Borroff and Wake (1951), Voyutskii and Margolina (1949), Deryagin and Krotova (1949), Bikerman (1947), DeBruyne (1939), Truax et al. (1929), McBain and Lee (1927), McBain and Hopkins (1925), aj. 9

17 3.4.3 Polarizační teorie Dle této teorie je adheze zapříčiněna vzájemnou přitažlivostí molekul chemickými (primárními) anebo fyzikálními (sekundárními) vazbami. Rozlišujeme chemické vazby iontové (elektrokovalentní), kovalentní a kovové. Vazba iontová je velmi silná, charakteristická pro anorganické sloučeniny, uplatňuje se při spojování kovových a nekovových prvků. Vazba kovalentní je opět velmi silná, mechanickými prostředky těžce narušitelná, vzniká mezi atomy při sdílení elektronového páru ve valenční elektronové vrstvě. Fyzikální síly tzv. VanDerWaalsovy jsou v porovnání s primárními slabší, obvykle se rozdělují na Keesonové, Debyeové a Londonovy síly. Další vazby představují tzv. vodíkové můstky. Jedná se o speciální případ interakce mezi dipóly, kdy je vodík kovalentně vázán na elektronegativní atomy, nejčastěji kyslík, a to buď intermolekulárně nebo intramolekulárně. Obr. 2 Teorie polarizace - vazby Autorem polarizační teorie je Norman Adrien De Bruyne (1939), který upozornil na nutnou kompatibilitu adherendů a adheziva a vytvořil tzv. De Bruynův zákon, který říká, že silné vazby se mohou utvořit pouze mezi polárními povrchy a polárními adhezivy a mezi nepolárními povrchy a nepolárními adhezivy. Později poznamenal, že fyzikální intermolekulární síly mohou být adekvátním vysvětlením adheze (De Bruyne 1947). Polarizační teorií se nedají vysvětlit např. adhezní jevy u nepolárních látek Elektrostatická teorie Adheze je způsobena elektrostatickými přitažlivými sílami. Teorii publikovali B. V. Deryagin a N. A. Krotovová v roce 1949 (Deryagin and Krotova 1949), podle nich je lepený spoj kondenzátor - lepidlový film a adherend tvoří dvojvrstvý systém rozdílně nabitých desek, které se vzájemně přitahují. Při oddělení lepidlového filmu od substrátu vznikají elektrické výboje z důvodu rozdílů v napětí. Vliv elektrostatických nábojů na adhezi nebyl dostatečně prokázán. 10

18 3.4.5 Difuzní teorie Vysvětluje adhezi mezi dvěma materiály vzájemnou difuzí částic napříč rozhraními. Teorie se opírá o práce Voyutského (Voyutskii et al. 1957, Shapovalova et al. 1956), podle něj molekuly migrují ze spoje do adherendu a naopak. Difuzní teorie je aplikovatelná jen za předpokladu, že polymerní molekuly či jejich části difundují z adheziva do substrátu nebo navzájem mezi sebou, a že makromolekuly nebo jejich části mají dostatečnou pohyblivost. Její platnost byla experimentálně potvrzena, přitom byly dokázány některé vztahy mezi pevností adheze a teplotou, tlakem, časem, viskozitou, relativní hmotností polymerů a kompatibilitou adherendů a adheziva. Nelze jí vysvětlit spojování materiálů, které vzájemně nedifundují (např. sklo - kov) Teorie adsorpce Vychází z jevů smáčení, adsorpce a adheze. Na základě tzv. specifické adheze, kterou nastínili již McBain a Hopkins (1925), myšlenku adheze jako výsledku vzájemného působení molekul adherendu a lepidla představili v roce 1963 Sharp a Schonhorn. Podle teorie jsou molekuly adheziva adsorbovány povrchem substrátu (při přiblížení na vzdálenost menší než 0,5 nm) a následně kotveny mezimolekulárních silami (Van Der Waalsovými). Oba druhy molekul musí mít polární funkční skupiny schopné vzájemného působení (Konieczko 1979) Reologická teorie Jedná se o nejnovější příspěvek do diskuze ohledně adheze na rozhraní dvou materiálů. Podle reologické teorie závisí adheze na mechanickofyzikálních a reologických vlastnostech materiálů tvořících lepený spoj. Opírá se o zjištění, že roztržení pravého spoje neprobíhá na jeho rozhraní, ale v jednom či druhém materiálu. Pevnost spoje je mechanickou vlastností materiálů, které tvoří spoj, není tedy dána mezifázovými silami. Každá z teorií objasňuje pouze určité druhy lepení. Z dosavadních debat vyplývá, že lepení je složitý komplexní proces závislý na různých faktorech, které souvisí s chemickými a molekulovými interakcemi mezi adhezivem a adherendem (Butt et al ). Navzdory neshodám v původu adheze, panuje shoda ohledně podmínek, které je třeba dodržet, aby měl výsledný spoj dobré vlastnosti. 11

19 3.5 Zásady pro vytvoření kvalitního lepeného spoje lepidlo musí být při nanášení tekuté (v tekutém, roztaveném nebo plastickém stavu), aby se molekuly adheziva a adherendu dostatečně přiblížily a došlo k adhezi, volná energie (neboli povrchové napětí) lepidla musí být menší než volná energie substrátu, aby jej lepidlo smáčelo - úhel smáčení povrchu lepidlem musí být θ<90, lepidlo se po určitý čas musí udržet v lepené spáře v kapalném skupenství, tehdy dochází k žádoucí orientaci molekul, do procesu se mohou zapojit Van der Waalsovy síly, také může docházet k difůzi v důsledku Brownova pohybu a vzniku vzájemných chemických vazeb, je nutná správná volba lepidla pro daný účel - je potřeba zohlednit namáhání, kterým bude výsledný spoj vystaven (např. volit lepidla dostatečně pružná 7 pro výrobky dynamicky namáhané), volba adekvátní konstrukce spoje (vyhnout se dvojitému lepení, velkým a složitým zakřivením, lepená konstrukce má být tvořena z co nejméně složitých částí), mít znalost vlastností zpracovávaného lepidla a slepovaných materiálů, dbát na úpravu povrchu (povrchová vrstva adherendu nesmí být znečištěná či mastná, povrch nepórovitých substrátů je vhodné zdrsnit či naleptat, tím zvětšit plochu lepení) důsledně dodržovat technologické postupy jak při zpracování jednotlivých lepidel, tak i při přípravě na lepení a během samotného lepení. 7 Lepidla nesmí být pružná příliš - velká pružnost lepených spojů vede k tzv. studeným tokům. 12

20 3.6 Složení lepidel Pojiva představují hlavní funkční složku lepidel. Jsou to adhezní základy zajištující pevnost a odolnost spoje obvykle na bázi makromolekulárních látek v kapalném stavu (tavenina, roztok, disperze). Pojiva jsou zodpovědná za přilnavost (adhezi) vrstev lepidel k podkladu a vnitřní soudržnost vrstev lepidel (Muzikář et al. 2008). Rozpouštědla jsou kapaliny nebo směsi kapalin, které se používají při výrobě lepidel rozpouštěním či zředěním pojiva, slouží k úpravě tokových vlastností lepidlových směsí Plniva jsou jemně mleté látky bez vlastní lepivosti organického 8 či anorganického 9 původu. Zlepšují zpracovatelské vlastnosti a zvyšují plnicí schopnosti lepidla, zamezují vzniku chudého spoje a zabraňují prosakování lepidla dýhou, také snižují vnitřní pnutí ve vytvrzeném spoji. Používají se pro úsporu drahých surovin a ke zlevnění materiálové skladby. Jako plniva slouží např. křída, kaolín, práškové kovy, dřevní moučka, aj. Nastavovadla jsou jemně mleté, bobtnavé organické látky s vlastní lepivostí, které snižují obsah adhezivního základu a zvyšují viskozitu lepidlových směsí, přidávají se také pro snížení ekonomické náročnosti lepících směsí a zlepšení elasticity lepených spojů. Patří sem např. obilná mouka, škrob nebo celulóza (Muzikář et al. 2008). Tvrdidla jsou látky, které katalyticky působí na lepidlo a způsobují zesíťování lepidla a vytvoření pevného lepidlového filmu. Tvrdidla se přidávají obvykle těsně před aplikací v množství 1 4 % nejčastěji ve formě roztoku případně prášku, také mohou být před lepením nanesena na jednu lepenou plochu (Osten 1996). Ředidla upravují tekutost a rozliv lepidla při jeho nanášení (Muzikář et al. 2008). Lepidlová směs může být obohacena přídavnými látkami, jako jsou stabilizátory, barviva, antioxidanty (prostředky proti stárnutí), nadouvadla, hydrofobizační přísady, biocidní prostředky nebo retardéry hoření, takto upravené lepidlové směsi se používají zejména při výrobě aglomerovaných materiálů na bázi dřeva. Lepidla obsahují také složky jako plastifikátory, smáčedla a jiné přísady, které ačkoli primárně slouží pro jiné účely, jako vedlejší efekt ovlivňují smáčivost a přilnavost lepidla (Osten 1996). 8 Organická plniva jsou měkká a neotupují nástroj při následném obrábění spoje. Nevýhodou jejich použití je snižování vodovzdornosti a objemové stálosti filmu. Organickými plnivy jsou např. technická žitná mouka a škrob, tyto mají oblé částice, které dobře rozvádějí vnitřní pnutí, rovněž dřevitá moučka je plnivo organické, tato má ovšem vláknitou strukturou, používá se ke zhuštění lepicí směsi. 9 Anorganická plniva mohou mít strukturu destičkovitou, vláknitou či ostrohrannou. Plniva s destičkovou strukturou (kaolin, slída) negativně ovlivňují mechanické vlastnosti lepeného spoje a zvyšují konzistenci směsi. Vláknitá plniva (azbest, sekaná skleněná vlákna) zvyšují viskozitu lepidla. Plniva ostrohranná (mletý porcelán, vápenec, kovy) umožňují vysoký stupeň naplnění lepidla a mohou zvyšovat tepelnou a elektrickou vodivost filmu. Pro spoje určené k obrábění je vhodné použít měkké plnivo (např. mastek). 13

21 3.7 Vytvrzování lepidel Proces tvorby lepidlového spoje začíná smáčením plochy nosného materiálu adhezivem a končí vytvořením pevného lepeného spoje. V závislosti na typu lepidla existuje několik způsobů, jak se spoj vytváří - základní odlišností je zda v průběhu vytvrzování dochází pouze k fyzikálním reakcím (odpařování, difuze), nebo se zapojují i reakce chemické. Jinak se tvoří film u lepidel rozpustných ve vodě, jinak u lepidel rozpustných v rozpouštědlech, u lepidel bez obsahu vody a rozpouštědel a jinak u lepidel tavných. Zvláštní skupinu tvoří tlakocitlivá lepidla aplikovaná na různých nosičích. Proces vytvrzení zpravidla urychluje teplo (odpaření vody, rozpouštědla a zahájení chemické reakce) a tlak (přiblížení lepidla a lepených ploch k sobě). Výsledná pevnost lepené spáry závisí na kohezi lepidla a na adhezi k substrátu, u porézních materiálů navíc na mechanickém zajištění lepidla v materiálu. Až na výjimky dochází při vytvrzování lepidlové směsi ke změně viskozity (Muzikář et al. 2008) Tvorba lepidlového filmu odpařením disperzního prostředí Týká se lepidel s polymery rozpuštěnými v rozpouštědle. Ke vzniku lepeného spoje dochází odpařením rozpouštědla naneseného na oba slepované materiály a následným vyvinutím lisovacího tlaku na slepované materiály. Před samotným přiložením slepovaných ploch k sobě, je nutno dodržet požadavek na tzv. otevřenou dobu 10. Po odpaření rozpouštědla se makromolekuly rozpuštěného lepidla k sobě přibližují a v lepidle vznikají mezimolekulární síly. Působením lisovacího tlaku dojde k vytlačení vrstvy vzduchu nad lepenými povrchy a nad vrstvami lepidel obou lepených povrchů, zároveň se při lisování obou lepených dílů spojují tvárné makromolekuly obou vrstev lepidla adhezními a koheznímu silami. Lisovací tlak přispívá ke zvýšení adhezních sil mezi vrstvou lepidla a povrchy adherendu a nárůstu kohezních sil v lepidlovém filmu Tvorba lepidlového filmu chemickou reakcí polymeru a tvrdidla K vytvrzení dochází chemickou reakcí mezi dvěma složkami - polymerem a tvrdidlem, které se do adheziva přidává těsně před aplikací. Po smísení obou komponent dojde k chemickým reakcím za vzniku nových chemických příčných vazeb, vzroste vnitřní soudržnost (kohezní síly) a dojde ke změně skupenství z kapalného na pevné. 10 Otevřená doba - časový interval od okamžiku nánosu lepidla na povrch lepených dílců do doby, kdy je nanesené lepidlo schopné ještě dobrého zakotvení do druhého adherendu (podklad) za vzniku kvalitního spoje. Přímo závisí na velikosti nánosu, teplotě, savosti a absolutní vlhkosti adherendů (Osten 1996). 14

22 3.7.3 Tvorba lepidlového filmu odpařením vody Ve vodou ředitelném (dále VŘ) disperzním lepidle dochází k vytvoření lepidlového spoje vlivem koalescence. Molekuly pojiva jsou zde volně rozptýleny v disperzním prostředí (vodě). Po nanesení lepidla na jeden lepený poklad se voda odpařuje nebo oddifundovává do porézního nosného materiálu, díky tomu disperze již vzájemně neodděluje vrstva vody, částice se dotýkají a dochází k jejich prolnutí, lepidlo gelovatí a vytváří se souvislý lepidlový film (Beran 1996). Ve vrstvě lepidlového filmu vznikají kohezní sily, mezi lepidlem a povrchem adhezní. Současně vzrůstají i síly mechanické zatečením a následným vytvrdnutím lepidla v pórech adherendu. Podmínkou pro použití VŘ lepidla je poréznost alespoň jednoho lepeného podkladu. Vlhkost lepeného podkladu při tvorbě lepeného spoje má být %. Působením vody a vlhkosti lepidlový spoj bobtná, čímž se zmenšuje pevnost spoje. Není také vhodné spojovat spolu materiály s rozdílným obsahem vlhkosti Tvorba lepidlového filmu tavných lepidel Tavné lepidlo je směs termoplastických hmot a přísad, které za normálních podmínek nejsou lepivé. Zahřátím nad teplotu tání dochází ke změně skupenství, díky tomu má lepidlo vyhovující tekutost a adhezi k lepeným materiálům. Teplota taveniny se pohybuje od C. Roztavené lepidlo se nanese na jeden z adherendů, druhá lepená plocha se k němu okamžitě přitlačí a tlakem po dobu několika sekund se zalisuje. Při poklesu teploty taveniny okamžitě dochází k zatuhnutí. Tavná lepidla neobsahují rozpouštědla ani vodu, ale tvoří je 100 % sušiny, díky tomu při vytvrzování žádné látky neunikají do lepeného podkladu ani se neuvolňují odpařováním. Nespotřebovaná lepidla lze znovu použít. 15

23 3.8 Základní rozdělení lepidel Rozlišení jednotlivých druhů lepidel lze provést na základě mnoha kritérií (báze materiálu, vytvrzovací mechanismus, způsob nanášení lepidla, účel použití, vlastnosti lepeného spoje, aj.), nejběžnější je dělení podle výchozí suroviny, z níž byla adheziva vyrobena (Muzikář et al. 2008). Tab. 1 Rozdělení lepidel Organická přírodní syntetická rostlinná živočišná termoplastická reaktoplastická rozpouštědlová -mouky - škroby - deriváty celulosy - přírodní pryskyřice - rostlinné bílkoviny - aj. - glutinová - kaseinová - albuminová - polyvinylchloridová - polyvinylacetátová - polyakrylátová - polyamidová - etylenvinylacetátová - aj. - močovinoformaldehyd. - melaminoformaldehyd. - epoxidová - fenolformaldehyd. - fenolkresolformaldehyd - rezorcinformaldehyd. - polyesterová - polyuretanová - aj. - roztoková na bázi syntet. kaučuku - disperzní na bázi syntet. kaučuku Anorganická - sádry - cementy - vodní sklo V minulosti byla pro lepení dřeva využívána hlavně přírodní lepidla, v průmyslové výrobě je postupem času nahradila lepidla syntetická, zejména díky jejich lepší tepelné, chemické a biologické odolnosti a také možnosti úprav jejich vlastností dle požadavků na lepený spoj (Eisner et al. 1966). Své využití mají lepidla přírodního původu nadále ve specializovaných řemeslných výrobách (např. výroba replik historického nábytku a uměleckých předmětů, výroba a opravy hudebních nástrojů, restaurátorství). 16

24 3.9 Použití lepidel v nábytkářství Lepidla se uplatňují v procesu výroby dekoračních i konstrukčních materiálů, jako jsou např. dýhové sesazenky, velkoplošné aglomerované materiály na bázi dřeva (DTD, DVD, OSB), velkoplošné materiály z masivu (spárovky, biodesky), překližované desky (překližky, laťovky), lamely, kompozitní materiály, aj., při povrchové úpravě materiálů (dýhování, lepení okrasných fólií, laminace), při úpravě bočních ploch dílců (olepování bočních ploch), a v neposlední řadě také při montáži 11. Prakticky lze lepidla rozlišit podle účelu použití v nábytkářské výrobě následovně: Sesazování Technologie spojování dýh či jiných materiálů (např. fólií) za účelem vytvoření sesazenek požadovaného rozměru či textury. Lepení dekoračních materiálů Vytváření lepených souborů za účelem zvýšení estetické hodnoty a kvality povrchu materiálu nalepením dýhy, fólie či laminátu. Lamelování Lepení vícevrstvých souborů dýh s totožnou orientací. Konstrukční lepení zahrnuje 3 druhy lepení, z nichž právě poslední bod je důležitý s ohledem na problematiku této práce, proto je dále detailněji rozebrán. a) Lepení masivu spojováním se vytváří plošné dílce, hranoly, vlysy požadovaných rozměrů, pevnosti a stabilitě (např. výroba spárovky). b) Lepení konstrukčních prvků vzájemné spojení součástek a dílců do sestav nebo podsestav, uplatňuje se zejména při výrobě rámových konstrukcí. c) Montážní lepení běžné spojování dílců, sestav a podsestav výrobků. Montážní lepení - Současné druhy lepidel a jejich použití Montážním lepením rozumíme vytváření vyšších montážních prvků, sestav a finálních výrobků spojováním pomocí adheziv. Představuje poslední fázi výroby nábytku. Nároky na montážní lepidla se řídí zejména podmínkami prostředí, ve kterém bude finální výrobek používán, ovšem volba závisí také na konstrukčním řešení výrobku a technickém zázemí výrobce (Drápela et al. 1980). Základní požadavky na montážní lepidla jsou: vysoká pevnost spoje, odolnost střídavým pnutím, jednoduchá aplikace a vysoká rychlost vytvrzování, důležitým faktorem je také cena. Mezi používané druhy lepidel, které se v současnosti uplatňují při montážním lepení, patří zejména lepidla: polyvinylacetátová (PVAC) a polyuretanová (PUR), méně již močovinoformaldehydová (UF), případně lepidla tavná. 11 Pro účely této diplomové práce je relevantní montážní lepení, proto se dále budeme zabývat pouze lepidly používanými k tomuto typu lepení. 17

25 Polyvinylacetátová lepidla (PVAC) patří v dřevařském a nábytkářském průmyslu mezi hojně užívané pomocné materiály. Jedná se o disperze drobných 12 částic polyvinylacetátu v disperzním prostředí. Připravují se z kyseliny octové a acetylenu za spolupůsobení rtuťnatých solí tzv. emulzní polymerizací vinylacetátu. Díky polárnímu charakteru se vyznačují dobrou afinitou ke dřevu, poskytují velmi pevné bezbarvé elastické spoje s dobrou smykovou pevností, které nepodléhají stárnutí a jsou odolné plísním. PVAC lepidla nezpůsobují zbarvování dřeva (nesmí však přijít do styku s železem), dobře se zpracovávají a spoje rychle zrají. Jsou to kapalná lepidla mléčné barvy, která se nacházejí ve stavu okamžitého použití. Obejdou se bez přídavků dalších přísad, nicméně lze je doplnit o plastifikátory (obvykle diisobutylftalát), které zvyšují pružnost spojů, případně je lze ředit vodou do cca 3 % (vyžadují-li to technologické podmínky)(trávník 2005). Vytvrzování může probíhat dvěma mechanismy: a) fyzikálně - u PVAC disperzí dochází k úniku disperzního prostředí do savého podkladu, částice disperze se k sobě přibližují, až dojde ke vzniku souvislého ve vodě nerozpustného filmu; b) zčásti fyzikálně a zčásti chemicky - PVAC disperze vytvrzující reakcí s tvrdidlem. Tvrditelná PVAC lepidla mohou být jedno 13 nebo dvousložková 14, jejich velkou výhodou je odolnost vodě (i horké), ta je ovšem nižší v porovnání s lepidly fenolformaldehydovými. Podmínkou pro použití disperzního lepidla je schopnost alespoň jednoho slepovaného materiálu přijímat vodu z lepidla. Pro vznik kvalitního a souvislého filmu je také potřeba dodržet tzv. minimální filmotvornou teplotu (cca 13 C), pokud je teplota nižší, dochází ke vzniku nepevného bíle zbarveného filmu. Dále je nutno zachovat těsnost lepené spáry - kvůli obsahu sušiny (50-60 %) nemají PVAC lepidla velkou plnicí schopnost, platí tedy, že čím těsněji na sebe lepené plochy přiléhají, tím je výsledná pevnost spoje vyšší (uplatňují se přitažlivé síly specifické adheze). Tloušťka nánosu by neměla přesahovat 0,2 mm, jinak může dojít k poklesu pevnosti spoje. Velikost nánosu závisí na charakteru a kvalitě adherendů, pohybuje se v rozmezí g.m -2 (např. nánosy 100 g.m -2 se užívají při lepení dekoračních fólií). Otevřená doba lepidla při pokojové teplotě je 3-5 minut, lisovací čas minut (opět závisí na charakteru spoje). Lisovací čas lze podstatně zkrátit (na 3-5 minut) předehřátím jedné z ploch 12 o velikosti 1,0-1 μm 13 Tvrdidlo je součástí základní báze lepidla. 14 Tvrdidlo se do lepicí směsi přidává těsně před samotným použitím. 18

26 na teplotu C, na takto připravenou plochu se přikládá neohřátý dílec opatřený nánosem lepicí směsi. Po 2-4 hodinách je dosaženo dostatečné pevnosti pro další opracování. Lisovací tlak se řídí konstrukcí spoje, způsobem lepení, druhem a stavem dřeva a závisí také na teplotě a požadavcích kladených na spoj. Na výsledný spoj má významný vliv vlhkost spojovaných materiálů, ta by měla být přibližně stejná u obou adherendů (u dřeva 8 ± 2 %). S vyšší vlhkostí se prodlužuje čas potřebný k vytvrzení a klesá pevnost spoje, naopak nižší vlhkost způsobuje rychlé vstřebávání do podkladu a brání vzniku souvislého filmu (Trávník 2005). Polyuretanová lepidla (PUR) se připravují polyadicí vícefunkčních izokyanátů a vícesytných alkoholů za vzniku uretanů. Vyznačují se řadou velmi dobrých vlastností: dobrá zpracovatelnost i za nízkých teplot, odolnost dynamickému namáhání, odolnost proti působení tepla a vlhkosti, vysoká pevnost, pružnost, možnost spojování různých materiálů (kov, pryž, plast). Vyrábí se buď jako lepidla jednosložková (k vytvrzení využívají vzdušnou vlhkost) nebo jako dvousložková. Využití nacházejí v exteriéru, většímu rozšíření PUR lepidel ovšem brání vysoká cena (Muzikář et al. 2008). Močovinoformaldehydová lepidla (UF) - jedná se o dvousložková reaktivní lepidla - vytvrzují chemickou reakcí pryskyřice s tvrdidlem. Vytváří křehký bezbarvý spoj neodolný vlhkosti. Málo odolávají střídavému pnutí, je proto dobré mísit je v poměru 2:1 s lepidly na bázi polyvinylacetátů. K omezení vsakování do podkladu se obohacují plnivy (technické nebo dřevní mouky, bramborový škrob), výhodou je jejich nízká cena. Uplatňují se při lepení překližek a laťovek, třískových a pazdeřových desek, dýhování a nezastupitelné jsou při výrobě aglomerovaných materiálů (Muzikář et al. 2008). Tavná montážní lepidla - Jedná se o bezrozpouštědlové termoplasty na bázi etylenvinylacetátu (EVA), polyamidu (PA), polyolefinu (PO) nebo polyuretanu (PUR). Aplikují se ve formě taveniny při teplotě v rozmezí C. Vyznačují se velmi krátkou vytvrzovací dobou (několik sekund), což značně zvyšuje produktivitu práce. Vytvrzení spoje probíhá fyzikálně, pouhým zchlazením, změna skupenství je tedy reverzibilní. Této vlastnosti se hojně využívá pro výrobu tzv. nažehlovacích hran. Nevýhodou je malá odolnost vodě a vysokým teplotám (nad 100 C). V nábytkářství se uplatňují zejména k olepování bočních ploch dílců, lze je také využít pro pomocné montážní spoje dřevěných materiálů a pro softforming (Tout 2000). 19

27 3.10 Stolový nábytek Stolovým nábytkem se rozumí nábytek tvořený pracovní deskou na zvýšeném podnoží, které zajišťuje pevnost a tuhost výrobku (ČSN Nábytek - Názvosloví, 2005). Stolový nábytek patří k základním nábytkovým předmětům téměř v každém interiéru. V závislosti na konstrukci, velikosti a umístění plní celou řadu funkcí, ať už jako místo pro stolování (jídelní stoly), přípravu jídla, setkávání (jednací, konferenční stoly), odkládání (stolky konzolové, odkládací, přístavné) či jako prostor k výkonu speciálních činností (stoly rýsovací, laboratorní, hrací, aj). Mohou sloužit jak při samotném pracovním úkonu, tak jen při dočasném odkládání či dlouhodobém umístění předmětů. Dva důležité parametry stolů jsou velikost stolové desky a její výška nad podlahou. Rozměry stolu by měly respektovat ergonomii lidského těla a umožnit vhodné používání předmětů, pohodlné držení těla při práci a také by měly odpovídat způsobu práce a požadavkům činnosti u stolu vykonávané. Rozměr stolové desky je určen účelem použití stolu, výška desky nad zemí je zase dána polohou, kterou člověk při používání stolu zaujímá a řídí se také druhem a rozměry sedadla. Na správnou funkci stolu mají vliv nejen výše zmíněné parametry, ale důležitá je stabilita a tuhost celé konstrukce. Mezi faktory, které zásadním způsobem ovlivňují tuhost a z dlouhodobého hlediska tedy i životnost stolu, patří jak vhodné rozměrové dimenzování s ohledem na použitý materiál, tak způsob provedení konstrukčních spojů. Podle účelu užití musí stolový nábytek splňovat nejrůznější kriteria: - stabilita a rovinnost pracovní plochy - platí pro všechny stoly bez výjimky, - matnost a hladkost plochy - týká se pracovních stolů a stolů pro vzdělávací instituce, - zdravotní nezávadnost, dostatečný rozměr, snadná čistitelnost a odolnost - vztahuje se na dětský stolový nábytek a pracovní kuchyňské desky. Další požadavky na nábytek jsou specifikovány v technických normách a příslušných legislativních dokumentech. 20

28 3.11 Právní předpisy a normy Výrobky uváděné na trh nebo do oběhu musí být pro spotřebitele bezpečné dle zákona o obecné bezpečnosti výrobku č. 102/2001 Sb. ( 1). Z tohoto důvodu musí nábytek splňovat požadavky dle obecně platných předpisů řešících bezpečnost výrobku, a to jednak na úrovni právních předpisů Evropské unie 15, tak na úrovni předpisů země, v níž je nábytek vyroben a rovněž musí vyhovovat legislativě země, v níž je prodáván. Konkrétní požadavky kladené na nábytek jsou definovány v technických normách (ISO, EN, národních normách např. ČSN), tyto jsou alespoň v České republice dobrovolné. Dodržování požadavků technických norem je nicméně doporučeno, protože bezpečnost výrobku je (dle zákona č. 102/2001 Sb.) posuzována právě podle technických norem. V současnosti platné normy uvádí názvosloví nábytku, definují rozměrové, technické a funkční požadavky konstrukce a stanovují zkoušení stolového nábytku z pohledu funkčních charakteristik i požadavků na povrchovou úpravu a emise těkavých látek. Zkoušky mechanických vlastností se soustřeďují zejména na ověření stability, pevnosti, mechanické odolnosti a trvanlivosti (houževnatosti). Metodika zkoušení pevnosti lepených spojů nábytku řeší zkoušení lepeného spoje z hlediska pevnosti lepidla, adheze, koheze a pevnosti spojovaných materiálů, z hlediska rázové pevnosti a z hlediska houževnatosti při cyklickém namáhání (Hlavatý 2010). Ve stávajících normách platných v Evropské unii nejsou zapracovány požadavky ani metodika postupů k ověření vlastností nábytku ovlivněných změnami klimatických podmínek. V ČR platná norma ČSN Nábytek - Zkouška odolnosti proti změnám klimatických podmínek stanovuje pouze zkoušení po uložení v odlišných vlhkostních podmínkách, vlivem teploty se nezabývá. Účinky tepla a vlhkosti jsou spíš jen okrajově ověřovány při zkouškách nových laků a lepidel a jejich vztahu k použití v kuchyňském nábytku a na povrchově namáhaných plochách (Hlavatý 2010). Vybrané normy a zákony související s řešenou problematikou (stolový nábytek) shrnují tabulky uvedené v příloze této práce (Tab. P1 - P5) např. Směrnice Rady 1992/ / 95 EC o obecné bezpečnosti výrobků, Směrnice Rady č. 89/106/EHS (hygiena, zdraví a životní prostředí), Nařízení evropského parlamentu a rady (EU) č. 305/2011 ze dne 9. března 2011 (účinnost od ) a Směrnice Evropského parlamentu a Rady 1999/44/ES o určitých aspektech prodeje spotřebního zboží a záruk na spotřební zboží (Vaniš 2008). 16 Technické normy jsou dokumentované dohody, obsahující technické specifikace nebo jiná určující kritéria používaná jako pravidla, směrnice, pokyny či definice charakteristik k zajištění toho, že materiály, výrobky, postupy a služby vyhovují danému účelu a jsou bezpečné (Zejda 2007). 21