Liimausprosessi

Liimaustekniikka
Kaikissa liimaustapahtumissa on erotettavissa yhteisiä työvaiheita. Seuraavasta liimauksen työnkulkukaaviosta ilmenevät liimaustekniikassa varsin merkitykselliset liimauksen vaiheiden väliset ajat. Vaiheita ovat

• liiman valmistus ja sekoitus

• liiman levitys

• liimattavien kappaleiden saattaminen riittävän lähelle toisiaan käyttäen puristuspainetta

• liimaussauman kovettuminen puristuksen alaisena, jolloin kovettumista nopeutetaan saumaa lämmittämällä

• lopullisen sauman lujuuden saavuttaminen.
   

Liima sekoitetaan ja siirretään liimaukseen. Liima levitetään liimattaville kappaleille ja ladotaan puristettavaksi aihioksi. Aikaa liimanlevityksen aloittamisesta latomuksen valmistumiseen kutsutaan avoimeksi ladonta-ajaksi. Latomuksen odotusaikaa ennen siirtoa puristukseen nimitetään suljetuksi ladonta-ajaksi.

Ladotut aihiot puristetaan joko kylmässä tai lämmitetyssä puristimessa. Yleensä puristin avataan ennen kuin sauma on lopullisesti kovettunut. Näiden tapahtumien välillä on jälkikovettumisaika, joka eräillä liimatyypeillä saattaa olla vuorokausienkin mittainen. Seuraavassa kuvassa tarkastellaan liimaukseen vaikuttavia sauman sisäisiä ja ulkoisia tekijöitä.
 

Liimauksen valvontakohteista tärkeimpiä ovat seuraavat:

• puuaines: fysikaaliset ominaisuudet, puulaji ja puun kosteus

• pinnan laatu: puuaineksen sileys ja kappaleiden tasapaksuus, pinnan ikä ja pinnan epäpuhtaudet

• liimaseos: raaka-aineiden ominaisuudet, liimaseoksen ominaisuudet, viskositeetti, pH, käyttöikäkovettumis- ja geelautumisaika sekä haitallisten aineiden määrä

• tuotantovaiheet: liiman levitys, avoin ja suljettu liimausaika, puristuslämpötila, -paine ja aika

• valmiin liimasauman ominaisuudet: lujuusominaisuudet eri testiolosuhteissa sekä kestävyysominaisuudet eri testiolosuhteissa.

Suomessa yleisimmät puulajit mänty, kuusi ja koivu ovat suhteellisen helposti liimattavia. Sen sijaan useiden trooppisten puiden liimaus saattaa olla hankalaa. Liimauksessa on aina otettava huomioon puuaineksen laatu. Vaikuttavista tekijöistä tärkeimpiä on puutavaran kosteus. Vanerin valmistuksessa kuivaus tapahtuu työstön jälkeen, mutta sahatavaralla ennen työstöä. Molemmissa tapauksissa on aineksen kosteutta valvottava.

Valmiita liimoja tai raaka-aineita vastaanotettaessa on tehtävä tarkastus, jolloin tuotteesta tutkitaan tärkeimmät liimaukseen vaikuttavat ominaisuudet. Valmiita tuotteita ovat yleensä PVAc- ja kontaktiliimat, joten niistä voidaan tehdä suoraan liimauskokeet. Täyte-, jatkos- ja koveteaineiden vastaanottotarkastusta ei myöskään saa lyödä laimin. Sekoitetun liiman ominaisuuksia on tarkkailtava ja valvottava riittävästi.

Liimauksen työvaiheessa ensimmäisenä valvonnan kohteena on liiman levitys. Levitysmäärän on oltava määrätyissä rajoissa. Teloilla levitettäessä on levityksen oltava tasainen ja yhtä suuri kappaleen molemmilla puolilla. Levityksen jälkeen on valvottava, että tuotannon kulku pysyy muuttumattomana. Avoin ja suljettu liimausaika sekä puristustyöskentelyn ajat on pidettävä vakioina. Laadunvalvonnan piiriin kuuluu myös liiman sekoitus, levitys ja puristinlaitteiden kunnon tarkkailu.

Valmistusvaiheiden valvonnalla saavutetaan määrätyllä todennäköisyydellä vaatimukset täyttävä liimaus. Jos kyseessä on mutkikkaampi rakenne, ei saumojen tutkiminen muulla tavoin kuin rikkomalla ole mahdollista.

 

Liimausvirheet
Puu on liimattavana aineena varsin epähomogeenista ja lisäksi liimausominaisuudet riippuvat suuresti puulajista, kosteudesta ja pinnan laadusta. Virheliimauksia tapahtuukin syistä, joita liiman valmistaja ja käyttäjä eivät täysin voi valvoa. Liimausvirheet jaetaan kolmeen ryhmään:

• Puusta johtuvat virheet aiheutuvat yleensä puun yllättävistä ominaisuuksista, kuten yksittäisten kappaleiden tilavuuspainoeroista, oksaisuudesta ja kemiallisen koostumuksen, esimerkiksi parkkihappopitoisuuden, vaihtelusta.

• Liimasta johtuvat virheet aiheutuvat etupäässä liiman valmistuksessa esiintyneistä vaihteluista, kuten viskositeetistä.

• Valmistuksen aiheuttamista virheistä ovat yleisimpiä puuaineksen kosteusvaihtelut, sekä levitysmäärän ja liimausaikojen erilaisuus. Puristimen toiminta saattaa aiheuttaa liian pitkiä odotusaikoja ladelmille. Vaarallista on etenkin liian pitkä odotusaika kuumapuristinlevyllä.

Liimausvirheet ovat suurelta osin ehkäistävissä tarkkailemalla tuotantoa valmistusvaiheittain. Liimauksesta aiheutuneita virheitä on useimmiten vaikea korjata, ja tällaiset tuotteet joudutaan yleensä hylkäämään. Liimaus on siten mitä suurimmassa määrin tuotannon taloudellisuuteen vaikuttava tekijä.

Esikovettuminen
Esikovettuminen ilmenee liimasauman kovettumisena ennen puristusta, jolloin toisen liimattavan pinnan kostuminen on vähäistä ja sauman lujuus on heikko. Ilmiön tunnistaa sauman kiiltävästä pinnasta ja liiman vähäisestä imeytymisestä puuhun. Sen yleisin syy on liian pitkä liimausaika, työtilan korkea lämpötila, liian pieni levitys, liian nopea kovete tai liian hidas puristimen sulkeutuminen ja korkea puristuslämpötila. Jos esikovettumista esiintyy sulateliimoilla on, liiman ja puun lämpötila liian alhainen ja syöttönopeus pieni.

Kuivuminen
Etenkin ohuita viiluja liimattaessa on liimasauman kuivuminen varsin yleistä. Ilmiön tunnistaa kerrosten huonosta kostumisesta. Liima ei ole kiinnittynyt puuhun, jolloin sauma on kovettuneen liiman tapainen, kuiva ja kiiltävä. Syynä on liiman liiallinen imeytyminen puuaineeseen tai levitetyssä liimassa olevan kosteuden suoranainen haihtuminen ennen puristusta. Ilmiö saattaa johtua useasta syystä. Liimanlevityksen ja puristuksen välinen aika on liian pitkä, liimanlevitys liian pieni, puukappaleiden ja liiman lämpötila liian korkea tai puristuspaine alhainen.

Imeytyminen
Liimasauman muodostumisen edellytyksenä on, että liima tunkeutuu ja kiinnittyy puuainekseen. Imeytyminen saattaa kuitenkin olla liian voimakasta eikä liima-ainetta jää riittävästi saumaan. Imeytyneen sauman tunnistaa vähäisestä liimamäärästä ja sauman harmaasta väristä. Tavallisimpia virheliimauksen syitä ovat liian suuri puun kosteus, liian pieni liiman kuiva-ainepitoisuus tai liian vähäinen viskositeetti. Kuumapuristettaessa hartsiliimoja imeytyminen aiheutuu liiman viskositeetin voimakkaasta vähenemisestä puristuksen alkuvaiheessa ennen varsinaisen kovettumisen alkua.

Virheen poistamiseksi on puuaineksen oltava kuivaa ja liiman viskositeetin ja kuiva-ainepitoisuuden riittävän korkea.
 

Liimasauma erillisenä kerroksena
Saumassa oleva liima ei ole kiinnittynyt riittävästi kumpaankaan liimattavista puuainespinnoista. Syynä on useimmiten liian alhainen puristuspaine, pintojen epätasaisuus, liian kuiva puu tai liian nopea kovete. Liima saattaa olla myös soveltumaton puulajin liimaukseen. Ilmiö saattaa olla haitallinen etenkin öljyisiä puulajeja liimattaessa.

Liimasauma voi paksuina kerroksina aueta jonkin ajan kuluttua liimauksesta. Syynä on etenkin UF-liimoilla sauman liiallinen paksuus, liiman vähäinen täyttökyky tai liiallinen hauraus. Korkea sulateliimojen lämpötila saattaa myöhemmin aiheuttaa myös sauman aukeamisen. Haurailla liimoilla on saumaa pehmitettävä sopivilla täyteaineilla.

Vaillinaisesti kovettunut liima
Liima voi kovettua vaillinaisesti, vaikka noudatetaankin liiman valmistajan suosituksia ja ohjeita. Syynä ovat useimmiten puuaineksesta johtuvat satunnaiset tekijät, kuten öljyinen puu, joka imee kosteutta saumasta normaalia hitaammin. Kovetteen sekoittuminen saattaa olla vaillinaista tai kovetetta olla liimassa liian vähän. Kovettumislämpötila voi olla alhainen tai puu ja liima ovat liian kylmiä. Liimassa saattaa olla myös vieraita aineita, esimerkiksi UF- ja FF-liimojen sekoittuminen on vaarallista. Hyönteis- ja lahonsuoja-aineet vaikuttavat yleensä kovettumista häiritsevästi, joten suoja-aineita käytettäessä on puristusaikoja syytä pidentää.

Keskeltä ontto liimasauma
Ontot liimasaumat voivat johtua liimattavien kappaleiden paksuusvaihteluiden aiheuttamasta epätasaisesta puristuspaineesta. Puristettaessa yli 100 °C:n lämpötilassa on yleisin syy kuitenkin kosteuden liiallinen höyrystyminen, joka johtuu puuaineksen liiallisesta kosteudesta, liiman tuomasta liiallisesta vesimäärästä, suuresta levityksestä tai vesipitoisesta liimasta. Lyhyt puristusaika ja korkea lämpötila edistävät onttojen levyjen syntymistä.

Ilmiön estämiseksi ei levyn kosteus ennen puristusta saa olla liian korkea. Puuaines on kuivattava riittävästi ja liimauksessa on käytettävä kuiva-ainepitoisia liimoja sekä alhaista puristuslämpötilaa. Haittaa pienennetään yleisesti sopivalla puristuspainediagrammilla alentamalla painetta puristusvaiheen loppupuolella.

Onttojen liimasaumojen havaitseminen on useimmiten verrattain vaikeata. Esimerkiksi vanerilevyissä esiintyvät ”musikantit” ovat tunnistettavissa koputeltaessa kuultavasta erilaisesta äänestään. Tarkastukseen on kehitetty myös levyn liimasaumojen tutkimuslaitteita.

Saumaliimauksen virheet
SSaumaliimaus käsittää puulevyn pinnoituksen ohuilla viiluilla tai muovikalvolla. Pinnoituksessa liimataan yleensä yksi sauma kerrallaan. Ohuilla puuviiluilla on vaikeutena etenkin runsaasti kevätpuuta sisältävillä puulajeilla liiman läpilyönti, joka aiheuttaa värivikaa ja vaikeuttaa pinnan jälkikäsittelyä, lakkausta ja maalausta. Syynä on useimmiten liian kostea viilu, liian vähäinen liiman viskositeetti ja pieni kuiva-ainepitoisuus, liiallinen puristuspaine, liiman hidas kovettuminen tai viilun pinnan huono laatu. Läpilyönnin torjumiseksi on liiman viskositeetin oltava riittävän korkea. Vettä imevien täyteaineiden, kuten puujauhon ja tärkkelyspitoisten jauhojen, käyttö on osoittautunut edulliseksi. Puuaineksen on oltava riittävän kuivaa ja liiman levityksen vähäistä. Avoimen liimausajan pidentäminen on eduksi liiallisen kosteuden haihduttamisessa. Läpilyönti vähentää lisäksi pinnan kostuttamiskykyä, jolloin esimerkiksi lakattaessa PVAc- tai kontaktiliimoilla viilutettua levyä pinnassa saattaa esiintyä harmaita läikkiä. Alkaaliset liima-aineet vaikeuttavat happokovettuvien maalien ja lakkojen kiinnittymistä puuhun.

Läpilyönnin lisäksi on viilutettaessa vaarana pinnan halkeilu. Yleisin syy on viilun liiallinen kosteus, jolloin kuivuminen puristuksessa ja välittömästi sen jälkeen aiheuttaa saumaan ja viiluun jännityksiä. Kosteuden ja lämpötilan muuttuessa jännitykset pyrkivät aiheuttamaan viilun halkeilua. Yli 7 % kosteita viiluja ei kuumapuristettaessa saisi käyttää.

Alkaaliset FF-liimat pyrkivät värjäämään happopitoisia puulajeja, kuten tammea ja mahonkia. Happamet PVAc- ja UF-liimat liuottavat säilytys- ja sekoitusastioista rautaa, joka värjää parkkihappopitoisia puulajeja. Samoin teräksiset puristinlevyt aiheuttavat värittymistä happamen liiman läpilyönnin esiintyessä.

Muodonmuutokset liimauksen jälkeen
Liimatun kappaleen vääntyminen johtuu yleensä rakenteen tasapainottomuudesta tai kosteuden epätasaisesta jakaantumisesta. Tavallisimpia epäsymmetrisiä rakenteita ovat puulevyjen pinnoitteet, joissa ei ole vastakkaisella puolella tasapainottavaa kerrosta. Mikäli tällaisia rakenteita joudutaan esimerkiksi ovien valmistuksessa käyttämään, on liimauksen tapahduttava käyttöolosuhteita vastaavassa tilassa, mieluimmin kylmäpuristuksella. Muutoin kosteuden muuttuessa kappale vääntyilee välittömästi puristuksen jälkeen.

Käytettäessä korkeita puristuslämpötiloja on liimattavan kappaleen osien oltava mahdollisimman lähellä tasapainotilaa. Ohuita levyjä ja sahatavaraa liimattaessa on kappaleet pyrittävä ilmastoimaan käyttöolosuhteita vastaaviksi. Vääntymisen estämiseksi on otettava myös huomioon puun erilaiset ominaisuudet syysuunnissa.
 

Epäedulliset käyttöolosuhteet aiheuttavat myös vääntymistä. Puiset ulko-ovet ja ikkunat sijaitsevat sisäpuoleltaan kuivassa ja lämpimässä tilassa ja ulkopuoleltaan sään vaikutukselle alttiina. Tällaisessa rakenteessa on pyrittävä estämään kosteuden vaikutus tiiviillä lakkauksella tai maalauksella. Epäedullisimmissa tapauksissa on käytettävä aineita, jotka eivät ole alttiita kosteuden vaikutuksille.