13.5. Клеевые материалы и соединения

Клеями (адгезивами) называют композиции, применяемые для соединения материалов за счет прочного сцепления между собой их поверхностей и клеевой прослойки. Большинство клеев имеет полимерную органическую основу. В зависимости от вида полимера их разделяют на термопластичные и термореактивные, холодного и горячего отверждения, обычного температурного диапазона применения и термостойкие.

К главным достоинствам склеивания относятся: способность соединять разнородные материалы, стойкость соединения к воздействию окружающей среды, его герметичность. Склеивание отличается простотой технологии и может быть легко механизировано и автоматизировано. Экономическая эффективность применения клеевых соединений зависит главным образом от типа клея, его назначения, отрасли промышленности, в которой он используется, технической оснащенности производства и других факторов.

Основу большинства клеев составляют полимеры. Успехи химии полимеров позволили создать клеи, надежно соединяющие разнообразные конструкционные материалы – металлы, керамику, пластмассы, стекло. В состав клеевой композиции помимо полимеров входят наполнители, пластификаторы, отвердители, растворители и другие добавки целевого назначения. С целью улучшения тех или иных свойств (повышения теплостойкости, вязкости, адгезионной прочности и др.) в качестве основы клея могут быть использованы два или более полимера.

Наибольшее практическое применение получили синтетические клеи обычного температурного диапазона использования (до 100°С) на основе эпоксидных, фенолоальдегидных и полиуретановых смол. Клеи с термостойкостью до 130…160°С получают на основе эпоксидных смол, модифицированных фурановыми соединениями. К группе синтетических клеев с термостойкостью до 500°С относятся композиции на основе фенольных смол и кремнийорганических соединений.

Качество и работоспособность любого клеевого соединения зависит главным образом от того, насколько правильно выбран клей, какие он имеет свойства и насколько правильно выбрана и выдержана технология склеивания.

Технологический процесс склеивания состоит из нескольких операций, основными из которых являются подготовка поверхности под склеивание, приготовление и нанесение клея на склеиваемые поверхности и отверждение клея. Склеиваемые поверхности должны быть тщательно подготовлены, клей должен их хорошо смачивать, иметь оптимальную толщину в клеевом соединении и быть отвержден по оптимальному для него режиму.

В большинстве случаев подготовка поверхностей заключается в очистке их от загрязнений, обезжиривании и придании им необходимой шероховатости. Идеальной можно считать такую подготовку поверхности, при которой наблюдается когезионное (по клею) разрушение клеевых соединений. В практике склеивания применяются различные механические, химические и физико-химические способы обработки поверхности, существенно повышающей прочность склеивания.

Качество клеевого шва в значительной степени зависит от приемов нанесения клея. При нанесении клея на поверхность необходимо следить, чтобы слой клея был равномерным и строго определенной толщины. Оптимальной следует считать толщину 0,1…0,2 мм. Выбор способа нанесения клея определяется его вязкостью.

Клеи могут быть жидкими, пастообразными или в виде клеящейся пленки. Наиболее рациональны клеящие пленки или липкие ленты, не требующие изменения толщины клеевого слоя. Для нанесения пастообразных клеев чаще всего используют шпатели, низковязких – кисти или щетки. Низковязкие клеи можно наносить и валиком. Хорошие результаты получаются при нанесении клея с помощью пульверизатора.

Для достижения заданной прочности клеевых соединений практически для всех типов клеев необходимо отверждение. Технология склеивания предусматривает также стадию выдержки после нанесения клея с целью удаления летучих компонентов. Параметрами отверждения являются давление склеивания, температура и продолжительность. Температура отверждения для различных клеев колеблется в очень широких пределах: от комнатной до 300°С. Повышение этой температуры сокращает продолжительность отверждения, увеличивает прочность клеевых соединений, однако одновременно снижает эластичность клеевой прослойки.

Для нагрева применяют обычные электрические печи, а также ультрафиолетовые, электронные, лазерные и рентгеновские лучи, ультразвук, нагрев с помощью микроволн, высокочастотные колебания и др. При выборе способа отверждения необходимо учитывать экономическую целесообразность применения каждого конкретного способа нагрева.

Важным параметром технологического процесса склеивания является давление. При использовании пленочных клеев, например, давление должно быть в пределах от 0,3 до 1,4 МПа. Для обеспечения давления в процессе формирования клеевых швов могут быть использованы различные грузы, гидравлические прессы, гидравлические и вакуумные мешки и другие способы.

При выборе типа клея необходимо учитывать природу склеиваемых материалов, условия работы клеевых конструкций (продолжительность эксплуатаций, рабочие температуры, характер нагрузок и др.), стоимость клея, санитарно-гигиенические условия его применения, горючесть и т.п.

Необходимо иметь ввиду и тот факт, что в любом случае при эксплуатации клеевых соединений происходит постепенное ухудшение их свойств и разрушение адгезионных связей в результате температурных и атмосферных воздействий, нагрузки, влаги и других факторов. Поэтому для оценки работоспособности клеевых конструкций необходимы их испытания с учетом воздействия всех эксплуатационных факторов.

В последние годы интенсивно разрабатываются неорганические клеи с термостойкостью до 3000°С на основе оксидов магния, алюминия, кремния и щелочных металлов. Они служат для склеивания керамических, металлических изделий, деталей из графита, кварца и других термостойких материалов. Используются эти клеи в авиационной, космической и электронной промышленности. Однако в обычном температурном диапазоне эксплуатации изделий прочность этих клеев пока несколько ниже прочности рассмотренных выше синтетических клеев на основе полимеров.

Вопросы для самопроверки.

1. Дать определение полимерам как конструкционным материалам.
2. Назовите основные признаки, по которым можно классифицировать полимерные материалы.
3. Как влияет структура полимеров на их свойства?
4. В чем различие терминов «полимерный материал» и «пластическая масса»?
5. Приведите примеры некоторых видов органических полимеров и наиболее известные области использования.
6. Назовите состав композиционных материалов на основе полимеров.
7. Какими способами можно переработать полимерные материалы в готовые изделия. В чём состоит сущность этих способов?
8. Назовите области применения высокоэластичных материалов на основе каучуков.
9. Какие компоненты входят в состав резиновых материалов, каково их назначение?
10. Какой основной процесс протекает при вулканизации каучука в его молекулярной структуре?
11. С помощью какой добавки можно превратить каучук в эбонит?.
12. Назовите основные компоненты лакокрасочных материалов. Какова роль этих компонентов?
13. Назовите основные виды лакокрасочных материалов и наиболее известные области их использования.
14. Каковы основные требования, предъявляемые к клеям?
15. Назовите факторы, влияющие на прочность клеевого соединения.

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008

на главную