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.

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