Технология склеивания изделий из композиционных материалов - Зульфия Сафина

8. Некоторые конструкции более экономично изготавливать, используя другие методы сборки, особенно в тех случаях, когда для этих целей имеется необходимое оборудование [5].

5. Общие требования к клеям

В зависимости от вида склеиваемых материалов и условий эксплуатации к клеям предъявляются различные требования, но некоторые требования общие для всех клеев.

Ко всем клеевым соединениям предъявляются требования равнопрочности (равенства прочности клеевой прослойки и склеиваемых материалов), монолитности (соединенные клеем элементы должны быть единым монолитным элементом), долговечности и надежности. Долговечность и надежность клеевого соединения зависят от устойчивости адгезионных связей, вида клея и его качества, качества обработки склеиваемых поверхностей, технологии склеивания, условий эксплуатации.

Клеевой шов должен обеспечивать прочность соединения, не уступающую прочности соединяемых материалов на скалывание.

В зависимости от условий эксплуатации к клеям могут предъявляться требования водостойкости (сохранения прочности при воздействии влаги), теплостойкости (сохранения прочности при воздействии повышенных температур) и биостойкости (стойкости против гниения).

6. Классификация клеев

Клеи классифицируют по следующим основным признакам: по клеевой основе, по термическим свойствам основы, по консистенции, по назначению и т.д. [6]. Полная классификация клеев приведена на рис. 3.

По природе клеевой основы клеи разделяются на органические и неорганические. Первые в свою очередь могут быть природные: животного или растительного происхождения. Исходными материалами для клеев животного происхождения являются: ткани, кости, кровь и молоко животных. Из указанного сырья получают клеи глютиновые, казеиновые, альбуминовые. Сырьем для клеев растительного происхождения являются: белок семян бобовых растений, крахмал, природные смолы, каучук, декстрин. синтетические, полученные химическими методами – поликонденсацией, полимеризацией или реакциями в цепях полимеров.

Если основа клеев неорганическая, например цемент, гипс, растворимое стекло, то такие клеи называются неорганическими. Смешанные клеи получают при одновременном использовании органических и неорганических связующих. Например, клей, содержащий мочевиноформальдегидный олигомер и растворимое стекло, является смешанным.

Синтетические клеи – клеи, полученные химическими методами: поликонденсацией, полимеризацией или реакциями в цепях полимеров. Для изготовления клеев на основе синтетических полимеров используются синтетические каучуки и смолы.

Рис. 3. Классификация клеев

По термическим свойствам основы клеи подразделяются на термореактивные и термопластичные.

Термореактивные клеи – клеи на основе немодифицированных и модифицированных фенол-формальдегидных, полиэфирных, эпоксидных смол и т.д. Общим для этой группы является то, что отверждение клея происходит за счет процессов поликонденсации и полимеризации. Оно может сопровождаться усадкой и повышением хрупкости смолы. Во избежание этого в клеи на основе термореактивных смол вводят наполнители.

Термореактивные клеи могут быть однокомпонентными. Они образуют клеевой шов при отверждении под действием повышенных температур. Двух- или много компонентные термореактивные клеи отверждаются под действием катализатора или отвердителя при нормальной или повышенной температуре.

Как известно, термореактивные смолы в результате химических реакций отверждаются, превращаются в трехмерные сшитые твердые вещества. При нагревании они не плавятся, в растворителях не растворяются, а при перегревании разлагаются. К таким смолам относятся эпоксидные, полиэфирные, фенолоформальдегидные, мочевиноформаль-дегидные, полиуретановые, кремнийорганические и др. Они обладают невысокой молекулярной массой (200-6000), и поэтому их называют олигомерами.

Повышения эластичности термореактивных смол достигают совмещением их с термопластами или эластомерами, а теплостойкости – введением минеральных наполнителей. Отверждение может происходить без нагрева и с нагревом. В последнем случае клеевые соединения приобретают большую прочность и теплостойкость.

Клеи на основе термореактивных смол применяют для соединения деталей, работающих в нагруженных конструкциях из металла и неметаллических материалов.

К группе термопластичных клеев относятся композиции на основе полиэтилена, поливинилхлорида, полистирола, полиамидов, полиметилметакрилата и др. Эти клеи обладают хорошей эластичностью,но невысокими прочностными показателями и низкой теплостойкостью, что ограничивает область их применения. Обычно клеи на основе термополастов применяют для склеивания ненагруженных деталей из неметаллических материалов.

Термопластичные клеи могут быть в виде раствора. Они образуют клеевую пленку вследствие выделения из раствора воды или растворителей. Тормопластичные клеи в виде дисперсий становятся твердыми вследствие всасывания воды в подложку. К термопластичным относят также клеи-расплавы, которые склеивают после охлаждения склеиваемых друг с другом деталей до температуры ниже температуры размягчения клея.

Клеи на основе термопластичных полимеров, как правило, имеют большую молекулярную массу (выше 10000), при нагревании размягчаются, становятся вязкотекучими, а при охлаждении переходят в твердое состояние практически без изменения первоначальных свойств.

По условиям склеивания клеи делят на контактные (склеивание идет без давления) и липкие (склеивание происходит под давлением мгновенно).

Контактными клеями являются, как правило, все клеи, содержащие легколетучие растворители. В качестве растворителей обычно используются наименее токсичные легколетучие вещества: легкие углеводороды, циклогексан, метилэтилкетон, ацетон, ксилол, эфиры, хлорированные углеводороды. После нанесения клея на одну или обе поверхности и непродолжительного подсушивания происходит склеивание.

По характеру склеивания клеи и клеевые соединения делятся на обратимые и необратимые по отношению клеевого шва к нагреванию, воздействию воды или органических растворителей.

Некоторые из необратимых синтетических клеев не требуют для отверждения обязательного нагрева, а потому их подразделяют на клеи холодного (от 0 до 25 °C), умеренного (от 25 до 100 °C) и горячего (от 100 до 250 °C) отверждения. При этом в каждую группу могут попасть как термореактивные, так и клеи на основе термопластичных полимеров и эластомеров.

Полезной с практической точки зрения является классификация клеящих материалов по водостойкости клеевого соединения на высоководоупорные (клеевой шов выдерживает кипячение в воде), водоупорные (клеевой шов выдерживает пребывание в воде комнатной температуры) и неводоупорные (клеевой шов разрушается под воздействием воды). К высоководоупорным и водоупорным относятся почти все синтетические клеи, к ограниченно водоупорным – казеиновые клеи, а совершенно неводостойким – глютиновые клеи.

По консистенции клеящие материалы подразделяют на твердые (в виде плиток, чешуек, порошков, пленок и т.д.), растворные, дисперсионные, капсулированные и расплавы.

Растворные клеи представляют собой раствор какого-либо полимера в воде (водорастворимые) или органическом растворителе. Растворные клеи на воде имеют основу животного (костный клей), искусственного (метиловый, КМЦ-клей), синтетического (поливиниловый спирт, меламиноальдегидный клей) или неорганического (силикатный клей) происхождения. Такие клеи наиболее экологичны. Клеи на органическом растворителе имеют основу синтетической природы (раствор синтетического каучука в цианакрилате). Время их схватывания на порядок меньше, чем водорастворимых клеев, но испарение растворителя ухудшает их экологические свойства.

Дисперсионные (ПВА) клеи представляют собой дисперсию полимера в воде, в которую для усиления прочности склеивания могут добавляться водорастворимые полимеры с высокой адгезией – поливиниловый спирт, производные целлюлозы. Вода позволяет с успехом использовать такие клеи для склеивания пористых гигроскопичных поверхностей. К их недостаткам можно отнести длительное время схватывания и низкую микробиологическую стойкость клеевого шва (можно повысить введением фунгицидов).

Капсулированные клеи находятся в капсулах, чтобы предотвратить их преждевременное отверждение.

Расплавы – это термопластичные клеи, которые становятся текучими при повышенной температуре и остаются твердыми при комнатной. Термоплавкие клеи представляют собой твердые гранулы полимеров обычно в виде шариков или карандашей. Полимерным карандашом заряжается специальное приспособление – термопистолет, который подключается к электросети. Расплавленный полимер наносится на приклеиваемую поверхность точечным методом. Если клей изготовлен в виде шариков, то их помещают между склеиваемыми поверхностями, и одна из них нагревается до расплавления шариков.