Сфера применения операции склеивания в современном производстве

ВВЕДЕНИЕ

Краткий экскурс в историю

Техникой склеивания человек стал пользоваться еще с первобытных времен. Наблюдения и навыки древних людей позволяли им выделять клеящие составы из растительного и животного материала, которые до сих пор широко используются при работе с пористыми материалами, например, бумагой. В 17 веке производство клеев было поставлено на промышленную основу. Были построены первые заводы, вырабатывающие клей из костей, мездры и отходов рыбного промысла. В начале 20 века начали производство казеинового (на основе молочного белка) клея. Недостатки клеев животного происхождения заключались в ограниченной стойкости к действию влаги и в достаточно быстром грибковом заражении. Это стало важным стимулом для создания новых клеев, основой которых являлись синтетические смолы и другие искусственные материалы.

Быстрое развитие этой отрасли началось в 30-е годы. Фенолоформальдегидные смолы явились первыми синтетическими смолами, сыгравшими важную роль в технике склеивания. Первоначально их использовали для дерева и фанеры. Затем требования, связанные с необходимостью создания клеев для соединения металлов, привели к разработке модифицированных композиций на основе фенольных смол, содержащих в своем составе синтетический каучук, позволяющий снизить угрозу расслоения клеевых соединений. В 50-е годы в качестве основы клея были предложены эпоксидные смолы, что дало возможность исключить растворитель из состава клея. Затем начали применяться клеи на основе полиуретановых, акрилатных (в том числе цианакрилатных) смол, появились мономерные, водорастворимые и другие клеи [1].

Сфера применения операции склеивания в современном производстве

В настоящее время сфера применения клеев обширна и разнообразна. Они находят применение в промышленных процессах, где используются в больших количествах, и в таких сборочных процессах, где требуется лишь небольшое количество клея. Переработка бумаги, упаковка, деревообрабатывающая промышленность все еще являются главными потребителями клеев, но в то же время возросло их применение в строительстве, на транспорте, в наружной рекламе. В последние десятилетия было разработано много новых синтетических смол, послуживших основой для создания более простых, эластичных и долговечных клеев, соединяющих самые разнообразные материалы. Разработка новых клеев сопровождается и совершенствованием оборудования и технологии склеивания.

Склеивание как составная часть технологического процесса

Потребительские свойства клеев

3.1Общие требования к клеевым соединениям

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).

Классификация клеев

Клеи классифицируют по следующим основным признакам: по клеевой основе, по термическим свойствам основы, по консистенции, по назначению и т.д..

 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.

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.

Растворные и дисперсионные клеи могут быть густыми, средними, жидкими. Густые клеи выпускаются в тубах и имеют более длительное время высыхания. Средние клеи выпускаются во флаконах, снабженных аппликатором – кисточкой, закрепленной в пробке. Жидкие клеи выпускаются в полимерных флаконах с аппликатором – тонкой стальной иглой.

По степени готовности клеи бывают однокомпонентными и многокомпонентными. В первом случае они производятся на предприятиях и поступают в продажу в готовом виде. Многокомпонентные клеи (например, эпоксидный) готовят на месте потребления из составных частей.

По назначению бытовые клеи подразделяются на хозяйственные, специальные, канцелярские и универсальные (полууниверсальные).

На практике используются классификации по области применения клеев (например, обувные, мебельные, строительные, этикеточные), по специфическим признакам (например, по типам нагрузки, испытываемой клеевыми соединениями при эксплуатации).

 

 

Заключение.

Подводя итоги своего исследования хотелось бы отметить следующее: склеивание деталей и изделий как технологическая операция незаменима не только на производстве, но и в быту. Дома тоже без клея зачастую как без рук. Отремонтировать мебель, подклеить обои, изготовить своими руками красивый подарок или сувенир и т.д.. Исследованные мною образцы позволяют полностью удовлетворить потребности покупателя как при проведении ремонтных работ в быту, так и при выполнении других задач. Да и не только в быту, некоторые мастерские, изготавливающие мебель и другие бытовые изделия с успехом используют в производстве образцы которые я исследовала (только объемы использования не ограничиваются емкостями по 0,25-0,5 л).

 

6.Приложения:

6.1Список используемой литературы;

1.ГОСТ 7.32-2017 Отчет о научно-исследовательской работе структура и правила оформления, Москва Стандартинформ 2018;

2.Технология склеивания изделий из композиционных материалов. Учебное пособие. Н.А. Алексеева, Д.Г. Богатеев и др.. Казань, издательство КНИТУ 2014;

3.Технология лесопильно-деревообрабатывающего производства. Ю.П. Тюкина, Н.С. Макарова, Москва, Высшая школа 1988;

4.Справочник по клеям. Л.Х. Айрапетян и др. Ленинград, Химия 1980.

5.Технология клееных материалов. В.Н. Волынский, Архангельск 2003;

6.Клеящие материалы. Справочник А.П. Петрова, ЗАО редакция журнала «Каучук и резина» 2002.

 

6.2 Краткие сведения о производителях испытуемых образцов клея;

«ТЭКС» компания «Тиккурила»

В 2006 году Концерн Tikkurila приобретает компанию ООО «Краски ТЕКС». Краски под брендом «ТЕКС» производятся на заводах в Санкт-Петербурге и Старом Осколе. И сегодня это бренд-лидер в эконом-сегменте, который предлагает краски, эмали, шпатлевки, грунтовки и антисептики.

ТЕКС уже 25 лет входит в лидеры продаж качественных универсальных лакокрасочных материалов на отечественном рынке. Покраска, шпатлевание, грунтование, склеивание, защита от ржавчины и лакировка - для каждой из этих важных задач ТЕКС предлагает оптимальные, долговечные и экономичные решения.

ТЕКС сегодня - это высокотехнологичное автоматизированное производство с развитой дистрибьюторской сетью во всех регионах Российской Федерации, а также в СНГ.
Основными направлениями производства являются: интерьерные и экстерьерные материалы для стен и потолков; специализированные решения - линейка продуктов для защиты деревянных поверхностей BIOTEKS и линейка красок и эмалей, клеев для профессионального сегмента – Строй ТЕКС.

Успешный опыт западных партнёров, а также собственные разработки позволили создать продукты с такими важными свойствами и характеристиками, как безопасность, удобство нанесения, экономичный расход. Продукция сертифицирована и соответствует Системе Менеджмента Качества компании ISO 9001, ISO 14001 и OHSAS 18001, одобрена Ассоциацией Качества Краски, экологична  и рекомендована для использования в детских и лечебных учреждениях.

Рисунки, фотографии

 

Рис. 1. Схема гидратации поверхности вещества, имеющего гидроксильные группы ОН. Пунктиром обозначена водородная связь.

 

Рис. 2. Формы углублений на поверхности твердого тела: а, б – коническая; в – цилиндрическая; г – призматическая; д – сферическая

 

 

Рис. 3. Классификация клеев

 

 

 

Рис. 4. Исследуемые образцы

 

ВВЕДЕНИЕ

Краткий экскурс в историю

Техникой склеивания человек стал пользоваться еще с первобытных времен. Наблюдения и навыки древних людей позволяли им выделять клеящие составы из растительного и животного материала, которые до сих пор широко используются при работе с пористыми материалами, например, бумагой. В 17 веке производство клеев было поставлено на промышленную основу. Были построены первые заводы, вырабатывающие клей из костей, мездры и отходов рыбного промысла. В начале 20 века начали производство казеинового (на основе молочного белка) клея. Недостатки клеев животного происхождения заключались в ограниченной стойкости к действию влаги и в достаточно быстром грибковом заражении. Это стало важным стимулом для создания новых клеев, основой которых являлись синтетические смолы и другие искусственные материалы.

Быстрое развитие этой отрасли началось в 30-е годы. Фенолоформальдегидные смолы явились первыми синтетическими смолами, сыгравшими важную роль в технике склеивания. Первоначально их использовали для дерева и фанеры. Затем требования, связанные с необходимостью создания клеев для соединения металлов, привели к разработке модифицированных композиций на основе фенольных смол, содержащих в своем составе синтетический каучук, позволяющий снизить угрозу расслоения клеевых соединений. В 50-е годы в качестве основы клея были предложены эпоксидные смолы, что дало возможность исключить растворитель из состава клея. Затем начали применяться клеи на основе полиуретановых, акрилатных (в том числе цианакрилатных) смол, появились мономерные, водорастворимые и другие клеи [1].

Сфера применения операции склеивания в современном производстве

В настоящее время сфера применения клеев обширна и разнообразна. Они находят применение в промышленных процессах, где используются в больших количествах, и в таких сборочных процессах, где требуется лишь небольшое количество клея. Переработка бумаги, упаковка, деревообрабатывающая промышленность все еще являются главными потребителями клеев, но в то же время возросло их применение в строительстве, на транспорте, в наружной рекламе. В последние десятилетия было разработано много новых синтетических смол, послуживших основой для создания более простых, эластичных и долговечных клеев, соединяющих самые разнообразные материалы. Разработка новых клеев сопровождается и совершенствованием оборудования и технологии склеивания.