Технология склеивания металлов

 

Для получения прочного клеевого соединения необходимо выбрать оптимальные для данной конструкции клеевую композицию и технологию склеивания. Технологический процесс склеивания включает следующие операции:

- подготовка клея;

- подготовка поверхностей склеиваемых металлов;

- нанесение клея на соединяемые поверхности;

- сушка (открытая выдержка) нанесенного клея перед сборкой соединяемых деталей;

- отверждение клея.

Основная трудность при разработке технологического процесса склеивания связана с выбором клея и подготовкой поверхности.

Подготовка клея. Подбор и смешивание оптимальной для данных материалов и конструкции клеевой композиции. Контроль внешнего вида, концентрации, вязкости и других параметров клея.

Подготовка поверхности. Наиболее трудоемкими, трудно контролируемыми и в то же время наиболее ответственными с точки зрения конечного результата в процессе склеивания являются операции по подготовке поверхностей склеиваемых деталей. Способ подготовки зависит от материала склеиваемых деталей.

Подготовка проводится для очистки поверхности, увеличения фактической площади поверхности контакта за счет создания небольшой шероховатости. Для обеспечения хорошей адгезии и, соответственно высокого качества соединений поверхности склеиваемых деталей должны быть тщательно очищены от загрязнений. Следует избегать большой шероховатости, так как в этом случае возможно образование дефектов в виде воздушных включений. Продукты обработки удаляют обезжиривающими средствами.

Поверхность протирают чистой тканью, смоченной ацетоном, трихлорэтиленом и другими органическими растворителями. В качестве обезжиривающего средства используется обработка в водном растворе солей при температуре 75 – 80 ⁰С в течение 3 – 5 мин с последующей промывкой водой. Для повышения эффективности обезжиривания применяют ультразвуковые колебания.

Подготовка поверхности возможна с помощью травления.

Адгезию клеев повышают анодные пленки, применяемые для защиты алюминиевых сплавов от коррозии. Однако следует учитывать, что адгезия анодной пленки к металлу может быть ниже адгезии клеевого соединения. Способ подготовки поверхности алюминиевых сплавов влияет не только на прочность, но и на термостабильность клеевых соединений.

Стальные сплавы рекомендуется подвергать механической обработке или травлению с последующей промывкой. Подготовку поверхности необходимо проводить непосредственно перед склеиванием. Хорошую прочность имеют соединения кадмированных и оцинкованных сталей. После нанесения покрытий необходимо провести пассивирование поверхности. Детали из нержавеющей стали можно склеивать без специальной обработки поверхности, после обезжиривания.

Подготовка поверхности магниевых сплавов перед оклеиванием специфична, поскольку эти сплавы легко подвергаются коррозии. Перед оклеиванием на поверхности магниевых сплавов обязательно должна быть создана защитная пленка.

Для увеличения адгезии титановых сплавов на поверхность металла наносят фторидное покрытие.

Детали из никеля и его сплавов следует погружать на  4 – 6 с в концентрированную азотную кислоту при комнатной температуре, затем промывать дистиллированной водой и сушить. После такой обработки следует сразу загрунтовать или склеить детали. Никелированные детали нельзя подвергать травлению.

На основе исследований явлений происходящих на границе раздела полимер – твердое тело, разработан способ регулирования свойств клеевой композиции при изменении поверхностного и межфазного натяжения клея. В институте химии высокомолекулярных соединений НАН Украины синтезированы специальные реакционно-способные поверхностно-активные вещества (РПАВ), способные к химическому взаимодействию с олигомерами⁸ основы клеевой композиции. При введении РПАВ в клеевую композицию обеспечивается избирательная смачиваемость клеем деталей при наличии на них загрязнений.

Кроме того, РПАВ повышают пластичность клеевой композиции, что положительно влияет на прочностные характеристики клеевого соединения, а также на кинетику, как роста, так и релаксации напряжений, в результате удается добиться уменьшения внутренних напряжений в клеевом шве практически до безопасного уровня (0,5 ÷ 1,4 МПа).

Нанесение клея. Для склеивания металлов применяют в основном жидкие клеи, а также, пленочные клеи и аэрозоли.

Жидкий клей наносится кистью, шпателем, пульверизатором, вальцами, окунанием.

При нанесении клея с помощью пульверизатора вязкость клея должна быть снижена с помощью растворителей входящих в состав клея. Нанесение клея пульверизатором особенно целесообразно при склеивании больших плоских или криволинейных поверхностей. В зависимости от качества подгонки склеиваемых поверхностей и свойств клея его наносят в два и более слоев, причем каждый последующий слой надо наносить в направлении, перпендикулярном к предыдущему.

Клеевые пленки в ряде случаев используются в комбинации с жидким клеем. При этом сначала на склеиваемые поверхности наносят подслой жидкого клея, а затем после открытой выдержки закладывают пленку. К поверхности соединяемых деталей пленку прикатывают с помощью холодного или нагретого ролика. Можно также закреплять пленку вакуумным способом, помещая деталь с клеевой пленкой в вакуумный мешок.

При использовании твердых композиций, не содержащих растворителей, можно наносить клей путем напыления.

__________________

⁸ ОЛИГОМЕРЫ - полимеры сравнительно небольшой молекулярной массы (многие синтетические смолы: феноло-формальдегидные, эпоксидные, полиэфирные и др.)

Количество наносимого клея необходимо строго контролировать, так как толщина клеевого шва оказывает большое влияние на качество склеивания. Количество клея, наносимого на единицу площади поверхности детали, зависит от ряда технологических факторов: качества подгонки склеиваемых поверхностей, давления, свойств клея.

При использовании пленочных клеев количество наносимого клея определяется толщиной пленки. Регулирование толщины клеевого слоя осуществляется повышением давления при склеивании или применением нескольких слоев пленки.

Клеи, не содержащие растворителей, хорошо заполняющие зазоры и способные отверждаться без выделения летучих веществ, могут быть применены при соединении деталей с недостаточно тщательной подгонкой соединяемых поверхностей.

Открытая выдержка. Образование пленок из растворов клеящего вещества связано с удалением растворителя. В первый момент, когда растворителя много, происходит сравнительно быстрое удаление его основной массы с поверхности, после чего начинается диффузия растворителя из нижних слоев пленки. Затем происходит удаление остатков растворителя – процесс, протекающий медленно и практически не доходящий до конца.

Для удаления из клеевого слоя растворителя, наличие которого приводит к образованию пористого шва с пониженной прочностью, производят так называемую открытую выдержку клея. Она может проводиться как при комнатной, так и при повышенной температуре. При склеивании клеями, не содержащими растворителей (например, «мгновенными» цианоакрилатными), а также пленочными клеями открытая выдержка не требуется.

Отверждение клея. Режимы склеивания (время, температура и давление) выбирают в зависимости от применяемого клея и вида соединения.

Температура и продолжительность процесса отверждения играют исключительно важную роль для формирования качественных клеевых соединений. Значение температурного режима особенно велико, если адгезив представляет собой расплав, который должен обладать подвижностью, необходимой для обеспечения адгезионного взаимодействия. Отверждение клеевых композиций может происходить как при комнатной, так и при повышенной температуре в зависимости от химической природы входящих в их состав веществ. С увеличением продолжительности отверждения возрастает прочность клеевых соединений, с повышением температуры уменьшается время формирования и, как правило, увеличивается прочность и теплостойкость соединений.

Применяются следующие методы нагрева: в камерах, нагреваемых газом или электричеством; инфракрасными излучением; контактный (нагревателями электрического сопротивления); индукционный; высокочастотный.

При контактном способе нагрева используют ленту или проволоку (проволочную сетку) из металлов с высоким электрическим сопротивлением (нихромовую, хромелевую), которые укладывают вблизи клеевого соединения или закладывают в соединение и нагревают проходящим электрическим током. Разработан пленочный клей, в состав которого входят компоненты, обладающие высоким электрическим сопротивлением (иногда основа клея – токопроводящая ткань), за счет чего при прохождении тока на них генерируется тепло. Прочность и химическая стойкость клеевых соединений такие же, как и у обычных клеев. Для устранения деформации клеевых соединений при отверждении применяется давление 0,35 – 1 МПа.

При склеивании металлов индукционным методом можно пользоваться накладками, в которых возбуждаются вихревые токи и генерируется тепло, передающееся склеиваемым элементам или нагревать детали от индуктора. Возможно применение комбинированного варианта – одна деталь нагревается от накладки, другая от индуктора. Нагревание с помощью накладки используется при температуре склеивания не выше 300 ⁰С и малой толщине деталей, а также если форма и размеры детали не позволяют изготовить необходимый индуктор.

Повышение давления способствует лучшему контакту адгезива с субстратом, поскольку при этом неровности соединяемых поверхностей заполняются адгезивом.

Давление при склеивании создается различными зажимами, специальными прессами, с применением вакуума. Вакуумный метод применяется в производстве деталей сложной конфигурации. Склеиваемую деталь в собранном виде помещают в резиновый или поливинилхлоридный мешок, из которого выкачивают воздух; перепад давлений составляет 0,9 – 1 МПа. При склеивании деталей больших размеров их помещают в специальные приспособления, закрывают резиновой диафрагмой, которую герметично прикрепляют к приспособлению и откачивают из образовавшегося пространства воздух. Возможно использование мелких алюминиевых шариков в качестве «гидравлической жидкости» при склеивании в прессах металлических деталей больших размеров. При этом давление равномерно распределяется по всей площади склеиваемых деталей.

Известен способ склеивания деталей из листового металла, заключающийся в облучении слоя клея между склеиваемыми участками деталей лазерным излучением. Это обеспечивает частичную полимеризацию клея и позволяет затем транспортировать склеенные детали.

 

Клеи

 

В качестве клеев применяют синтетические органические пластмассы, неорганические пластмассы, для изделий, работающих при высоких температурах, – керамические материалы.

Клеевые композиции можно разделить на клеи на основе термореактивных (фенолоформальдегидные, эпоксидные смолы, полиуретаны, на основе элементоорганических и неорганических соединений и др.) и клеи на основе термопластичных полимеров (полиэтилен, полиизобутилен, поливинилацетат, полиамиды и др.). Применение элементоорганических и неорганических соединений представляет интерес для создания на их основе теплостойких клеев, пригодных для длительной эксплуатации при повышенной температуре.

Кроме основы, определяющей клеящие свойства, клеи могут содержать разжижители, наполнители, растворители, размягчители, отвердители, ускорители, активаторы. Ускорители – вещества, повышающие скорость химической реакции, например при отверждении клея. Отвердители способствуют упрочнению основы клея с помощью химической реакции. Активаторы повышают адгезионные свойства клеев. Благодаря тому, что многие клеи можно получить в виде композиции из нескольких полимерных веществ, создано большое количество клеев с широкой гаммой свойств.

Клеи разделяются на физически твердеющие и химически твердеющие. Последние также подразделяются на клеи холодного и клеи горячего отверждения.

Физически твердеющие клеи. Молекулярные цепи располагаются в ближнем порядке в результате затвердевания расплава, испарения растворителя, протекания процесса ориентации с выделением энергии. Физически твердеющие клеи являются, как правило, однокомпонентными и содержат все составляющие, необходимые для упрочнения.

Химически твердеющие клеи. Твердение происходит в результате полимеризации. Химически твердеющие клеи обычно составляют из двух компонентов (второй компонент содержит отвердитель), которые перед употреблением перемешивают.

Клеи холодного отверждения. Отверждение клеев происходит при комнатной температуре. Эти клеи могут быть двухкомпонентными, содержащими клеящее вещество и отвердитель (эпоксидные смолы), или быстротвердеющими однокомпонентными.

Клеи горячего отверждения. Отверждение происходит при повышенных температурах. Прочность соединений выше, чем при склеивании клеями холодного отверждения. Клеящее вещество может использоваться в виде пленок (фольги), процесс отверждения проводится в автоклавах.

Дисперсные клеи состоят из органических материалов, которые в целях снижения вязкости диспергированы в водных растворах. Поэтому данные клеи можно разводить водой. Основа дисперсионных клеев нерастворима в диспергаторе.

Адгезионные клеи являются преимущественно растворами природных или синтетических каучуков. В этих клеях могут содержаться соответствующие добавки повышающие адгезию. Адгезионные клеи не твердеют, сохраняя вязкость. Ввиду слабой адгезии и когезии, соединения с использованием этих клеев обладают ограниченной прочностью.

Реакционные клеи состоят из низкомолекулярных органических веществ, отвердевающих в результате химической реакции (поликонденсации, полимеризации, вулканизации и др).

Контактные клеи – каучукообразные материалы, растворенные в растворителе. После испарения основной массы растворителя из клеевого слоя соединяемые детали подвергается давлению, в результате сразу получается прочное соединение.

Конструкционные клеи обеспечивают прочность соединения равную или соизмеримую с прочностью основного материала, и используются при создании силовых конструкций. Неконструкционные клеи предназначены для получения ненагруженных швов. Термином «специальные клеи» обозначают композиции, которые обладают ярко выраженными особыми свойствами, например, высокой термостойкостью, электропроводимостью, оптической прозрачностью, биологической инертностью (медицинские клеи).

К клеям для склеивания металлов предъявляют следующие требования: не вызывать коррозии соединяемых металлов и сплавов; иметь высокий уровень когезии и адгезии с металлами; иметь невысокую стоимость; обладать высокой климатической стойкостью и стойкостью при старении; не быть токсичными и не содержать в своем составе летучих растворителей; отверждаться при сравнительно небольшом давлении и низкой температуре; быть негигроскопичными, грибостойкими и негорючими; обладать в ряде случаев (исходя из условий эксплуатации) достаточной термостойкостью в определенном интервале температур, морозостойкостью, а также стойкостью к различным топливным средам и маслам, антифризам, органическим растворителям и другим специальным средам; достаточная жизнеспособность и длительный срок хранения компонентов клея, хорошая заполняемость зазоров между склеиваемыми деталями.

Выбор клея определяется свойствами склеиваемых материалов и требованиями, предъявляемыми к соединениям (назначением и условиями эксплуатации). Швы конструкционных клеев должны быть менее жесткими, чем склеиваемые металлы, и иметь коэффициенты температурного расширения, близкие к коэффициентам металла.

Эпоксидные клеи. Эпоксидные клеи предназначены для склеивания металлов, пластмасс, дерева, стекла, керамики; металлов с пластмассами и деревом. Преимущества - дешевизна, высокая ударная прочность и сопротивление высоким температурам и растворителям. Они имеют хорошую зазорозаполняемость, благодаря своей высокой вязкости, которая, однако, может препятствовать «смачиванию» поверхностных неровностей, что приводит к недостаточной адгезии. Большинство эпоксидных смол являются двухкомпонентными клеящими веществами, требующими смешивания и/или теплоотверждения, хотя существуют широко применяемые однокомпонентные, теплоотверждаемые эпоксидные смолы. Поскольку теплота уменьшает вязкость клея, увеличивая возможность движения деталей относительно друг друга, необходимо позиционировать детали. Издержки применения эпоксидных смол - высокая стоимость оборудования для смешивания, фиксации и сушки.

Для склеивания стекла, фарфора, керамики и для приклеивания их к металлам употребляют клеи без наполнителей.

Для склеивания металлов в состав клеев вводят различные наполнители. В зависимости от отвердителя различают клеи горячего и холодного отвердения, из которых наибольшее распространение получил эпоксидный клей холодного отвердения.

Наряду с клеями из эпоксидных смол, сами смолы также применяются для склейки металлических деталей. Делают это так. Поверхности металлических деталей обрабатывают смесью бихромата натрия с серной кислотой (1:1) в течение    20 мин. Одну из деталей нагревают до 130 °С, посыпают порошком эпоксидной смолы, накладывают на нее другую деталь и нагревают обе детали до 200 °С. При этой температуре плотно сжатые детали выдерживают 40 мин.

Рецепты некоторых эпоксидных клеев приведены в табл.17 (вещества указаны в весовых частях).

Таблица 17

Состав эпоксидных клеев

 

Вещество	Номер рецепта клея
	1	2	3	4
ЭД-5, ЭД-6, ЭД-37	100	100	100	100
дибутилфталат (пластификатор)	15-20	15-20	15-20	10-15
полиэтиленполиамин (отвердитель)	7-9	7-9	7-9	7-9
железные опилки	100-150	-	-	-
алюминиевая пудра	-	5-10	-	-
портланд-цемент	-	-	30-40	-

 

Эпоксидную смолу нагревают до 60 °С и добавляют в нее пластификатор. Все тщательно размешивают, вводят наполнитель (если нужно) и снова все перемешивают. Затем добавляют отвердитель и состав третий раз перемешивают.

Приготовленный таким образом клей необходимо использовать сразу, так как через 1 - 1,5 ч он затвердеет и станет непригодным к употреблению.

При работе с эпоксидным клеем необходимо соблюдать осторожность: не допускать попадания отвердителя или неотвердевшей смолы на руки. Следует также помнить, что эпоксидный клей обладает некоторой токсичностью.

На основе эпоксидных смол изготавливают многие так называемые «холодные сварки». Они представляют собой двухупаковочные композиции, которые после смешивания основы и отвердителя быстро создают высокопрочный термостойкий материал обладающий влаго-, масло-, морозо- и бензостойкостью. В последнее время появились однокомпонентные «холодные сварки», что значительно упрощает и делает более удобной работу с ними. После отверждения материал может быть обработан абразивным и режущим инструментом.

«Холодная сварка» иногда представляет собой двухкомпонентную высоконаполненную эпоксидную композицию, поставляемую в виде цилиндрического двухслойного стержня, которая после разминания пальцами в течение 1 минуты превращается в замазку, имеющую хорошую адгезию практически ко всем склеиваемым материалам.

С помощью полученной пластичной композиции надежно заделываются отверстия, трещины и устраняются течи без применения каких-либо инструментов и приспособлений. Используется для крепления гаек, болтов, установки и перемещения креплений. Применяются наполнители: высокодисперсный порошок железа, меди, алюминия, цемента и т.д.

Для повышения ударо- и трещиностойкости эпоксидных полимеров в качестве модификаторов используют низкомолекулярные каучуки с концевыми карбоксильными группами. Введение термопластов в эпоксидную матрицу приводит к формированию двухфазных структур, характеризующихся повышенной когезионной и адезионной прочностью, жесткостью, ударостойкостью. УкрНИИ пластмасс разработаны высокопрочные ударо- и водостойкие клеи и вибропоглощающие материалы, отличающиеся высокой статической прочностью, стойкостью к действию динамических нагрузок и температурных перепадов, значительным температурным интервалом эксплуатации (77 ÷ 473 К, кратковременно 573 К) по сравнению с традиционными эпоксидными клеями (213 ÷ 393 К), высокой эффективностью демпфирования механических колебаний.

Клеи на основе фенолоформальдегидных смол (ФФС) являются основой целого ряда клеевых композиций, которые в отвержденном состоянии обладают высокой прочностью, грибо-, влаго- и теплостойкостью. К недостаткам этих клеев можно отнести неустойчивость к разрушающему воздействию напряжений, возникающих при тепловом расширении материалов.

Фенолоформальдегидные клеи предназначены в основном для склеивания неметаллических материалов: древесины, фанеры, слоистых пластиков, пенопластов и других пористых материалов. Модификация ФФС синтетическими каучуками, поливинилацеталями, полиамидами, позволяет создавать высокопрочные конструкционные клеи, в том числе и для соединения металлов.

Цианоакрилатные клеи. Это клеи на основе этил-, метил-, н-пропил-, изопропил-, н-бутил, изобутил-, этоксиэтил- и метоксиэтил-производных. Большую популярность цианоакрилаты заслужили, в первую очередь, благодаря сочетанию быстроты и высокой прочности склейки. Преимущества: применимы почти для всех материалов и в любых сочетаниях; очень быстрое схватывание (время схватывания 3 – 300 с); отверждаются при комнатной температуре; не содержат растворителей; высокая прочность на сдвиг и на растяжение; хорошая устойчивость против старения; прозрачность; простота использования, т.к. клей однокомпонентный; экономичность; возможность применения в автоматизированном производстве; возможность получения термостойких клеев на основе цианоакрилата; клеи, усиленные каучуками не растрескиваются, обладают ударной прочностью, виброустойчивостью, термо- и влагостойкостью, а также высокой прочностью на отрыв и сдвиг.

Данные клеи отверждаются по анионному механизму. Внутри контейнера цианоакрилатные клеи находятся в стабильном жидком состоянии благодаря кислотным стабилизаторам, препятствующим полимеризации молекул клея. Однокомпонентные цианоакрилатные клеи полимеризуются при контакте со слабощелочными поверхностями. Обычно, влажности окружающей среды (в воздухе и на поверхности склеиваемых материалов) достаточно для начала процесса полимеризации и достижения прочности склейки в течение нескольких секунд. Влага на поверхности соединения нейтрализует стабилизатор в клее и происходит полимеризация от одной поверхности до другой. Во время полимеризации цианоакрилатный клей переходит из жидкого состояния в твердое. При этом цепочки молекул клея выстраиваются вдоль плоскости склеивания, притягивают к себе молекулы склеиваемого материала и, соединяясь между собой, обеспечивают сцепление склеиваемых поверхностей. Чтобы добиться наиболее быстрой полимеризации до ручной прочности желательны условия "нулевого зазора".

Наилучшие результаты достигаются при относительной влажности окружающей среды от 40% до 60% при комнатной температуре. Более низкая влажность ведет к увеличению времени отверждения, более высокая влажность ускоряет процесс, но может отрицательно повлиять на окончательную прочность склейки. Сухой воздух обычно не влияет на прочность склейки. Увеличение длительности полимеризации замедляет темп производства. С помощью систем рециркуляции воздуха может быть создан необходимый уровень влажности на рабочем месте.

Кислые поверхности (pH < 7) могут замедлить или даже воспрепятствовать полимеризации, в то время как щелочные поверхности (pH > 7) ускоряют отверждение.

После нанесения клея детали необходимо быстро соединить, так как процесс полимеризации начинается уже через несколько секунд. На время свободного перемещения деталей влияют атмосферная влажность, влажность склеиваемых поверхностей, тип клея и окружающая температура. Благодаря очень высокой скорости отверждения цианоакрилатные клеи наиболее подходят для склейки мелких деталей.

Наилучшая склейка достигается при нанесении клея на одну поверхность в количестве, достаточном для заполнения зазора.

Клеи на основе полиэтилена. Полиэтилен – неполярный термопластичный полимер, не обладающий адгезионными свойствами и очень трудно поддающийся склеиванию. Однако он может быть использован для склеивания алюминиевых сплавов. Склеивание полиэтиленом основано на окислительных процессах, протекающих при плавлении полиэтилена и контакте полимера с покрытой окисной пленкой поверхностью алюминиевого сплава. При этом в макромолекулах полиэтилена образуются полярные группы, и он приобретает адгезионные свойства.

Полиуретановые клеи. Полиуретаны являются дешевым продуктом и дают хорошие показатели температуростойкости и заполняемости зазоров; характеризуются высокой адгезией к большинству материалов; применяются для склеивания при комнатной температуре и нагревании. Подобно эпоксидным смолам, полиуретаны могут быть двухкомпонентными или однокомпонентными продуктами. Они также имеют определенные ограничения в применении: длительные циклы отверждения при комнатной температуре, некоторые из которых достигают 48 часов и необходимость обязательного удаления воздушных пузырьков с помощью центробежной силы. Использование центробежного оборудования, оборудования для смешивания компонентов и необходимость фиксации деталей относительно друг друга на длительное время, необходимое для отверждения полиуретанов, приводит к высокой себестоимости производства.

Особенностью некоторых клеев является способность при отверждении увеличиваться в объеме (незначительное подвспенивание), что обеспечивает высокую зазорозаполняемость без смещения склеиваемых деталей.

Среди полиуретановых клеев имеются однокомпонентные термоотверждаемые клеи для соединения металлов с пластиком, деревом.

Разработана клеевая композиция для склеивания металлов на основе полиуретанов, включающая олигоэфир, изоцианат и органический растворитель. Данный состав позволяет увеличить прочность склеивания, снизить себестоимость композиции, улучшить экологию окружающей среды.

Акрилы. Эти продукты произведены из основ полиуретановых полимеров и акрилатных конечных групп. Они используют технологию отверждения при помощи ультрафиолетового и/или видимого спектра. Акрилы, отверждаемые излучением, имеют такие же физические характеристики прочности, как и полиуретаны, и также могут склеивать различные поверхности, включая пластифицированные полихлорвинилхлориды. Благодаря легкости применения и быстрому процессу отверждения, светоотверждаемые акрилы заменяют эпоксидные смолы. На полностью автоматизированном производстве трудно произвести клеевую сборку с использованием эпоксидных смол, но эта задача легко решается с помощью применения светоотверждаемых акрилов.

Полимеры метилового и этилового эфиров акриловой кислоты, бутилового эфира метакриловой кислоты могут быть использованы в виде пленок для склеивания силикатного стекла с целью получения безосколочного стекла триплекс.

Разработана клеевая композиция для крепления анкерных болтов в бетоне, эксплуатируемых при высоких температурах, например, в прокатных станах, а также для склеивания элементов бетонных и железобетонных конструкций. Теплостойкость клеевого соединения металла с бетоном повышается за счет полимерной композиции, содержащей, мас. %: порошок отходов полиметилметакрилата 20 - 30; метилметакрилат 15 -23; аллиметакрилат 5 - 7; перекись бензоила 0,5 -1; диметиланилин 0,3 - 0,5; отходы асбестового текстильного производства 3 - 5; кварцевый песок остальное.

Анаэробные клеи. Свойство отверждаться без доступа воздуха – анаэробность – позволило разработать большое количество смол на основе акриловых производных, не содержащих растворителей, основным назначением которых является соединение, закрепление и уплотнение различных элементов конструкций. С помощью анаэробных композиций можно обеспечить закрепление, контровку и уплотнение резьбовых соединений, болтов и шпилек, фиксировать положение штифтов без прессовой посадки, закреплять детали с высокими аксиальными нагрузками по окружности со свободной посадкой (втулки, шестерни), уплотнять подшипники скольжения и трубопроводы, обеспечивать стойкость элементов конструкций в различных агрессивных средах, заменять пайку и сварку, герметизировать литейные раковины.

Существенным отличием анаэробных клеящих композиций является их повышенная клеящая способность, обусловленная введением адгезионных добавок.

Клеи данной группы обладают способностью длительное время оставаться в неизменном состоянии при наличии кислорода воздуха и быстро отверждаться при температуре 15 - 35 ⁰С в узких зазорах между склеиваемыми поверхностями, при нарушении контакта с кислородом воздуха, с образованием прочного клеевого соединения. Отличаются большой скоростью отверждения и высокой прочностью при отрыве. Применяются для склеивания различных материалов: металла, стекла, многослойного стекла, керамики, пластмассы. Технологический процесс склеивания деталей анаэробными клеями может быть эффективно автоматизирован.

Специальные силиконы. Отверждаются при помощи ультрафиолета, влажности, или комбинированным способом - ультрафиолет плюс влажность. Силиконы после полимеризации представляют собой каучуковый эластомер. Эластичность силиконов делает их удобными в склейке и герметизации деталей, подверженных небольшим перемещениям относительно друг друга.

Клеи-расплавы. Представляют собой не содержащие растворителя термопластичные полимерные композиции, переходящие в вязко-текучее состояние при нагревании и быстро возвращающиеся в твердое состояние при охлаждении до комнатной температуры. Данные клеи могут быть использованы повторно.

Полиамидный клей-расплав может быть выполнен в виде твердых гранул. Для проведения склеивания необходимо нагреть клей до температуры плавления (~ 150 – 200 ⁰С) или нагрев склеиваемые детали, промазать их клеем.

Клеи-расплавы могут быть применены при изготовлении комбинированных материалов типа металлопластов.

Резиновые клеи. Натуральный и различные синтетические каучуки находят широкое применение для изготовления клеевых композиций. Резиновые клеи представляют собой растворы каучуков или резиновых смесей в органических растворителях. Резиновые клеи бывают невулканизирующиеся и вулканизирующиеся. Клеи первой группы содержат каучуковую основу и растворитель. Прочность склеивания этими клеями невелика. В состав клеев второй группы входят вулканизирующие вещества (активаторы и ускорители). После вулканизации эти клеи образуют более прочные клеевые соединения, чем невулканизирующиеся клеи. Вулканизация может протекать при повышенной или комнатной температуре (самовулканизирующиеся клеи).

Клеевые (липкие) ленты. Представляют собой эластичную основу (пластик, бумага) с нанесенным слоем клеевой композиции (с одной или двух сторон). Соединения имеют сравнительно невысокую прочность. Применяются при изготовлении наклеек для маркировки продукции; для временной фиксации деталей; при изготовлении слоистых конструкций.

Пленочные клеи. Пленочные клеи типа ВК (ВК31, ВК36, ВК36А и др.) - полимерные пленочные материалы горячего отверждения на основе эпоксидных смол, защищенные с двух сторон антиадгезионными прокладками (полиэтиленовой пленкой и ламинированной бумагой).

Режимы отверждения:

температура, °C                120 ÷ 180;
удельное давление, МПа 0,05 ÷ 0,1;
время, час                           1,5 ÷ 4.

Характеристики:

рабочие температуры, °C           - 130 ÷ + 150;
предел прочности клеевых соединений при сдвиге, МПа,
при температуре 20 °C               не менее 29,0 ÷ 35,0,
при температуре 80 °C               18,0 ÷ 25,0,
при температуре 150 °C             18,0 ÷ 25,0;
предел прочности клеевых соединений при отрыве, МПа,
при температуре 80 °C               3,5 ÷ 4,4,
при температуре 150 °C             2,5;
гарантийные сроки хранения
в зависимости от температур - от 3 до 12 месяцев.

Пленки ВК-31 и ВК-36 используются для склеивания сотовых конструкций, температура эксплуатации от – 60 °C до + 80 °C и от – 60 °C до + 150 °C соответственно; пленки ВК-36А - для склеивания слоистых металлических и неметаллических конструкций, температура эксплуатации от – 60 °C до         + 150 °C.

Применяются для соединения деталей в авиации, строительстве, судо- и машиностроении, радиотехнике и др. отраслях.

6.4. Прочность клеевых соединений

Основными соединениями при склеивании являются нахлесточные и стыковые (с накладками или без).

При проектировании конструкций следует избегать работы клеевых соединений при растягивающих нагрузках, перпендикулярных поверхности склеивания, и нагрузках, вызывающих неравномерный отрыв. При работе на неравномерный отрыв следует усиливать конструкцию местными накладками, заклепками, сварными точками.

Стыковое соединение хорошо работает на равномерный отрыв, но идеальные условия чистого отрыва на практике встречаются очень редко. Из-за трудностей с подгонкой склеиваемых поверхностей иногда происходит их смещение, в результате чего при нагружении возникают напряжения изгиба. Даже при незначительных изгибающих напряжениях в сочетании с неравномерным отрывом прочность клеевых соединений встык резко снижается. Если плоскость стыкового соединения лежит перпендикулярно к направлению действия сжимающих или растягивающих нагрузок, то напряжения возникают в основном по периферии площади клеевого соединения.

Самым распространенным типом клеевого соединения является соединение внахлестку. В таких соединениях возникают преимущественно напряжения сдвига, а на периферийных участках площади склеивания – напряжения растяжения в направлении, перпендикулярном плоскости склеивания, что приводит к возникновению отрывающих усилий.

Прочность клеевых соединений на срез при постоянной нагрузке повышается с увеличением толщины деталей. Однако несущая способность листов и соединения возрастает неодинаково, поэтому склеивают преимущественно тонкие детали. При статических нагрузках прочность соединения возрастает с увеличением прочности склеиваемого материала, так как при одной и той же нагрузке у материалов с повышенной прочностью удлинение клеевой прослойки меньше.

При конструировании клеевых соединений длина и ширина нахлестки должны быть выбраны с учетом тол