ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.01.2025
Просмотров: 142
Скачиваний: 1
Клеевые материалы, их виды и эксплуатационные свойства
-
Клеящие материалы
Клеи — это коллоидные растворы пленкообразующих полимеров, способные при затвердевании образовывать прочные пленки, хорошо прилипающие к различным материалам.
Клеевые соединения по сравнению с другими видами неразъемных соединений (заклепочными, сварными и др.) имеют ряд преимуществ: возможность соединения различных материалов как между собой, так и в различных сочетаниях; атмосферостойкость и стойкость к коррозии клеевого шва; герметичность соединения; возможность соединения тонких материалов; снижение стоимости производства; экономия массы и значительное упрощение технологии изготовления изделий. Недостатки — относительно низкая длительная теплостойкость (до 350°С), обусловленная органической природой пленкообразующего вещества; невысокая прочность склейки при неравномерном, отрыве; часто необходимость проведения склейки с подогревом; склонность к старению. Но имеется ряд примеров длительной эксплуатационной стойкости клеевых соединений. Клеи на основе кремнийорганических и неорганических полимеров обеспечивают работу до 1000°С и выше, однако большинство из них не обладают достаточной эластичностью пленки. Прочность склеивания зависит от явления адгезии, когезии и механического сцепления пленки с поверхностью склеиваемых материалов.
Адгезией называется способность клеевой пленки прочно удерживаться на поверхности склеиваемых материалов. Для объяснения физико-химической сущности адгезионных явлений предложены следующие теории: адсорбционная, электрическая и диффузионная. Адсорбционная теория рассматривает адгезию как чисто поверхностный процесс, аналогичный адсорбции; пленка удерживается на поверхности материала в результате действия межмолекулярных сил.
В основе электрической теории (работы Б.В. Дерягина и Н.А. Кротовой) лежат электрические силы. Адгезия — результат действия электростатических и ван-дер-ваальсовых сил. Электростатические силы определяются двойным электрическим слоем, возникающим при контакте разнородных тел. Диффузионная теория, развиваемая С.С. Воюцким, — при образовании связи между неполярными полимерами электрический механизм адгезии невозможен, и адгезия обусловливается переплетением макромолекул поверхностных слоев в результате их взаимодиффузии.
Когезия — собственная прочность пленки. Работа когезии — работа, затрачиваемая на преодоление сил сцепления между частицами внутри однородного тел а. На клеящие свойства полимеров оказывают влияние молекулярная масса и структура макромолекул. Прочность склейки можно повысить путем механического сцепления пленки клея с шероховатой поверхностью материала; для этого перед склейкой поверхности деталей часто фрезеруют или зачищают наждачной бумагой. Полярные материалы требуют применения полярных клеев. Адгезионные свойства металлов различны. По мере убывания этих свойств металлы можно расположить в следующем порядке: сталь, бронза, алюминиевые сплавы, медь, железо, латунь. При склеивании пластиков лучшим клеем является раствор или расплав этого же пластика. Если пластики неполярны и не растворяются в растворителях (таких как полиэтилен, фторопласт-4, полипропилен), то характер их поверхности изменяют механическим или химическим путем. В состав клеящих материалов входят: пленкообразующее вещество — основа клея, которое определяет адгезионные, когезионные свойства клея и основные физико-механические характеристики клеевого соединения; растворители, создающие определенную вязкость клея; пластификаторы для устранения усадочных явлений в пленке и повышения ее эластичности.
-
Классификация клеев
Клеи классифицируют по ряду признаков. Различают следующие клеи: по пленкообразующему веществу — смоляные и резиновые; по адгезионным свойствам — универсальные, склеивающие различные материалы (например, клеи БФ) и с избирательной адгезией (белковые, резиновые); по отношению к нагреванию — обратимые (термопластичные) и необратимые (термостабильные) пленки; по условиям отверждения — холодной склейки и горячей склейки; по внешнему виду — жидкие, пастообразные и пленочные; по назначению — конструкционные силовые и не силовые. Чаще используют классификацию по . пленкообразующему веществу. Смоляные клеи могут быть термореактивными и термопластичными.
Термореактивные смолы (фенолоформальдегидные, эпоксидные и др.) дают прочные, теплостойкие пленки, применяемые для склейки силовых конструкций из металлов и неметаллических материалов.
Клеи на основе термопластичных смол (поливинилацетата, акрилатов и др.) имеют невысокие прочностные характеристики, особенно при нагревании, и применяются для не силовых соединений неметаллических материалов.
Резиновые клеи, в которых основным пленкообразующим является каучук, отличаются высокой эластичностью и применяются для склеивания резины с резиной или резины с металлами.
В качестве пленкообразующего вещества в основном применяют синтетические смолы, а также каучуки. Наилучшие показатели достигаются при применении в качестве пленкообразующего вещества полярных термореактивных смол (фенолоформальдегидной, эпоксидной и др.). Растворителями служат спирты, ацетон, бензин, а наполнителями — порошки, волокна, ткани. В термостойкие клеи в качестве наполнителей вводят алюминий (порошкообразный), Al2O3 и SiO2.
Металлические порошки повышают теплопроводность клеевых соединений, а серебро, медь, никель и графит сообщают пленке токопроводимость.
Конструкционные смоляные и резиновые клеи
В качестве пленкообразующих веществ группы смоляных клеев применяют термореактивные смолы, которые подтверждаются в присутствии катализаторов и отвердителей при нормальной или повышенной температуре. Клеи холодной склейки, как правило, обладают недостаточной прочностью, особенно при повышенных температурах. При горячей склейке происходит более полное отверждение смолы, и клеевое соединение приобретает прочность и теплостойкость. Теплостойкость повышают также введением минеральных наполнителей. Термостойкие клеи получают на основе ароматических полимеров, содержащих гетероциклы (полибензимидазолов, полиимидов), а также на основе карборансодержащих полимеров. Карбораны представляют собой борорганические соединения, по свойствам они близки к ароматическим системам. В настоящее время созданы карборансодержащие фенольные, эпоксидные, кремнийорганические и другие клеи.
Рассмотрим основные виды клеев. Клеи могут быть получены на основе чистых смол, например резольной, но учитывая, что образующийся при склейке резит хрупок, смолу сочетают с каучуком, термопластами и др.
Клеи на основе модифицированных фенолоформальдегидных смол — эти клеи применяют преимущественно для склеивания металлических силовых элементов, конструкций из стеклопластиков и т.п.
Феноло-каучуковые композиции являются эластичными теплостойкими пленками с высокой адгезией к металлам. К этому виду относятся клеи ВК-32-200, ВК-3, ВК-4, ВК-13 и др. Клеевые соединения теплостойки, хорошо выдерживают циклические нагрузки, благодаря эластичности пленки обеспечивается прочность соединения при неравномерном отрыве.
-
Состав и разновидности клеев
Фенолополивинилацеталевые композиции наиболее широко используются в клеях БФ. Клеи БФ-2 и БФ-4 представляют собой спиртовые растворы фенолоформальдегидной смолы, совмещенной с поливинилбутиралем (бутваром). Они применяются для склеивания металлов, пластмасс, керамики и других твердых материалов. Теплостойкость клеевых соединений невысокая, водостойкость удовлетворительная.
Более теплостоек клей ВС-10Т, который отличается характеристиками длительной прочности, выносливости и термостабильности при склеивании металлов и теплостойких неметаллических материалов.
Фенолокремнийорганические клеи содержат в качестве наполнителей асбест, алюминиевый порошок и др. Клеи являются термостойкими, они устойчивы к воде, обладают хорошей вибростойкостью и длительной прочностью. Клеи ВК-18 и ВК+18М способны работать при температуре 500-600°С. Клей ВК18М применяют для склеивания инструментов. Он позволяет увеличить стойкость инструмента в 1,5-4 раза.
Клей на основе эпоксидных смол. Отверждение клеев происходит при помощи отвердителей без выделения побочных продуктов, что почти не дает усадочных явлений в клеевой пленке.
Отверждение смол можно вести как холодным, так и горячим способом. В результате полярности эпоксидные смолы обладают высокой адгезией ко всем материалам. К клеям холодного отверждения относятся Л-4, ВК-9, КЛН-1, ВК-16, ЭПО. Эпоксидные клеи горячего отверждения ВК-32-ЭМ, К-153, ФЛ-4С, ВК1 и иные являются конструкционными силовыми клеями. Их применяют для склеивания металлов, стеклопластиков, ферритов, керамики. Клеи ВК-1 ИФЛ-4С используют в клеесварных соединениях. Эпоксидно-кремнийорганические клеи ТКМ-75, ТКС75, Т-73 применяют для приклеивания режущих частей при изготовлении инструментов. Для всех эпоксидных клеев атмосферостойкость, устойчивость к топливу и минеральным маслам, высокие диэлектрические свойства. Полиуретановые клеи, их композиции могут быть холодного и горячего отверждения. В состав клея входят полиэфиры, полиизоцианаты и наполнитель (цемент). При смешении компонентов происходит химическая реакция, в результате которой клей затвердевает. Клеи обладают универсальной адгезией (полярные группы NНСО), хорошей вибростойкостью и прочностью при неравномерном отрыве, стойкостью к нефтяным топливам и маслам. Представителями полиуретановых клеев являются ПУ-2, ВК-5, БК-11, лейконат. Такие клеи токсичны. Клеи, модифицированные карборансодержащими соединениями, обладают высокой термостойкостью. Клей ВК-20 длительно выдерживает температуру 350-400'С и кратковременно —- температуру 800°С, имеет высокую длительную прочность.