Лако-красочные материалы — производство

В течение нескольких тысячелетий склеивание использовалось при изготовлении фанерованной мебели. В музеях находится много предметов фанерованной мебели из Древнего Египта или Древнего Рима. Клей применяли также при изготовлении деревянных музыкальных инструментов. Позднее клей использовали для получе­ния фанерованного шпона. Сейчас применение клеев еще более широкая область. Основной подъем в использовании клеев произошел с появлением синтетических полимерных материалов с более высокими механическими характеристиками.

Существуют различные типы органических и неорганических клеев. Многим известны такие неорганические клеи, как портланд-цемент и жидкое стекло. В на­стоящей книге не рассматриваются химические и физические свойства этих клеев; в книгу включены разделы, описывающие механические свойства и поверхности органических материалов, а также клеи на их основе. Описываемые в настоящей книге клеи получены исключительно или главным образом на основе органических материалов. Химические и физические свойства полимерных клеев рассматрива­ются в гл. 8-11.

Рассматриваемые клеи имеют органическую природу, поэтому они обладают меньшей удельной массой, чем вышеупомянутые неорганические клеи и большин­ство субстратов. В связи с этим элементы изделия, изготовленные с применением клеев на полимерной основе, обладают меньшей массой по сравнению с узлами, в конструкциях которых использованы неорганические клеи или механические кре­пежные элементы, и этот факт является основным преимуществом использования полимерных клеев в авиа-космической промышленности, в которой первостепенное значение приобретает создание максимально легких конструкций.

Несмотря на то что использование клеев не входит в учебные планы большин­ства технических учебных заведений, есть много примеров использования клеевых соединений в промышленности. Авиа-космическая промышленность использует клеевые соединения, чтобы реализовать присущие им значительные преимущества при создании большого числа разнообразных конструкций. На рис. 1.2 представ­лено схематическое изображение пассажирского самолета Фоккер F-100 (Fokker А-100), на котором показаны узлы, изготовленные с применением клеевых соеди­нений. Очевидно, что многие элементы фюзеляжа, конструкции крыла и корпуса двигателя изготовлены, по крайней мере частично, с помощью клеевых соединений. На рисунке не показано, что в большинстве расположенных внутри салона самоле­та элементов также применены клеевые соединения. Например, панели пола пред­ставляют собой трехслойную конструкцию на основе стеклопластиковых листов с вклеенным между ними известным сотовым заполнителем на основе полимерной бумаги типа Номекс (Nomex)‘. Аналогичный способ использован при изготовлении потолочных панелей. Такие конструкции являются не только легкими, но и доста­точно жесткими. Большинство типов клеев, используемых в авиа-космической про­мышленности, описывается в гл. 8.

Клеи также интенсивно используются и в автомобильной промышленности. На рис. 1.3 показаны узлы автомобиля, в которых используются клеевые соединения. Например, капоты двигателей автомобилей обычно проектируются в виде верхней панели с элементом жесткости. Элемент жесткости соединяют с верхней панелью «вибростойкими» клеевыми слоями, которые позволяют капоту сохранять форму даже при высоких напряжениях и сдвиге при высоких ветровых нагрузках. В по — 1 Номекс — торговая марка фирмы Дюпон (Е.1. DuPont de Nemours Со.).

следних моделях автомобилей лобовое стекло представляет собой неотъемлемую часть конструкции кузова автомобиля и крепится к нему с помощью клеев. Двери автомобиля часто представляют собой клееный сборочный узел, получивший на­звание «фальцованный фланец» {hem-flange), в котором наружная обшивка спрес­совывается вокруг внутренней обшивки и оба элемента конструкции соединяются и уплотняются с помощью клеевого соединения. На рис. 1.4 показан пример исполь­зования клеев при изготовлении каркаса кузова автобуса. Существенное умень­шение массы агрегатов, которое обеспечивает применение клеевых соединений, представляет собой основную причину их интенсивного использования в области совершенствования автомобилестроения. Кроме того, сочетание технологий склеи­вания и точечной сварки (называемой также клеесварным соединением), приводит к снижению шума и вибрации кузова автомобиля.

Клеи находят широкое применение в деревообрабатывающей промышленности. Производители клееной фанеры используют целые цистерны различных типов кле­ев на основе как продуктов природного происхождения, так и синтетических мате­риалов, например, фенолоформальдегидных полимеров.

Аналогичные материалы используют для изготовления древесно-стружечных плит и прессованного картона, которые находят широкое применение в домострои­тельстве. На рис. 1.5 показан строитель, который наносит клей на балки при строи­тельстве здания. При клеевом соединении досок настила с балками пол становится более жестким и в то же время имеет лучшую звукоизоляцию по сравнению с тем, когда в аналогичной конструкции используют только гвозди.

Клеи используют также для изготовления мебели и шкафов. Например, клеи применяют для получения слоистых структур, одним из элементов которых явля­ется материал Formicaприкрепленный к прессшпану. На рис. 1.6 показано нанесе­ние резинового клея способом напыления на фанеру и деревянную панель. После этого оба материала соединяются в виде слоистой структуры для изготовления ме­бели. Клеи также широко используют и в других типах предметов домашнего инте­рьера. Резиновые клеи-мастики используют для крепления напольных и стеновых плиток. Эти материалы рассматриваются в гл. 9. Аналогичные клеи используют для отделки помещений. Облицовку стен также выполняют с использованием кле­евого соединения. В бумажной промышленности, которую можно рассматривать как разновидность деревообрабатывающей промышленности, также используется большая номенклатура клеев. Клеи-расплавы, которые рассматриваются в гл. 10, используют как для уплотнения картонов, так и для вклеивания книг в бумажные обложки. На конвертах и почтовых марках используют клеи, активируемые вла­гой. Относительно новым является предложение о повторном применении клея, названным Post-It[2] [3].

Одной из отраслей промышленности, в которой клеевая технология широко не используется, является электроника. Тем не менее и в микроэлектронной про­мышленности используются клеи в конструкции интегральных схем и при созда­нии электронных устройств. На рис. 1.7 представлен эскиз простой интегральной схемы. Сочетание материалов, используемых для создания такой интегральной схемы, получил название «упаковка». Этот термин отличается от термина «упаков-

ка», который используется на потребительском рынке. Одним из материалов, на­ходящих применение в микроэлектронной упаковке, является клей для присоеди­нения интегральной схемы. Он может обладать проводящими или изоляционными свойствами, и его используют для крепления кремниевого или другого кристалла к выводной рамке. На собранный элемент наносят герметик для защиты схемы от воздействия окружающей среды. Теплопроводный клей используют для крепления теплосъемника к наружной поверхности герметика для сохранения холодного со-

стояния интегральной схемы. Данная отрасль промышленности предъявляет очень жесткие требования к таким клеям в отношении чистоты по содержанию ионов и стабильности на стадиях технологического процесса и эксплуатации в условиях воздействия окружающей среды.

Использование клеев в быту представляет собой быстрорастущий рынок. Факти­чески в некоторых случаях предназначенная для потребителя торговая марка клея является синонимом клеевой технологии. Например, цианакрилатные клеи (описы­ваемые в гл. 8) широко известны как суперклеи (Super-Glue)’. Один из типов липких лент (описываемый в гл. 9) известен как скотч (Scotch tape)[4] [5]. Поливинилацетатные эмульсии, используемые для склеивания деревянных изделий и бумаги, часто на­зывают Elmer’s Glue[6]. Другие клеи также широко представлены на потребитель­ском рынке. Виниловые клеи, которые используются для ремонта таких изделий, как виниловые нагнетательные рукава, представляют собой не только оптимальное решение для потребителя, но также являются превосходным примером одного из основных теоретических принципов адгезии, а именно, диффузионной адгезии, ко­торый рассматривается в гл. 6. Эпоксидные клеи, которые широко используются в авиа-космической промышленности, также присутствуют на потребительском рын­ке в виде двухупаковочных клеев, поставляемых потребителю в тубах или апплика- торных упаковках. Очевидным применением клеев является их использование для герметичной упаковки товаров народного потребления в различные емкости.