Лако-красочные материалы — производство

Для достижения требуемой прочности клеевых соединений фактически для всех клеев (кроме липких лент) необходимо утверждение. Процесс отверждения проводят после нанесения елея на склеиваемые поверхности. Технологический процесс иожет включать также стадию удаления летучих компонен­тов из клея (например, растворителя) после нанесения его за склеиваемые поверхности. Параметрами отверждения кле­їв являются температура и продолжительность, а также дав­ление склеивания. Иногда, в частности при склеивании мате­риалов, подверженных окислению, отверждение проводят в атмосфере инертного газа.

Температура отверждения клеев может быть в пределах от комнатной до 315 °С. Клеи холодного отверждения можно от­верждать и при повышенных температурах, что позволяет со­кратить продолжительность отверждения, улучшить смачива­ние клеем субстрата, повысить прочность клеевых соединений.

Поскольку все полимеры и большинство наполнителей, Ц пользуемых для получения клеев, имеют низкую теплопровщ ность, отверждение и последующее охлаждение сопровожд; ются возникновением в клеевом соединении больших темпер; турных градиентов. Температурные градиенты еще в больше степени возрастают, если отверждение сопровождается экзс термическим эффектом, что влечет за собой появление нео( ратимых деформаций и как следствие этого — остаточныхн; пряжений. Регулируя скорость изменения температуры пр проведении склеивания, можно влиять на остаточные напр) жения и прочностные характеристики клеевых соединени [46, с. 12]. В процессе отверждения при повышенной темш ратуре очень важно, чтобы нагрев был равномерным по все склеиваемой поверхности, в противном случае могут возиш нуть локальные внутренние напряжения. Охлаждать клеевы соединения после отверждения следует медленно.

В качестве нагревательных приборов можно использоват печи (термостаты), нагревательные прессы, ИК-лампы, ж изолированные нагреватели и др. Неизолированный нагреве тель представляет собой нагреваемую электрическим токої металлическую пластину, обладающую большим сопротивле нием; он весьма удобен, например, при ремонтных работа) Вместо неизолированных нагревателей можно использоват проволоку с большим сопротивлением, например нихром, хрс мель [222]. Температуру в процессе отверждения можно коні ролировать термопарой.

Режим отверждения существенно влияет на характеристи ки клеевых соединений [307]. Так, отверждение клеевой ком позиции на основе диановой эпоксидной смолы и 4,4′-диами нодифенилметана при невысоких температурах приводит вое новном к образованию линейного полимера с редкими поперечны ми связями и низкой температурой стеклования. С повышение) температуры отверждения образуется сетчатый полимер с высо кой температурой стеклования, и прочность клеевых соединени возрастает. Для клеевых соединений с одинарной нахлесткої наблюдается когезионное разрушение при степени отвержденж 70—90% и адгезионное — при 90—100%- Для соединений с двой ной нахлесткой адгезионное разрушение наблюдается всегда при этом прочность соединений со степенью отверждения 70— 90% составляет 26,4 ±2,6% от прочности соединений со степеньк отверждения 90—100%.

Для некоторых клеев, например на основе полигетероари ленов, после отверждения требуется термообработка. На при мере полиимидного клея NR-150 показано, что проведенні термообработки при 316 °С в течение 16 ч приводит к повы шению прочности клеевых соединений титанового сплав; (при 316 °С) в 1,5—2 раза. Прочность при сдвиге клеевых со

тинений, не подвергнутых дополнительной термообработке, вставила 18 и 10,2 МПа при 20 и 316 °С, после дополнитель — ой термообработки соответственно 24,5 и 15,8 МПа [308].

Для отверждения применяют резисторный и индукционный агрев, а также инфракрасные, ультрафиолетовые, электрон — ые, лазерные, плазменные и рентгеновские лучи, лучистую нергию, ультразвук, высокочастотные колебания, нагрев с омощью микроволн [309]. Применение некоторых из пере — исленных выше способов нагрева эффективно с точки зрения кономии энергии. Например, в случае электронных и УФ-лу — ей эффективно используется соответственно 5 и 10% энергии, то время как при отверждении клеев в термостатах только % [310]. При выборе способа отверждения клеев необходи — о учитывать экономическую целесообразность применения аждого конкретного способа.

Процесс отверждения значительно ускоряется в поле токов ысокой частоты (ТВЧ) напряженностью 150—500 В/см при астоте 20—27 МГц [311, 312]. После обработки в поле ТВЧ течение 30—90 с повышаются температура стеклования и рочностные характеристики по сравнению с аналогичными арактеристиками, полученными, например, после отвержде — :ия эпоксидных клеев при комнатной температуре в течение 4 ч и последующей обработке при 60—80 °С в течение 24— i2 ч. Данные рентгенографии свидетельствуют о том, что ермообработка в поле ТВЧ приводит к перестройке надмо — іекулярной структуры полимера — возрастает степень ее упо — іядоченности. Клей ВК-9, отверждаемый при комнатной тем — іературе за 24 ч с образованием 82,3% нерастворимых про­ектов, в поле токов высокой частоты отверждается за 1 мин г5 с с образованием 96,8% нерастворимых продуктов.

Для склеивания можно использовать установки ТВЧ, на — іример типа ВЧИ-25/440 [234, с. 18]. Весьма эффективно при­менение этого способа при склеивании инструмента, при этом ірочность клеевых соединений и ударная вязкость при сдвиге ювышаются. Так, прочность при сдвиге (сжатие) и ударная іязкость клеевых соединений сталь 45 — твердый сплав Т15К6, зыполненных таблетированным клеем КТИ-1 на основе эпок- шноволачной смолы, составляют 63 МПа и 18,9 кДж/м2 при зтверждении в термостате при 180 °С в течение 3 ч и 75 МПа г 23,4 кДж/м2 при отверждении на установке ТВЧ 1—2 с.

Отверждение в поле ТВЧ используют главным образом при жлеивании металлов или металлов с непроводниками (со пеклом, полимерными материалами). При склеивании непро — зодников в клей добавляют ферромагнитный порошок, напри- иер оксиды металлов [313].

При склеивании клеями-расплавами древесины также мож — ю использовать высокочастотный нагрев (сила тока 0,4 А, іастота 40,6 Гц). Прочность склеивания в значительной мере

В качестве источника радиочастотного излучения при скл ивании клеями на основе фенолоформальдегидных смол таннина можно использовать генераторы мощностью 6 кВ Напряжение при склеивании поддерживают равным 3,6­4,0 В/см2 [314].

При отверждении под действием ультразвука повышает» текучесть клеев, снижаются остаточные напряжения и увел чивается прочность клеевых соединений. Однако это относи ся только к склеиванию однородных термопластичных матер алов. Склеивание этим методом разнородных термопластов і эффективно, а термореактопластов—вообще невозможно. Вв денне между слоями пластиков различных пленочных кле» приводит к повышению прочности соединений [315].

При использовании различных пленок прочность склеив ния различна: максимальная прочность при сдвиге (8,3 МШ и наименьшая продолжительность обработки ультразвуко (1 с) для пары полифениленсульфид — фенольный пласті получены при давлении 2 МПа при использовании в качесті основы клея сополимера этилена с винилацетатом; для пар полифениленсульфид •— полиацеталь экстремальные значені прочности (6,5 МПа) и продолжительности обработки (2 с при давлении 2 МПа получены в случае использования кле на основе феноксисмол. Клеи на основе сополимеров этилеь с винилацетатом являются также лучшими для пары полиф ниленсульфид — ударопрочный полистирольный пластик.

Наилучшим материалом для склеивания полифенилеї сульфида с алюминием является клей на основе феноксисмо.

Для отверждения акриловых клеев используют УФ-излуЧ’ ниє і[316, 317]. Для генерирования радикалов под действие УФ-света в клеи вводят различные добавки, например карб» нильные соединения, серусодержащие органические соедин ния и др. Отверждение под действием УФ-лучей проводі при более низких температурах, чем обычное термическое О’ верждение. Это является существенным преимуществом даі ного метода перед другими традиционными способами отве] ждения, поскольку, во-первых, снижаются энергетические з; траты, а, во-вторых, устраняются проблемы, связанные с чуі ствительностью некоторых склеиваемых материалов к темп» ратуре. Однако этот способ довольно дорог, так как стоимост УФ-лампы велика, а расчетное время ее работы 2000 ч. Кр» ме того, пропускная способность различных материалов п отношению к УФ-лучам различна, что приводит к неравн» мерному отверждению. Состав побочных продуктов, образ? ющихся при УФ-отверждении клеев, а также степень их опа» ности пока не выяснены.

Радиационное отверждение клеев также имеет ряд пр< имуществ [318]. Прежде всего — это возможность быстрог отверждения при комнатной температуре под давлением; и» пользование однокомпонентных клеев; применение клеящи

1C. 4.4. Зависимость прочности клеевых соединений, выполненных клеями на лове дивинилбензола (7), триаллилцианурата (2) и стирола (3), от темпера­туры после радиационного отверждения при 80 °С в течение 20 ч (4—6).

эмпозиции, имеющих при комнатной температуре практиче — <и неограниченный срок хранения; отсутствие термических апряжений, часто возникающих в конструкциях при склеива- ии при высоких температурах; меньший расход энергии, а акже большая монолитность клеевого слоя.

Под действием ускоренных электронов отверждают конст — укционные клеи на основе ненасыщенных полиэфирных смол, родуктов взаимодействия акриловых мономеров с эпоксида — ;и и др. [319]. На примере трех клеев, полученных на осно — е дивинилбензола (две двойные связи в молекуле), триаллил — ианурата (три двойные связи) и стирола (одна двойная вязь), было показано влияние количества двойных связей в юлекуле на термостойкость клеевых соединений после радиаци- нного отверждения. Установлено, что по мере увеличения со — .ержания двойных связей в молекуле клеящего вещества по — ышается прочность клеевых соединений, особенно при повы — аенной температуре испытания (рис. 4.4). Двойные связи в іазличньїх соединениях имеют различную активность при воз- щйствии ускоренных электронов. Так, при отверждении клея іа основе полиэтиленгликольмалеинатметилтетрагидрофтала — га даже при дозе 20 Мрад остается 60% непрореагировавших [войных связей, и эта величина при дальнейшем отверждении іе изменяется, а при отверждении полиэтиленгликольфума — )атметилтетрагидрофталата двойные связи ведут себя более

1КТИВНО.

Кинетика отверждения клеев на основе ненасыщенных со­единений под действием ускоренных электронов существенно сличается от кинетики отверждения обычными методами (с по­мощью пероксидов и УФ-излучения). При классическом от- зерждении ненасыщенных полиэфиров радикалы образуются постепенно, гелеобразование происходит ступенчато и, нако­
нец, наступает полное отверждение системы. При активаи электронным лучом радикалы образуются сразу и в 6oj том количестве, композиция отверждается за 1/300—1/3000 [320].

В некоторых случаях радиационное отверждение привод к образованию клеевых соединений с низкой прочностью. Тг прочность соединений, выполненных полиимидным клеем, ПС ле радиационного отверждения составила 2,5—3,2 МПа, что, в видимому, связано с повышенной хрупкостью полиимидного кл после радиационного отверждения [319].

При отверждении клеев можно использовать постоянн магнитное поле. В зависимости от химической природы клея типа склеиваемых поверхностей прочность клеевых соедин ний может повышаться от 35—40% до 1,5—2,8 раз [2, с. 8£ На адгезионную прочность влияют также напряженность п ля и продолжительность обработки. По-видимому, магнитн поле влияет на характер адгезионного контакта, способств; возникновению более упорядоченной структуры и оказыв; упрочняющее воздействие на полимер.

Важным технологическим фактором является давлені склеивания, которое определяется типом используемого кле размером клеевых соединений, качеством их подгонки. Давл ние не только фиксирует положение склеиваемых поверхносте но и способствует улучшению смачивания клеем субстрата следовательно, заполнению микронеровностей поверхност Кроме того, давление препятствует выделению летучих пр> дуктов, образующихся в процессе отверждения клея, что ис лючает образование пористого непрочного клеевого шва.

Давление — важный параметр технологического процесс склеивания, который регламентируется технической докумеї тацией на клеи. Как правило, при отверждении жидких и паї тообразных клеев требуется незначительное давление — толі ко для фиксации склеиваемых поверхностей. Так, при отве] ждении пастообразных эпоксидных клеев давление может с< ставлять всего 0,01 МПа. При использовании пленочных клі ев давление требуется для улучшения текучести клея; он должно быть в пределах от 0,3 до 1,4 МПа. Для того, чтоб исключить образование пористого клеевого шва при использс вании клеев, отверждающихся по механизму поликонденсаци (с выделением газообразных продуктов), давление може быть повышено до 2 МПа. Давление никогда не должно быт выше указанного в документации на клей, поскольку это мс жет повлечь за собой вытекание клея и образование «голо; ного» клеевого соединения.

Существует ряд клеев, при склеивании которыми давленг не требуется. К ним относятся липкие клеи, при использов* нии которых контакт и фиксация склеиваемых поверхносте осуществляются путем прикатки роликом. Иногда в клеи, в част ности предназначенные для приклеивания декоративно-отдело1 s и теплоизоляционных материалов, специально вводят соеди — [ия, обеспечивающие их липкость, для того чтобы без давления слеивать эти материалы на поверхности.

Для обеспечения давления в процессе формирования кле — >го соединения могут быть использованы различные грузы, >убцины, гидравлические прессы, гидравлические и вакуум­е мешки, автоклавы. Необходимо помнить, что прессы жно использовать только для склеивания плоских поверх — стей. При склеивании в вакууме в некоторых случаях мо — :т образоваться пористый клеевой шов, а при склеивании в гоклаве — искажаться форма склеиваемого изделия. На с. 4.5 показано влияние способа создания давления на свой — ш клеевых соединений. Подробно оборудование для склеи — ния под давлением рассмотрено в [131, с. 264].