Лако-красочные материалы — производство

ВЫБОР КЛЕЕВ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Выбор клея для конкретного назначения — достаточно слож­ная задача, поскольку ассортимент клеев велик, а универсаль­ных клеев нет. При выборе клея следует учитывать природу склеиваемых материалов, условия эксплуатации клеевых соеди­нений (рабочая температура, действующие нагрузки, продол­жительность эксплуатации, окружающая среда и другие фак­торы), условия, которые должны быть обеспечены в процессе склеивания, стоимость клея, а также его цвет, токсичность, го­рючесть и т. д. Тип клея, конструкция изделия и технология склеивания — три тесно связанных между собой фактора [345].

При выборе клея для конкретного материала следует преж­де всего проверить, не ухудшает ли он свойства этого материа­ла. Так, при склеивании металлов клей не должен вызывать их коррозию. Поэтому pH клеев, рекомендуемых для склеива­ния металлов (кроме «благородных» металлов и титановых сплавов), должен быть близок к 7 (в соответствии с ГОСТ 9.902—81 от 6 до 8,5). Клеи должны содержать мини­мальное количество ионов С1~ и SO42- (как правило, их содер­жание ограничивается сотыми долями процента: для С1~ —не более 0,02 и S042- — не более 0,05). Клеи для склеивания се­ребра и меди не должны содержать серу, поскольку она вызы­вает их коррозию. При склеивании меди необходимо учиты­вать, что полиуретановые клеи имеют к ней хорошую адгезию, в то время как эпоксидные клеи — плохую [249].

Для склеивания эластичных материалов, работающих при воздействии изгибающих нагрузок, следует использовать эла­стичные клеи. Такие клеи должны образовывать гибкие покры­тия и обеспечивать достижение адгезии при склеивании под небольшим давлением при заданной температуре за очень ко­роткое время [346].

Клеи, используемые для склеивания тканей и декоративно-от­делочных материалов, не должны их пропитывать. При склеи­вании поверхностей, имеющих трещины или капилляры, нужны клеи с низкой вязкостью, способные в них проникать.

При склеивании резин следует помнить, что резины на осно­ве полярных каучуков хорошо склеиваются полярными клея­ми. Неполярные резины плохо поддаются склеиванию, поэто­му их поверхность необходимо подвергать предварительной об­работке специальными способами. Клеи для склеивания резин должны быть изготовлены на основе тех же или близких по природе каучуков, что и резины. По способности склеиваться каучуки можно расположить в следующий ряд: бутадиеннитриль — ные >хлоропреновые > бутадиенстирольные > натуральный > > бутилкаучук [346].

При выборе клея для соединения отвержденных реактопла­стов следует прежде всего учитывать их полярность, раствори­мость, реакционную способность, структуру поверхности. Ниже показано, какие клеи рекомендуются для склеивания различ­ных пластмасс [347]:

Пластмассы

Фенопласты с рабочей тем­пературой 60—120 °С Фенопласты с рабочей тем­пературой до 200—300 °С

Эпоксидные (стеклопласти­ки, углепластики, боро­пластики, литьевые дета­ли)

На основе полиэфирных смол

На основе кремнийорганиче­ских смол

На основе полиимидов

Желательно, чтобы клей и склеиваемые пластмассы имели близкую химическую природу.

При правильном выборе клея прочность клеевых соединений композиционных материалов ограничивается межслойной проч­ностью самих материалов. Однако даже при одинаковом ха­рактере разрушения клеевых соединении композиционных ма­териалов (по верхнему слою) может наблюдаться различная прочность при испытании на сдвиг. Например, при склеивании углепластика, изготовленного с применением эпоксифенолоани — линоформальдегидного связующего, разрушающее напряжение при сдвиге при 20 °С составляет 11 и 13,5 МПа соответственно для эпоксиполиамидного «лея ВК-9 и фенолокаучукового ВК-13М. Это можно объяснить тем, что в образце, склеенном внахлест, при испытании появляется изгибающий момент и, кроме того, в клеевом соединении наблюдается концентрация напряжений, что приводит к снижению разрушающей нагрузки. Степень влияния изгиба на прочность клеевых соединений при

прочих равных условиях зависит от соотношения модулей упру­гости клея и склеиваемого материала |[265].

При склеивании композиционных материалов желательно использовать эпоксидные клеи, модифицированные каучуками. Немодифицированные клеи, хотя и обладают высокой проч­ностью при сдвиге, имеют незначительные ударную прочность и прочность при отслаивании, что обусловлено малой эластич­ностью. Наиболее высокую прочность клеевых соединений обес­печивают эпоксидные клеи, модифицированные бутадиеннит — рильным или хлоропреновым каучуком [348].

При склеивании пластмасс с металлами возникают допол­нительные трудности при выборе клеев, поскольку на клеевое соединение влияют напряжения, возникающие в результате различия коэффициентов термического расширения склеивае­мых материалов [349]. В этом случае целесообразно применять только эластичные клеи; желательно также, чтобы клей отвер­ждался при комнатной температуре. При выборе металла. для такого соединения необходимо обращать внимание, на его коэф­фициент термического расширения. Так, например, для склеива­ния с боропластиком предпочтительным является титановый сплав, поскольку его коэффициент термического расширения близок к коэффициенту боропластика [342].

Одним из путей повышения прочности клеевых соединений разнородных материалов является использование сочетания двух клеев — эластичного (фенолокаучукового) и хрупкого (например, эпоксидного) [350]. Эластичный клей наносят в ви­де подслоя на склеиваемые поверхности, и после открытой вы­держки (если она требуется) клей подвергают термообработке по рекомендуемому режиму (не соединяя поверхностей). Затем поверхность клея слегка зашкуривают, наносят эпоксидный клей, поверхности соединяют и проводят отверждение по реко­мендуемому для эпоксидного клея режиму. Можно использо­вать также фенолокаучуковый клей с фенолополивинилацеталь — ным ВС-ЮТ, не требующим при отверждении высокого давле­ния. Такие соединения работоспособны при более высоких тем­пературах, чем при сочетании с эпоксидными клеями [263].

При склеивании теплозащитных материалов, имеющих высо­кую термостойкость и невысокую прочность, с металлами для обеспечения работоспособности соединения в интервале темпе­ратур от —120 до 260 °С можно одновременно с клеем приме­нять изолирующую прокладку из волокнистого материала [351]. Такую прокладку толщиной 3,5—4 мм, изготовленную, например, из арамидных волокон, беспорядочно ориентирован­ных друг относительно друга, приклеивают к поверхностям теплозащитного материала и металла; она защищает теплоза­щитный материал от тепловых и механических деформаций, вы­зываемых деформацией металлической конструкции. Для склеи­вания используют также клеи на основе метилфенилсилоксано — вого каучука, так называемые RTV-силиконы.

менения клеев на основе сополимеров метилметакрилата с эфи­рами акриловой кислоты (клей СММ-1), акрилата самоотверж­дающегося технического (клей АСТ-Т) или бутилакрилата. Эти клеи отверждаются при комнатной температуре [89, с. 1121.

Для склеивания органических стекол можно использовать также фенольные клеи, например ВК-14. Клеевые соединения лолучаются прозрачными и бесцветными, достаточно прочными я термостойкими [20, с. 235].

; При склеивании силикатного стекла следует выбирать про­зрачные клеи, которые имеют такой же показатель преломле­ния, как и у стекла, хорошо смачивают стекло и не усажива­ются в процессе отверждения. Чаще всего для этих целей ис­пользуют эпоксидные и полиэфирные клеи. Наиболее термо­стойким является эпоксидный модифицированный клей ВК-28М, выдерживающий воздействие температур до 200 °С, трансфор­маторного масла, ацетона и воды без изменения оптических характеристик [89, с. 107]. Представляет интерес также жидкий клей на основе смеси виниловых соединений и третичного ами­на. Вязкость клея при 20°С составляет 0,2—0,4 Па-с, показа­тель преломления при 20 °С—1,549. Отверждение клея происхо­дит при воздействии УФ-излучения [82, с. 159].

Высокой оптической прозрачностью обладают также клеи на основе низкомолекулярных силоксановых каучуков, что позво­ляет применять их для склеивания ряда оптических деталей, а также конструкций из силикатных стекол и полупроводников [65, с. 48]. Недостатком этих клеев является сравнительно не­высокая когезионная и адгезионная прочность, низкая стой­кость к действию полиметилсилоксановой жидкости и ацетона.

Некоторые специфические требования предъявляют к клеям, предназначенным для склеивания световодов из стекловолокна [115]. Клеи не должны содержать растворитель и иметь вяз­кость, обеспечивающую их растекание по поверхности волокон, хорошее смачивание и затекание в капилляры между волокна­ми. При этом слой клея между волокнами должен иметь равно­мерную толщину. Клей наносят на торцы сложенного в пучки волокна (диаметр пучка примерно 2 мм). При необходимости (для улучшения качества пропитки) клей нагревают до 50— 60 °С. После достижения необходимой глубины пропитки из-
іелия подвергают термообработке по рекомендуемому для клея зежиму. Необходимыми для склеивания световодов свойства­ми обладают клеи ОК-72Ф, ВК-23, ВК-28 и ВК-48, работоспо — юбные соответственно до температур 80, 200, 250 и 400 °С.

Наиболее широко применяемыми для склеивания древеси — чы являются клеи на основе карбамидных смол [228, с. 165]. 3,ля склеивания древесины, эксплуатирующейся в помещении,, хорошо использовать эмульсии поливинилацетата, которые не загрязняют древесину и сравнительно быстро отверждаются под давлением. Фанеру, эксплуатирующуюся под открытым не­пом, склеивают меламиновыми и фенольными клеями; компози­ционные древесные материалы, используемые под открытым небом, склеивают резорциновыми, а используемые внутри по­мещений— карбамидными или казеиновыми клеями. ,

Учитывая, что резорциновые клеи являются относительно­дорогостоящими и дефицитными, применяют также фенолоре­зорциновые и алкилрезорциновые клеи, получаемые при терми­ческой переработке эстонских горючих сланцев (например, алкилрезорциновый клей ДФК-1АМ и алкилрезорцинфенольный ДФК-14) [344, с. 63]. Клеевые соединения, выполненные этими клеями, по своим свойствам незначительно уступают соедине­ниям на резорциновых клеях. ‘)

Весьма перспективным является применение в качестве клеев порошкообразных карбамидных смол. Именно благодаря им создана высокоэффективная технология производства дре­весно-стружечных плит с одновременной отделкой их поверх­ности декоративными покрытиями [7, с. 49]. При выборе карба­мидных клеев следует обращать внимание на содержание в их составе свободного формальдегида. В разработанном в послед­нее время клее КБФ25-В-К содержание формальдегида не пре­вышает 0,8% [89, с. 35]. Перспективно также применение карб­амидных клеев, модифицированных бензогуанамином, которые отличаются длительным сроком хранения.

При выборе клеев для древесины следует учитывать, явля­ется ли она натуральной или модифицированной, поскольку использование модификаторов, как правило, приводит к сниже­нию прочности клеевых соединений. Для обеспечения высокой прочности клеевых соединений модифицированной древесины модификатор следует отверждать не полностью [344, с. 79]. В табл. 5.1 приведены данные о прочности клеевых соединений модифицированной и немодифицированной древесины при склеивании фенольными клеями КБ-3 и КФБ, резорциновым ФР-12 и алкилрезорциновым ФР-100.

При склеивании древесины важно, чтобы влажность ее раз­личных участков была одинаковой, иначе после склеивания происходит коробление и деформация, что приводит к сниже­нию прочности клеевых соединений. Как правило, оптимальная влажность составляет 8—12%, предельно допустимая—15%. Применение при склеивании предварительно нагретой древеси-

ла, поливинилового спирта, а также эмульсии на основе поли винилацетата и акриловой смолы.

Универсальными КЛеЯМИ, КОТОрЫе МОЖНО Применять ДЛ5 склеивания различных материалов (металлов, пластиков, резин стекла и др.), являются клеи-расплавы |[353]. Основные преиму­щества клеев-расплавов — быстрота склеивания, способності хорошо заполнять зазоры, возможность склеивать поверхностг без специальной обработки, длительный срок хранения, отсут ствие отходов. Недостаток этих клеев — ограниченная открыта? выдержка после нанесения на поверхность. Эти материалы мож­но исиользовать для склеивания как пористых, так и непори стых материалов.

Клеи-расплавы можно наносить полуавтоматическим руч ным пистолетом, что делает весьма удобной работу с нимі [354]. При большом объеме работ пистолет может быть соеди нен с компрессорной установкой. Через 20 мин после склеива ния можно удалить избыток выступающего на склеиваемую по верхность клея-расплава, а через час соединения могут под вергаться полной нагрузке.

Весьма важен правильный выбор клеев при оклеиваниі трудносклеиваемых материалов, например полиэтилена, поли пропилена и фторопластов [263]. Для временного соединены? фторопластов можно применять клеи на основе полиизобутиле на или бутилкаучука, при этом предварительная подготовь поверхности не требуется. При использовании кремнийорганиче ского клея, отверждающегося в присутствии пероксида или бу тилтитаната за несколько минут при 100—200 °С, удается по лучить прочные клеевые соединения.

Без предварительной подготовки поверхности полиэтилен и полипропилен можно оклеивать некоторыми клеями-расплава­ми. Прочность таких соединений при растяжении составляет 1,1 МПа [355].