Лако-красочные материалы — производство

Кардашов Д. А.

Еще сравнительно недавно область использования клеев огра­ничивалась главным образом склеиванием дерева, бумаги, кожи, резины, фарфора, стекла, целлулоида и некоторых других материа­лов. В производстве фанеры, мебели, музыкальных инструментов, в переплетном и канцелярском деле, в обувной промышленности, а также в быту для ремонта предметов домашнего обихода ис­пользовались клеи на основе веществ природного происхожде­ния — мездровые, костные, альбуминовые, казеиновые и клеи из натурального каучука. Большая часть этих клеящих материалов не обладает атмосферостойкостью, подвержена гниению, вследствие чего клеевые соединения быстро утрачивают свои прочностные свойства.

Современные синтетические клеи склеивают любые материалы, образуя высокопрочные долговечные соединения, способные ра­ботать в широком интервале температур и в любых климатических условиях.

Первыми промышленными синтетическими клеями были клеи для дерева на основе фенолоформальдегидных и позднее карб — амидных смол. Применение этих клеев в деревообрабатывающей промышленности явилось значительным шагом вперед, так как по­зволило надежно соединять различные породы дерева при изготов­лении фанеры, мебели и других изделий.

Развитие химии полимеров привело к дальнейшим успехам в деле создания синтетических клеящих материалов. Карбиноль — ный клей, представляющий собой полимер диметилвинилэтинил- карбинола, разработанный в 1940 г. академиком И. Н. Назаровым, и клеящие композиции на основе совмещенных фенолоформальде — гидных и поливинилацетальных смол, созданные несколько позднее проф. Г. С. Петровым с сотр., значительно расширили область применения синтетических клеев. С помощью этих клеев оказалось возможным склеивать не только неметаллические материалы, но и различные металлы, а также металлы с неметаллическими ма­териалами.

В последнее время создано большое число клеев на основе тер­мореактивных полимеров и различных термопластов и эластоме­ров. Разработаны клеи на основе эпоксидов, полиуретанов, поли — гетероариленов, полиэфиров, полиамидов, модифицированных фе­нолоформальдегидных смол, синтетических каучуков, а также органических полимеров, совмещенных с различными элементоор — ганическими соединениями. Теплостойкость таких клеев достигает 350 °С. Большой интерес представляют клеи на основе элементо- органических и неорганических полимеров, теплостойкость которых 1000 °С и выше.

Современные клеи пригодны Для склеивания различных пласти­ческих масс, силикатного и органического стекол, натуральной и искусственной кожи, каучуков и резин, фарфора, керамики, бето­на, графита, бумапи, различных пород дерева, хлопчатобумажных и шерстяных тканей, изделий из синтетических волокон, а также стали, серебра, меди, алюминиевых, магниевых, титановых сплавов и других металлов и неметаллических материалов.

Важным свойством соединений на основе синтетических клеев является их атмосферостойкость, способность противостоять корро­зии и гниению. В ряде случаев клеевые соединения обеспечивают герметичность конструкций.

Исключительный интерес для машиностроения и многих дру­гих областей техники представляет склеивание металлических кон­струкций. В этом случае достигается выссжая прочность, в особен­ности при склеивании тонких листов, частичное или практически полное устранение концентрации внутренних напряжений, харак­терное для клепаных и сварных соединений, а также большая дол­говечность по сравнению с клепаными или монолитными конструк­циями. Кроме того, в ряде. случаев снижается стоимость произ­водства, уменьшается вес конструкций, значительно упрощается технология изготовления машин и агрегатов.

Большое значение имеют клеи для авиационной промышленно­сти, где применяются клееные металлические, а также стеклопла — стиковые конструкции. Применение синтетических клеев в авиаци­онной технике позволяет создать конструкции с гладкой наружной поверхностью, что значительно улучшает аэродинамические харак­теристики изделий. Большое значение клеевые соединения приоб­рели в вертолетостроении, где с их помощью изготовляются ме­таллические и стеклопластиковые лопасти несущих винтов с вы­соким ресурсом работы. В автомобиле — и тракторостроении клеи применяются для приклеивания тормозных накладок к металлу, что является более эффективным по сравнению с другими видами крепления.

Склеивание металлов и других конструкционных материалов распространено при изготовлении различных конструкций и изде­лий в судостроении, строительной технике, электротехнической, ра­диотехнической и химической промышленности. Клеи применяются в абразивной технике, при изготовлении инструментов, в медицине и т. д.

Очень широко клеи используются для склеивания разнообраз­ных неметаллических материалов и приклеивания их к металлам.

Однако клеи имеют ряд недостатков, которые необходимо учи­тывать. Серьезным недостатком большинства клеев является отно­сительно низкая теплостойкость (до 350 °С). Правда, новые клеи на основе элементоорганйнеских и неорганических полимеров мо­гут работать при температурах, превышающих 1000 °С, однако многие из них не обладают достаточной эластичностью, что пока ограничивает возможности их ^применения.

Недостатком клеевых соединений является их небольшая проч­ность при неравномерном отрыве, а также необходимость во мно­гих случаях склеивать ими при нагревании. Отсутствие надежных методов определения прочности клеевых соединений без разруше­ния конструкции в определенной степени препятствует широкому внедрению клеев в некоторые отрасли промышленности.

Современная техника предъявляет к клеям и клеевым соедине­ниям разнообразные требования. Клеи должны быть удобны в при­менении, иметь достаточный срок хранения и по возможности не содержать токсичных веществ. Клеевые соединения металлов должны обладать высокой прочностью, которая определяется ха­рактером и значением напряжений, возникающих в конструкции в условиях ее эксплуатации. Чаще всего при проектировании ме­таллических конструкций расчет клеевых соединений ведется по следующим основным показателям: разрушающее напряжение при сдвиге дпри комнатной температуре должно быть 200—400 кгс/см2), предел выносливости при сдвиге (в течение 106 циклов — от 40 до 80 кгс/см2) и длительная прочность при сдвиге (200 ч — от 80 до 120 кгс/см2). В ряде случаев клееные конструкции должны обес­печивать прочность при неравномерном отрыве до 50—80 кгс/см. Очень важным является требование долговечности клеевых соеди­нений в любых климатических условиях, а также прочность при температурах эксплуатации. Клеевые соединения неметаллических материалов должны иметь прочность, близкую к прочности склеи­ваемых материалов.

Итак, клеи представляют собой вещества или смеси веществ органической, элементоорганической или неорганической природы, которые благодаря сочетанию таких свойств, как хорошая адге­зия, механическая прочность в требуемом интервале температур, отсутствие хрупкости, минимальная усадка при отверждении и т. д,. пригодны для прочного соединения различных материалов [1, т. 1, с. 1035].

Под адгезией принято понимать сцепление, возникающее меж­ду двумя приведенными в соприкосновение разнородными мате­риалами. В случае клеевых соединений адгезия—это сцепление между клеящим веществом (адгезивом) и склеиваемой поверх­ностью (субстратом) [2, т. 1, с. 22].

Рассматривая процессы склеивания, необходимо учитывать и когезию (когезионную прочность материалов)—сцепление моле­кул внутри физического тела под действием сил притяжения [3, т. 1, с. 1039]. Между молекулами адгезива и субстрата возникают различные связи: слабые межмолекулярные, сильные — химиче­ские. Промежуточное положение занимает водородная связь [4].

Рассматривая адгезию как результат взаимодействия молекул адгезива и субстрата, можно утверждать, что для образования прочного соединения оба контактирующих материала должны со­держать способные к взаимодействию функциональные группы. Таким образом, адгезионные и когезионные характеристики, а сле­довательно, и прочность клеевых соединений определяются в ос­новном химической природой и структурой взаимодействующих материалов [5, 6].

Рассмотрим коротко основные положения теории адгезии, роль поверхностных явлений и процессов, протекающих при образова­нии клеевых соединений. Кроме того, ниже будут рассмотрены во­просы, связанные с влиянием строения, структуры и молекулярно­го веса полимеров на их клеящие свойства, а также влияние при­роды и состояния поверхности склеиваемых материалов, условий формирования клеевых соединений на процесс склеивания и проч­ность соединений.