Основы технологии склеивания. Использование клеев

Использование клеев включает в себя несколько последовательных этапов: хранение клея, приготовление его и способы нанесения.

ХРАНЕНИЕ КЛЕЯ

Для того чтобы сохранить имеющиеся клеи, необходимо соблюдать требования к условиям их хранения, как для увеличения срока хранения, так и для Вашей личной безопасности (возможность пожара или нанесения вреда Вашему здоровью)

ПРИГОТОВЛЕНИЕ КЛЕЯ

Процесс требует особого внимания, так как ошибки на этом этапе сделают бессмысленной всю последующую работу, а о результатах Вы узнаете только в самом конце когда они Вас разочаруют. Если клей хранился при пониженной температуре, то перед тем, как им воспользоваться, ему следует дать согреться до температуры применения, чаще всего — до комнатной, но для некоторых, например клеев-расплавов, эта температура будет значительно выше. Когда процесс приготовления клея заключается в смешении отдельных компонентов, необходимо выдержать точное соотношение этих компонентов, если хотите получить максимальную прочность склейки. Особенно это относится к случаям каталитических реакций (отверждение эпоксидных смол отвердителями). Недостаток отвердителя приведет к неполному отверждению смолы, что проявится повышенной хладотекучестью и низкой адгезией, избыток же даст хрупкий отвержденный материал и также низкую адгезию. Помимо всего, непрореагировавший со смолой отвердитель вызывает коррозию склеиваемых металлов.

Внимательно ознакомьтесь с инструкцией по приготовлению!

НАНЕСЕНИЕ КЛЕЯ

Правильно выбранный способ нанесения на предварительно приготовленную соответствующим образом поверхность субстрата позволяет распределить клеевой материал в виде равномерной пленки заданной толщины. Выбор способа нанесения определяется с учетом физических свойств клея, формы и размера склеиваемых поверхностей, возможности использования необходимых инструментов и приспособлений. Для пленочных и капсулированных клеев выбор способа нанесения ограничен размещением его между склеиваемыми поверхностями. Клеи же, поставляемые в жидком, пастообразном, гелеобразном видах, могут быть нанесены следующими способами.

Нанесение кистью

Весьма распространенный способ, позволяющий наносить большинство жидких клеев на выбранные участки поверхности без применения трафарет или каких-либо временных защитных покрытий, иногда весьма сложной формы. При этом регулировать толщину клеевой пленки довольно трудно, возможно появление участков с недостаточной толщиной, а местами наплывов. Качество нанесения в очень большой степени зависит от аккуратности и ловкости производящего эту работу. Такой способ нанесения не может быть рекомендован для высокопроизводительных поточных работ, а лишь для применения в быту и мелких малосерийных производствах.

Совет — наиболее качественное покрытие получается при нанесении клея не кистями, а мягкими щетками.

Нанесение поливом

Способ пригоден только для нанесения клеев на плоские поверхности. Обычно используется шприц с соплом для подачи текучих материалов под давлением или снабженная кистью головка с насосом для непрерывной подачи клеёв, которые обеспечивают распределение жидкого материала на больших поверхностях. Если сравнивать с предыдущим способом, то здесь достигается лучшее регулирование толщины клеевого слоя.

Нанесение распылением

Для применения этого способа можно воспользоваться оборудованием для окраски и распылением. Способ хорош для нанесения жидкого клея на большие поверхности неровного профиля. Он позволяет, при условии контроля консистенции клея получать покрытия, еще более ровные, чем предыдущим способом.

Однако, используя его, учитывайте возможность вредного Воздействия на организм тумана, паров распыляемого клея, а также их взрыво- и пожароопасность. Необходимо наличие соответствующей вентиляции!

Нанесение валками

Перенос клеящего материала осуществляется валком, частично погруженным в клеящий материал. Субстрат протаскивается по валку, и клей непрерывно переносится с поверхности валка на поверхность субстрата, нанося равномер¬ный слой. При этом могут быть установлены дополнительно ролики, регулирующие прижим субстрата к валку, что регулирует изменение толщины клеевого слоя. Способ обеспечивает максимальную производительность, получение наи¬более равномерной толщины клеевого слоя и минимальные непроизводительные потери клеевой композиции. Применение же ручных валков мало отличается от нанесения кистью и сохраняет все недостатки этого метода.

Нанесение ножевым устройством

В этом методе используется так называемый ракель, или ножевое устройство - плоский или круглый стержень, регулирующий нанесение клея, который наливается на листовой материал, перемещающийся под ракелем. Зазор между ребром ножа и поверхностью субстрата и определяет толщину клеевого слоя. Этот метод позволяет очень равномерно наносить довольно вязкие композиции. Применение ручного ракеля дает возможность наносить довольно ровно геле- и парообразные клеи на плоские поверхности (метод удобен для нанесения вязких и для облицовочных материалов и большинства строительных мастик и герметиков).

Нанесение способом шелкографии

Этот способ необходим в случаях обеспечения нанесения клеевого слоя только на определенные участки поверхности или по заданному рисунку. Для этого метода используется полиграфическое оборудование, временные защитные покрытия и ручные трафареты.

Нанесение из расплава

Этот способ для клеев, относящихся к категории клеев-расплавов. Нагрев до достижения текучего состояния позволяет использовать нанесение поливом, валиками, ножевыми устройствами. В настоящее время широкое применение имеют ручные пистолеты с соплом и ручной подачей клеящих стержней в зону плавления.

СПОСОБЫ СКЛЕИВАНИЯ

Есть разные способы сборки клеевых соединений, которые меч быть приспособлены к конкретным условиям. Эти способы должны удовлетворять следующим требованиям, играющим важную роль в успешной склейке.

Мокрое склеивание

Клей наносится на поверхность: либо на одну, либо на другую, либо сразу на обе склеиваемые поверхности, после чего поверхности немедленно соединяют и фиксируют. Способ пригоден для склеивания непористых субстратов в случаях, когда в рецептуре клея нет растворителей (эпоксидные смолы с катализаторами, цианакрилатные клеи, акрилаты, полиэфирные смолы, клеи-расплавы и т.д.). Если же в клее присутствуют растворители, то мокрое склеивание приведет к образованию дефектов в клеевом слое после отверждения. В случае, когда один из субстратов пористый, мокрое склеивание годится для любого клея, который способен смочить поверхности, так как пористый субстрат не препятствует удалению растворителей из зоны склейки. Время фиксирования склеиваемых деталей при использовании клеев, содержащих растворители, можно уменьшить путем предварительной частичной сушки клеевого слоя до липкого состояния (открытая выдержка). Длительность открытой выдержки обычно устанавливается производителем клея, но зависит от температуры окружающей среды, влажности и переменных факторов (наличие обдува и температура подаваемого воздуха. Нанесение клея на обе поверхности способствует получению более прочного соединения, но удлиняет период открытой выдержки.

Склеивание за счет реактивации

При этом способе клей обычно наносится на обе склеиваемые поверхности, после чего их подвергают открытой выдержке до полного его высыхания («сушка до отлипа» — клей не липнет к пальцу). Этот способ хорош для больших поверхностей, когда трудно контролировать равномерность процесса сушки.

Следующий этап — собственно реактивация клея. Для этого существуют два основных способа: реактивация растворителем и реактивация нагреванием.

Реактивация растворителем. Этот способ заключается в увлажнении высушенной клеевой пленки прямо перед соединением поверхностей подходящим быстро высыхающим растворителем. Способ годится для клеев, которые могут активироваться при воздействии растворителей (клеевые композиции на основе термопластичных смол и каучуков).

Реактивация нагреванием. Этот процесс может быть использован в том случае, если сам субстрат обладает достаточной теплостойкостью, поскольку склеиваемые элементы перед соединением (но после нанесения и сушки клеевого слоя) нагревают. Температура при этом должна быть достаточной либо для химической активации нанесенного клея (полиэфирные клеи с добавками изоцианатов, клеи на основе каучуков с активирующими добавками), либо для его расплавления (клеи на основе битумов, восков, канифоли и др.).

Для метода склейки за счет реактивации очень важно предохранить поверхность после нанесения на нее клея от загрязнения и пыли до момента склейки!

Склеивание за счет липкости

Применение способа ограничено клеящими материалами, способными в высушенном состоянии сохранять липкость в течение достаточно длительного времени (клеи на основе различных латексов). Готовое клеевое соединение получается за счет контакта между поверхностями (на одну из которых или на обе нанесен клей) и сжатия их, в результате чего обеспечивается формирование клеевого шва. В случае, когда клей наносился на обе поверхности, этот способ именуется «контактным склеиванием», и механизм его объясняют самоклеящими свойствами некоторых клеев. Для предохранения липких клеев от загрязнений необходимо применять разделительные (защитные) слои — полиэтилен, целлофан, ламинированную бумагу.

Отверждение

Для клеев определенных типов необходим этап отверждения. Такие клеи могут применяться как в пленочном, так и в жидком виде. Жидкие — в результат воздействия катализаторов. Клеевую композицию в виде предварительно подготовленной смеси компонентов необходимо успеть нанести в течение срока я жизнеспособности, пока обеспечивается хорошее распределение клея и смачивание им поверхности. После нанесения необходима выдержка в течение времени, достаточного для отверждения клея (эпоксидные, полиэфирные смолы). При использовании клеев холодного отверждения детали приходится выдерживать фиксированном состоянии в течение нескольких часов или даже суток. Использование клеев горячего отверждения позволяет сильно сократить это время. Пленочные клеи, армированные или не армированные ткаными материалами, не создают проблем с липкостью, удалением растворителя, которые характеры для многих жидких клеев. Пленка кроится по шаблону, укладывается между склеиваемыми поверхностями, после чего прикладывается давление и обеспечивается нагрев.

Другие способы склеивания

ДЕФЕКТЫ СКЛЕИВАНИЯ

Основными причинами дефектных склеек являются:

СПОСОБЫ ОТВЕРЖДЕНИЯ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

При использовании клеев, содержащих растворители, и пористых субстратов для отверждения клея, оказывается, достаточно обеспечить удаление растворителя при температуре окружающей среды, для некоторых термореактивных клеев холодного отверждения необходима еще дополнительная выдержка под давлением, а для клеев горячего отверждения — еще и воздействие тепла. Отверждение может происходить под давлением от 7 до 1000 кН/м².

Для керамических клеев, адгезия которых зависит от температуры спекания, температура отверждения может достигать 1800°С.

Внимательно читайте инструкцию!

Отверждение за счет прямого нагревания

При подобном методе нагревания следует учитывать, что температура соединения растет медленнее температуры окружающей среды, и для уверенности в том, что клеевой шов достиг необходимой температуры, следует либо давать выдержку по времени с запасом, либо контролировать температуру клеевого шва непосредственно (термопара или термометр в зоне склейки).

Печи. Наиболее распространенный способ нагрева клеевых соединений, п скольку позволяет пользоваться устройствами, обеспечивающими приложен! давления к соединяемым деталям (например струбцинами). Для хорошей регу¬ляции температуры и равномерного распределения тепла по объему печи лучше применять печи с замкнутой циркуляцией воздуха, но в любом случае передача тепла к склеиваемым изделиям — довольно медленная.

Жидкие ванны. В них для передачи тепла до 100°С используют различные жидкости, выше — минеральное или силиконовое масло. Кремнийорганические жидкости — это эффективные, нетоксичные теплоносители для отверждения при температурах до 300°С. Часто возникает необходимость обеспечить отсутствие прямого контакта между клеевым слоем и теплоносителем, так как вода или смазка могут разрушить клеевой шов. Эффективность отверждения клея данным способом зависит от теплопроводности склеиваемого субстрата.

Прессы или плиты для горячего прессования. В оборудовании этого типа используются либо электронагреватели, либо пар для нагрева пластин, между которыми находится склеиваемое соединение. Нагрев электричеством позволяет достигать более высоких температур и легко контролируется с помощью реле. Конструкции, обогреваемые водяным паром, имеют свое преимущество возможность подачи вместо пара охлаждающей воды, что позволяет быстро охладить изделие после отверждения. Способ очень эффективен для получения клееных конструкций под давлением и используется для изготовления фанеры, слоистых пластиков, композитных материалов.

Инфракрасное отверждение

Способ, использующий инфракрасные нагреватели, позволяет быстрее, по сравнению с печами, нагреть зону склейки. Инфракрасные лампы являются эффективным инструментом для удаления растворителей из контактных клеев, а не могут быть применены для термической реактивации клеев.

Отверждение с помощью электронагревателей

В качестве внутренних нагревателей, помещенных в клеевой слой, используют полоски металла с высоким сопротивлением. В последнее время для этих целей все шире применяются углеродные волокна, выпускаемые в виде войлоков, пряжи, тканей различного переплетения и лент, через которые пропускается электрический ток достаточной силы для создания необходимой температуры склейки. Они остаются в зоне склейки как неизвлекаемый элемент. Указанный способ имеет много преимуществ (при одинаковом качестве) перед другими способами отверждения, среди которых достижение необходимой температуры в зоне склейки без нагрева всего изделия, отсутствие проблем при необходимости нагрева локальных участков, точное регулирование температуры зоны нагрева. В случае использования углеткани она же выполняет функцию армирования клеевого шва и обеспечивает его равномерную толщину. Среди других преимуществ этого метода — ограничение области нагрева зоной клеевого шва, позволяет избежать ненужного нагрева склеиваемых субстратов вне зоны склейки. Возможность производить склейку крупногабаритных изделий, нагрев которых целиком никаким способом не может быть произведен, простота процесса, не требующая нагревательных пластин, возможность ремонта поврежденных изделий на месте эксплуатации и, как следствие, очень большая экономия энергетических ресурсов по сравнению с прочими методами. Данный способ нагрева применим при использовании клеев-расплавов. Углеродную ткань пропитывают клеем-расплавом, помещают в зону склейки, обеспечивают прижим и пропускают через нее ток в течение краткого времени, необходимого для плавления клея. Поскольку субстрат не подвергался предварительному нагреву, как только место склейки остыло — клеевой шов готов. Другие способы электронагрева заключаются в использовании электронагревательных лент или цементов сопротивления, накладываемых на зоны склейки с применением приспособлений для создания давления. Этот способ менее надежен из-за большей трудности обеспечения равномерного нагрева.

Прочие способы нагрева

Высокочастотный (радиочастотный) диэлектрический нагрев. Основан на поглощении энергии материалом субстрата при помещении его в переменное электрическое поле с частотой (10...15)-10⁶ Гц.

Индукционный нагрев. Может использоваться только для склеивания металлических субстратов или для клеящих материалов, содержащих в качестве наполнителя металлические порошки.

Электронагревание токами низкого напряжения. Применяется переменный ток низкого напряжения (3...12 В) и силой тока от 500 до 1000 А, который подводится непосредственно к поверхности плоского субстрата, хотя при склеивании крупногабаритных, плоских субстратов может возникать проблема с равномерностью распределения температуры.

Активация ультразвуком. Этот способ отверждения основан на передаче механических колебаний от ультразвукового преобразователя к клею, находящемуся на поверхности раздела между соединяемыми деталями. Он дает хорошие результаты, когда в конструкции используется порошкообразный или плёночный клей. Тепло, выделенное в результате поглощения ультразвуковой энергии, расплавляет или отверждает клей.

Активация УФ-излучением. Этот способ отверждения основан на чувствительности некоторых клеевых композиций к ультрафиолетовому излучению, воздействие которого инициирует реакцию полимеризации в клеевом шве. Способ применим только к субстратам, прозрачным в ультрафиолетовой части спектра.