Сетевая академия Мебели :: Клеи и склеивание. Основные понятия процесса склеивания. Виды клеев

Клеи и склеивание. Основные понятия процесса склеивания. Виды клеев

Клеи, - это природные или синтетические вещества, применяемые для соединения различных материалов за счёт образования адгезионной связи клеевой плёнки с поверхностями склеиваемых материалов. Прочность клеевого соединения зависит от силы прилипания клея к склеиваемым поверхностям , прочности клеевой пленки и свойств склеиваемых материалов.

Что такое адгезия ?

Ключевое понятие процесса склеивания - адгезия . " Адгезия (от лат. adhaesio - прилипание), слипание поверхностей двух разнородных твёрдых или жидких тел. Адгезия обусловлена теми же причинами, что и адсорбция. Количественно адгезия характеризуется удельной работой, затрачиваемой на разделение тел. Эта работа рассчитывается на единицу площади соприкасающихся поверхностей и зависит от того, как производится их разделение: сдвигом вдоль поверхности раздела или отрывом в направлении, перпендикулярном поверхности. Адгезия иногда оказывается больше, чем когезия, характеризующая силу сцепления частиц внутри данного тела. В этом случае разрыв происходит когезионно - внутри наименее прочного из соприкасающихся тел.

Адгезия твёрдых тел с неровной поверхностью обычно невелика, т. к. они фактически соприкасаются только отдельными выступающими участками своих поверхностей. Адгезия жидкости и твёрдого тела и двух несмешивающихся жидкостей достигает предельно высокого значения вследствие полного контакта по всей площади соприкосновения. При покрытии твёрдого тела полимером в текучем состоянии последний проникает в углубления и поры. После отвердевания полимера возникает связь, иногда называемая механической адгезией. В этом случае для отрыва полимерной плёнки необходимо преодолеть когезию в затвердевшем полимере. Для достижения предельной адгезии твёрдые тела соединяют в пластическом или эластичном состоянии под давлением, например при склеивании резиновым клеем или при холодной сварке металлов. Прочная адгезия достигается также при образовании новой твёрдой фазы на поверхности раздела, например в случае гальванических покрытий, или при возникновении поверхностных химических соединений (окисные, сульфидные и др. плёнки).

Адгезия полимеров происходит лучше в том случае, если макромолекулы полярны и имеют большое число химически активных функциональных групп. Для улучшения адгезии в состав клея или плёнкообразующего полимера вводят активные добавки, молекулы которых одним концом прочно связываются с плёнкой, другим - с подложкой, образуя ориентированный адсорбционный слой. При контакте двух объёмов одного и того же полимера может произойти автогезия (самослипание), когда имеет место диффузия макромолекул или их участков из одного объёма в другой. При этом прочность связи со временем увеличивается, стремясь к пределу - когезионной прочности.

Явление адгезии имеет место при сварке, паянии, лужении, склеивании, при изготовлении фотоматериалов, а также при нанесении лакокрасочных полимерных покрытий, предохраняющих металлические детали от коррозии; причинами нарушения адгезии в последнем случае являются напряжения, возникающие вследствие усадки плёнки, а также различие коэффициентов теплового расширения плёнки и металла".

Как видно из определения адгезии механика склеивания определяется силами молекулярного взаимодействия , а они могут достигать больших величин. Современные клеи используются для выполнения самых ответственных соединений. Например, - вместо заклепок и сварки для склеивания элементов фезюляжей самолетов, вертолетов, космических кораблей, корпусов судов и мостовых конструкций.

Склеиваться могут однородные материалы ( дерево-дерево, поролон-поролон ) или разнородные ( дерево - металл - стекло - кожа - ткань и т.д. и т.п.).

При склеивании необходимо обеспечить хорошее смачивание клеем соединяемых поверхностей, их плотное прилегание друг к другу и максимальную поверхность склеивания. Это достигается специальной обработкой соединяемых поверхностей (механической очисткой, обезжириванием, шероховкой и т.п.) и конструированием склеиваемых деталей с учётом получения большей поверхности склеивания и работы клеевого шва при благоприятном распределении нагрузок, т. е. на сдвиг или равномерный отрыв, а не на изгиб или отслаивание.

Обычно адгезия клея к склеиваемой поверхности превышает когезию внутри клеевой плёнки, поэтому желательно получить клеевой шов минимальной толщины. Поэтому на поверхности деталей, как правило, наносят тонким слоем. Клей заполняет шероховатости, проникает в поры материала и, высыхая, образует твердую и прочную прослойку, скрепляющую эти детали. Для того, что бы создать тонкие клеевые пленки в промышленных процессах обычно используют прессы и др. прижимные устройства.

Чтобы клеевой шов был менее заметен, в некоторые клеи добавляют пигменты соответствующего цвета.

Если предметы пористы и легко впитывают в себя жидкости, то склеиваемые поверхности предварительно пропитывают жидким клеевым раствором.

Клеи наносят при помощи кисти, тампона, шпателя, пулеверизатора и специальных клеенаносящих приспособлений и машин . В щели клей вводят шприцем.

Классификация клеев

К органическим клеям относятся композиции на основе природных и синтетических полимеров.

Клеи на основе природных полимеров изготавливаются на основе:

Синтетические клеи производятся на основе синтетических полимеров, производимых в промышленном масштабе. Эти клеи обеспечивают высокую прочность склеивания различных материалов, обладают устойчивостью к факторам внешнего воздействия и находят широкое применение при склеивании металлов, стекла, керамики, пластмасс, древесины, текстильных, целлюлозных и др. материалов. В основном, синтетические клеи производятся на основе синтетических смол.

Синтетические смолы,- это синтетические полимеры сравнительно невысокой молекулярной массы (т.н. олигомеры), способные в результате химической реакции отверждения образовывать нерастворимые и неплавкие продукты (ранее термины "синтетические смолы" и "синтетические полимеры" считали синонимами). К синтетическим смолам относят алкидные смолы, карбамидные смолы, феноло-альдегидные смолы, полиэфирные смолы, эпоксидные смолы и др.

Смолы часто используются непосредственно в качестве клеящего вещества. Разница между клеем и смолой заключается в следующем: смолы - продукт большой химии и полуфабрикат для производства клеев.

По функциональному назначению клеи подразделяются на конструкционные, неконструкционные и специальные.

К конструкционным клеям относят композиции, обеспечивающие передачу динамических и статических нагрузок от одной части детали или изделия к другой, сопряжённой с ней посредством клеевой плёнки. Основные требования, предъявляемые к клеям этой группы: достаточно высокая прочность при различных видах нагружения в интервале температур эксплуатации изделия, отсутствие ползучести под действием длительной нагрузки и т.п.

Неконструкционные клеи - композиции, применяемые для приклеивания декоративных, облицовочных или изоляционных материалов и покрытий, контровки резьбовых соединений, крепления мелких ненагруженных деталей, т.е. там где вопросы прочности и долговечности являются второстепенными.

К специальным клеям относят композиции, обладающие дополнительными функционально важными свойствами, например: токопроводящие клеи, оптические клеи, медицинские клеи и т.п.

Клеи подразделяются на универсальные и специализированные. Первые, - используются в преимущественно в быту, ремонтных работах и т.п., вторые, - в промышлености.

Специализированные клеи разрабатываются для склеивания конкретных материалов с учетом применения их в конкретных изделиях, в технологических процессах и даже применительно к отдельным видам оборудования.

В мебельной и деревообрабатывающей промышленности в настоящее время наиболее широко применяются поливинилацетатные клеи (ПВА), карбамидофомальдегидные клеи, полиуретановые безсольвентные клеи, клеи-расплавы на основе полиуретана, полиолефинов и ЭВА-сополимеров, каучуковые клем.