5 МАТЕРІАЛИ ДЛЯ КЛЕЙОВИХ З’ЄДНАНЬ, УЩІЛЬНЕННЯ ТА ГЕРМЕТИЗАЦІЇ
5.1 Клеї та герметики, класифікація, властивості, застосування
5.1.1 Клеї, класифікація, властивості, застосування
Клеї призначені для створення з різних матеріалів нероз’ємних з’єднань, які в загальному вигляді складаються з двох склеюваних матеріалів (субстрати) і клейового шару (адгезиву) між ними. Здатність клею сполучати окремі деталі обумовлена адгезією.
Клейові матеріали – це рідкі, пастоподібні або тверді речовини, склади і композиції. При їх висиханні або затвердінні в зазорі між поверхнями, що сполучаються, утворюється клейовий шар. Сучасні клеї в більшості випадків є композиціями на основі високомолекулярних з’єднань і найчастіше на основі олігомерів, які після склеювання деталей перетворюються на полімерний матеріал клейового шару.
Клеї, в основному, використовуються для з’єднання і фіксації в певному положенні деталей і елементів конструкцій. Розрізняють такі різновиди клеїв:
– клеї-компаунди призначені для заливки пошкоджених місць;
– клеї-шпаклювання володіють підвищеною міцністю після затвердіння, тому їх застосування отримало спеціальну назву – “холодна зварювання”;
– клеї-герметики володіють властивостями і клеїв, і герметиків.
Вибір клею визначається багатьма умовами і, перш за все, фізико-хімічними властивостями адгезиву і субстрата. Далі найважливішим чинником, що визначає вибір клею, є рівень напруги, який повинне витримати клейове з’єднання. Міцність клейового з’єднання залежить від виду вантаження (від характеру деформацій) клейового шва, які по впливу на міцність в порядку зменшення можна розташувати в такому порядку: рівномірне стискування; рівномірний відрив; зрушення із стискуванням; зрушення; нерівномірний відрив; відшарування або розшаровування. Тому при виборі клею необхідно насамперед вирішувати питання як склеїти, а потім – чим склеїти.
Іншим, не менш важливим чинником, є інтервал температур, при якому експлуатується клейове з’єднання. Визначальним в цьому відношенні служить температура склування полімеру клейового шва. Зазвичай термопласти витримують нижчі робочі температури, ніж реактопласти.
При склеюванні необхідно строго дотримувати вказівки з підготовки поверхонь і нанесення клею, а також режим затвердіння, враховувати гарантійні терміни зберігання клею і його компонентів, життєздатність, вимоги техніки безпеки і технічної документації, що діє.
Вибір клею для склеювання різних матеріалів можна виконати за даними, наведеними в таблиці 5.1.
Таблиця 5.1 Клеї і матеріали, що склеюються
Сталі |
Алюміній і його сплави |
Мідь і її сплави |
Склопластики |
Пластмаси |
|
Сталі |
ВК-1, К-153, К-30061, К-400.ТМК-75, ВС-10Т, ВС-350 |
||||
Алюміній і його сплави |
ВК-1,ВК-32Э1М, К-153.ВК-9, ПУ-2,ВК-5, компаунди Е5-1 і Е6-1с |
ВК-32ЭМ, ВК-9, К-300-61,пу-2, ВК-13, Д-2, Т-111 |
|||
Мідь і її сплави |
К400, ГИПК-217А, БФ-2Д-10 |
К-400, ГИПК-217А, Д-6 |
КТП-1.БФ-2, К-400.Д-2, д-10 |
||
Склопластики |
Епоксид П і Пр, К-153, КТП-1,ВК-2, ПУ-2,БФ-2, ВК-13, ВК-32-200, ВС-10Т |
ВК-1.ВК-1М, Вк-32ЭМ, К-300-61, ПУ-2,ВК-13, ВС-350, ВК-32-200. |
Епоксид П і Пр, КТП-1, ПУ-2, БФ-2, Бф4 |
ВК-1, К-153, ВК-32ЭМ, ВС-10Т, Т-111, ВС-350 |
|
Пластмаси |
Епоксид П і Пр, "Циакрін ЕО", ПФЕ-2/10 |
Епоксид П і Пр, "ЕПО", БФР-2, |
Епоксид Пі Пр, "ЕПО" |
К-153, К-54/6 |
Циакрін, "ЕО", ПУ-2 |
Міцність з’єднання визначають дві основних його властивості:
– адгезія – злипання сполучного шару з склеюваними поверхнями;
– когезія – зчеплення частинок усередині клейового шару після його затвердіння.
Про адгезійні властивості клеїв судять за наслідками механічних випробувань клейових з’єднань. Основним показником механічної міцності клейових з’єднань металів є межа міцності при зрушенні (фактично середня руйнуюча напруга).
Клейові з’єднання мають ряд переваг порівняно із заклепувальними, зварними і болтовими: можливість сполучати різнорідні матеріали; більш рівномірний розподіл напруги в елементах, що склеюються через відсутність отворів під болти і заклепки; атмосферостійкість, опір корозії. У ряді випадків клейові з’єднання забезпечують хорошу герметичність конструкцій. Технологія склеювання в більшості випадків володіє відносною простотою, особливо при використанні клеїв холодного затвердіння; в деяких випадках склеювання можливе при знижених температурах навколишнього середовища і під водою.
Основними недоліками багатьох клеїв є низька теплостійкість, невисока міцність клейових з’єднань при нерівномірному відриві (чутливість до високої концентрації напруги), необхідність у багатьох випадках здійснювати нагрівання при склеюванні.
5.1.2 Герметики, класифікація, властивості, застосування
Герметизуючі матеріали (герметики) є складною полімерною композицією, яка призначена для ущільнення, герметизації різних з’єднань, деталей, виробів, експлуатованих в умовах дії води, пари, агресивних середовищ, високих і низьких температур, тиску.
До таких матеріалів відносяться: герметики, мастики (маси) ущільнювачів, мастики, компаунди. Герметики виготовляють, в основному, на основі каучуків, які забезпечують герметикам еластичність, гумоподібний стан, здібність до розтягування або стискування. До герметиків пред’являють, в основному, дві головні вимоги: еластичність і адгезія до конструкційних матеріалів: металам, дереву, пластмасам, склу, бетону, каменю і ін.
Існує безліч складів, полімерів, на основі яких отримують композицію, тому герметики можуть бути класифіковані:
а) за природою початкового полімеру, який відповідає за властивості герметизуючого матеріалу, еластичність, довговічність, адгезію і відповідно сфері застосування:
– силіконові (на основі силоксанового каучуку);
– поліуретанові (на основі поліефірних смол);
– гібридні MS-полімери (суміш поліефірних смол з силіконом);
- силіконізовані (суміш акрилових полімерів з силанами);
– тіоколові (рідкі полісульфідні каучуки);
– акрилові (суміш акрилатних полімерів);
– бітумні (модифікований бітумний полімер);
– бутилові (на основі поліізобутилену).
б) за відношенням до процесу вулканізації:
– герметики, що вулканізуються, які під впливом тепла, вологи або каталізаторів (вулканізуючих агентів) переходять з в’язкого пластичного стану в еластичний гумооподібний (наприклад: силіконові, поліуретанові, тіоколові| герметики).
– існують також герметики, що не вулканізуються невисихаючого і висихаючого типу:
1) невисихаючі герметики розм’якшуються при нагріванні, стають в’язкими і текучими. При охолоджуванні вони знову переходять в первинний твердий стан (наприклад: бутилові, бітумні каучуки);
2) висихаючі герметики в процесі експлуатації знаходяться в еластичному гумоподібному стані, але при дії на них розчинників вони можуть перейти в рідкий в’язкотекучий| стан (бітумні і ін.).
в) за станом у момент постачання або формою випуску герметики підрозділяються на:
– однокомпонентні (готові до застосування);
– двох- і більш компонентні (складаються з двох-трьох і більш за компоненти, які змішують один з одним в певній пропорції безпосередньо перед застосуванням).
г) за призначенням:
– герметики-прокладки призначені для ремонту «штатних» або формування замість їх нових прокладок.
– герметики-фіксатори використовуються для герметизації різьбових з’єднань і унеможливлення самовідгвинчування.
Сучасні клеї і герметики, як правило, складаються з полімерної основи з різними добавками:
– затверджувачі, ініціатори і каталізатори забезпечують швидке і повне затвердіння;
– наповнювачі (органічні і неорганічні) покращують властивості клейового шару, а також знижують величину усадки при затвердінні.
5.1.3 Розфасовка клеїв і герметиків
Розфасовка клеїв і герметиків проводиться залежно від їх властивостей і призначення:
1) рідкі і пастоподібні – в банки, флакони, шприци-дозатори (одинарні або здвоєні), аерозольні балони і пластмасові або алюмінієві тюбики (рис. 5.1). У флаконів і тюбиків часто є знімний конічний дозатор (його кінчик зрізається до отвору потрібного діаметру). Для професійного застосування призначені знімні дозатори – «картріджи» (рис. 5.2). Для них потрібне спеціальне видавлююче ручне або пневматичне пристосування, що іноді іменується «пістолет-апплікатор» (рис. 5.3).
2) тверді – у вигляді брикетів в пластмасових оболонках, а також як згорнуті або намотані на котушку шнури або стрічки (рис. 5.4).
а – банка; б – флакон; у – шприц-дозатор одинарний; г – шприц-дозатор (здвоєний); д – аерозольний балон; е – тюбик
Рисунок 5.1 – Види упаковок рідких і пастоподібних клеїв і герметиків
а – одинарний; б – здвоєний
Рисунок 5.2 – Види упаковок рідких і пастоподібних клеїв і герметиків
для професійного застосування|вживання| із знімними дозаторами
“картріджи”
а – рамний; б – поршневий
Рисунок 5.3 – Пістолети-аплікатори
а – пластмасовий циліндр; б – у вигляді стрічки
Рисунок 5.4 – Види упаковок твердих клеїв і герметиків