5.2 Клеї та герметики на основі термореактивних полімерів
5.2.1 Клеї і мастики на основі термореактивних полімерів
Клеї і мастики на основі термореактивних полімерів – резорціноформальдегідного, діфенілкетонового і карбо-мідеформальдегідного– забезпечують високу міцність з’єднання. Наприклад, для клею К-17 межа міцності при зсуві досягає 13,1 МПа. Для отримання міцного з’єднання клеї на термореактивних полімерах вимагають на час тверднення притискного тиску|тиснення| 0,2...0,5 МПа. Водостійкість таких клеїв достатньо висока. Клеї на термореактивних полімерах тверднуть за рахунок полімеризації або зшивання молекул клеївши під дією отверджувачів і прискорювачів тверднення. Тому зазвичай клеї і мастики готують в стаціонарних або переносних змішувачах безпосередньо перед використанням в такій кількості, яка може бути використане до їх затвердіння.
Недолік цих клеїв і мастик – токсичність (toxicity) полімерів і
інших складових. Працювати з такими матеріалами треба в щільному спецодягу і гумових рукавицях, а з фенольними смолами – ще і в головному уборі.
У приміщенні, де
готують клей, повинна бути влаштована припливно-витяжна вентиляція і на кожного робочого повинно доводитися не менше
Резорцінофорлшльдегидний клей ФР-12 складається з 100 масових часток резорциноформальдегидной смоли ФР-12 і 13,5 масових часток затверджувача (контакту Петрова або бензосульфокислоти), ретельно змішаних в клеєзмішувачі. Застосовують його для приклеювання шаруватого пластика і деревоволокнистих плит. Придатність клею після змішування складових складає 2,5...3 години.
Діфенілкетоновий клей складається з полімеру ДФК-9, 37%-го формаліну і тонкомолотого наповнювача. Затверджуються дифенілкетонові клеї і мастики при кімнатній температурі (18…20°С) протягом 12...24 годин. Їх застосовують для приклеювання листових матеріалів (деревоволокнистих і деревостружкових плит, бакелізованої фанери і декоративного паперово-шаруватого пластика). Ці клеї і мастики менш токсичні, чим фенольні клеї.
На основі діфенілкетонової смоли отримують також мастику ДФК-П.
Клей КХ-17 на основі карбамідоформальдегідної смоли використовують в холодному стані. Склад клею (% по масі): карбамідоформальдегідна смола МФ-17—82; деревна мука– 5; щавлева кислота (9%-ий розчин) – 13. У розчинозмішувачі змішують смолу МФ-17, що зберігалася не більше 6 місяців, з деревною мукою (наповнювачем). Перед використанням клею в отриману однорідну масу вводять затверджувач (розчин щавлевої кислоти) і всю масу ретельно перемішують протягом 4...5 хв. Готовий клей повинен мати в’язкість густої сметани. Щоб змінити|зраджувати| консистенцію, клей розводять водою або додають деревну муку. Придатність клею для використання складає 3...5 год. Підвищити її можна, зменшивши кількість щавлевої кислоти (до 5% від маси смоли).
У клеях холодного затвердіння замість щавлевої кислоти, як затверджувача, можна використовувати мурашину, молочну, оцтову, лимонну і сульфонафтенову кислоти.
5.2.2 Епоксидні клеї
Термореактивні клеї на основі епоксидних смол, що затвердівають без виділення побічних речовин, володіють цінними властивостями і використовуються частіше ніж інші клеї. Відносно доступності вихідних продуктів епоксидні смоли дещо перевершують всі інші смоли. Вони достатньо універсальні і склеюють різні матеріали, але їх застосування обмежується робочими температурами. Деякі епоксидні клеї витримують короткочасно нагрівання до 430°С. Діапазон робочих температур епоксидних клеїв зазвичай встановлюється затверджувачами, вживаними для забезпечення затвердіння композицій. Наявність безлічі речовин, здатних забезпечити затвердіння| епоксидні смоли, дозволяє створювати склеювальні системи з різноманітними властивостями. Найчастіше затверджування цих смол забезпечують ароматичними амінами і циклічними ангідридами. Аміни дають клеї з низькою температурою затвердіння і обмеженим інтервалом робочих температур, тоді як затвердіння ангідридами зазвичай вимагає вищого нагріву, але такі композиції витримують роботу при підвищених температурах.
Епоксидні клеї існують у вигляді рідких, пастоподібних і плівкових (армованих і неармованих). Найбільшого поширення набули двокомпонентні клеї завдяки властивому їм підвищеному терміну зберігання. Компоненти можна зберігати тривалий час без самозатвердівання, поки їх не змішають. Перші епоксидні клеї були однокомпонентними і мали форму прутиків, які доводилося нагрівати перед нанесенням на частини, які з’єднували, що створювало певні незручності. Епоксидні клеї рідко використовуються у вигляді плівок, якщо їх не модифікують сполученням з іншою адгезійною системою.
Міцність епоксидних клейових з’єднань майже не залежить від товщини клейового шару, чого не можна сказати про інші конструкційні клеї. Це спрощує завдання їх нанесення на частини, що сполучаються, і підвищує технологічність, оскільки потрібний дуже невеликий тиск при склеюванні, оскільки епоксидні клеї швидко стають рідкими при нагріванні до переходу в стадію В. Товщина клейового шару повинна бути незначною, але її іноді важко регулювати, коли використовувати пастоподібні або рідкі клеї. Товщину клейового шва можна у разі потреби відрегулювати введенням в смолу скляного бісеру потрібного діаметру, що не шкодить механічній міцності з'єднання, якщо бісер додавати в невеликій кількості. Можливість подібного регулювання – одне з найважливіших переваг плівкових клеїв, особливо армованих. Коли частини сполучають епоксидними клеями з армировкой|, тиск на них треба надавати особливо обережно, щоб не обіднити клейовий шар із-за витискування з нього дуже рідкої нагрітої смоли.
Епоксидні клеї володіють малою міцністю при розриві і зниженій ударній в’язкості порівняно з багатьма іншими конструкційними клеями через їх жорсткість після затвердіння. Щоб поліпшити ці характеристики, їх поєднують з різними іншими матеріалами з метою отримання системи, що задовольняє призначенню конструкції. Асортимент епоксидних клеїв такий різноманітний, що охопити його в рамках даної книги не представляється можливим. До того ж випущені і довідники по епоксидних смолах.
Розглянемо загальні особливості епоксидних смол, з якими пов’я-зано їх використання:
1. Адгезія. Епоксидні смоли володіють сильною адгезією до металів, скла, пластиків, кераміки, паперу, бетону, дерева і різним іншим матеріалам. Через крихку природу епоксидними клеями не рекомендується склеювати гуми і еластомерні матеріали, хоча вони і володіють адгезією до цих матеріалів. З епоксидних смол можна змішуванням з іншими речовинами створювати клеї малої в’язкості, що володіють як наслідок підвищеними текучістю, змочуваністю і проникаючою здатністю. Якщо що підлягає склеюванню матеріал знежирити і його поверхню підготувати, то забезпечення адгезії не складе труднощів.
2. Когезія. При правильному затвердінні епоксидних клеїв вони набувають хороших когезійних властивостей, які, проте, як правило, обмежують міцність. У більшої частини епоксидних клеїв адгезійні властивості перевершують когезійні, унаслідок чого при випробуванні клейових з'єднань в інтервалі температур від кімнатної до максимальної робочої спостерігається когезійне руйнування.
3. Відсутність при затвердінні летючих продуктів. Немодифіковані епоксидні смоли тверднуть без виділення води або інших побічних продуктів конденсації. Це дозволяє успішно застосовувати їх там, де необхідний контактний тиск. До того ж вони зручні при склеюванні таких матеріалів, як скло або термопласти, які погано витримують сильний нагрів і високий тиск. Ця ж особливість дозволяє виготовляти на їх основі заливальні компаунди, оскільки вірогідність утворення в них бульбашок повітря або включень мала. Добавки срібла, вуглецю або інших провідників дозволяють плавно змінювати електричні властивості епоксидних клеїв без шкоди механічним властивостям таких клеїв.
4. Мала усадка. Епоксидні смоли тверднуть з малою усадкою, що складає якусь частку усадки вінільних, поліефірних і акрилатних| клеїв. Як наслідок клейовий шов менше деформується, а з’єднання епоксидним клеєм буває міцнішим. Усадку можна понизити|знизити| до часин відсотка добавками кремнезему, оксидів алюмінію або органічних наповнювачів. Усадка величиною 3% повинна розглядатися для епоксидних смол як украй велика.
5. Мала повзучість. Епоксидні клеї деформуються під тривалою дією навантаження менше, ніж клеї на основі термопластичних і багатьох термореактивних полімерів. У цьому полягає дуже важлива перевага епоксидних клеїв, оскільки повзучість конструкційних клейових з’єднань вважається вельми великим недоліком, що заподіює багато турбот конструкторам. Повзучість стримує застосування клеїв і пластиків в будівництві, ймовірно, більше, ніж будь-який інший недолік.
6. Стійкість до дії вологи і розчинників. Епоксидні смоли стійкі до дії вологи. Волога не діє на епоксидну смолу, але проникає через клейове з'єднання і ушкоджує субстрат. Коли епоксидне клейове з’єднання піддається дії вологи або занурюється у воду, зазвичай руйнування виникають по поверхні розділу. Це свідчить про важливість вибору способу підготовки склеюваних поверхонь. Епоксидні смоли надзвичайно стійкі до дії розчинників, чим і пояснюється їх все більш широке застосування як покриття. Оскільки рідини проникають через епоксидну смолу, не впливаючи або майже не впливаючи на систему, залишається проблема псування підкладки, яка примушувала користуватися іншими склеювальними матеріалами, коли доводилося зважати на тривалу дію таких рідин, як палива, хоча модифікування цих клеїв, наприклад еластомерами, усуває подібний недолік.
7. Універсальна здатність модифікації. Властивості епоксидної смоли можна змінювати такими шляхами:
а) зміною початкової смоли і затверджувачів;
б) зміною режиму затвердіння (як температури, так і тривалості процесу); в) поєднанням смоли з іншими полімерами;
г) використанням різних наповнювачів.
Від вибору наповнювача залежить собівартість клею, але економічність епоксидних клеїв визначається перш за все витратами на затверджувачі.
Епоксидні клеї добре ізолюють теплоту і електрику, але їх в той же час легко модифікувати, щоб додати потрібну провідність. Завдяки широким можливостям модифікування епоксидних смол клеї на їх основі універсальні відносно способів їх нанесення, які можуть бути ручними, напівмеханізованими і механізованими.
5.2.3 Фенольні клеї
Фенольні, або фенол-формальдегідні, смоли утворюються по реакції конденсації фенолу і формальдегіду. Цей клас з’єднань був відкритий в 1872 р. Фенольні смоли вельми тверді і міцні і володіють винятковими грибкостійкістью. Вони відрізняються помірною до хорошою вологостійкістю і дуже хорошою теплостійкістю. Їх широко використовують для виробництва фанери і деревностружкових матеріалів. Поєднання фенольних смол з іншими полімерами значно розширює асортимент конструкційних клеїв на їх основі.
Існують два основні класи фенольних смол – резольні і новолачні, причому і ті та інші отримують|одержують| з фенольних спиртів. Каталізовать реакції їх освіти можна і лугами, і кислотами. Незалежно від рецептури фенольні клеї вельми стійкі до руйнуючої дії експлуатаційних умов. Вони погано протистоять напрузі, що виникає при тепловому розширенні матеріалів, а наповнювачі не усувають цей недолік.