На чтение
9 минут
Просмотров
2194
Опубликовано
Технические требования к клеям
В настоящее время активизировалась работа по созданию новых адгезивных материалов и выявление технических требований к клеям. Возник спрос на материалы со специальными свойствами . Клеи используются в электронике, машиностроении, медицине, рекламе, как в процессе основного производства, так и для проведения ремонтных работ.
Несмотря на большой экспериментальный и практический опыт взаимодействия с клеями, нельзя сказать, что технология склеивания – абсолютно отработанная, законсервированная и не развивающаяся область. Во всем мире исследования в области склеивания продолжают проводиться.
В настоящее время сфера применения клеев обширна и разнообразна. Они находят применение в промышленных процессах, где используются в больших количествах, и в таких сборочных процессах, где требуется лишь небольшое количество клея. Переработка бумаги, упаковка, деревообрабатывающая промышленность все еще являются главными потребителями клеев, но в то же время возросло их применение в строительстве, на транспорте, в наружной рекламе. В последние десятилетия было разработано много новых синтетических смол, послуживших основой для создания более простых, эластичных и долговечных клеев, соединяющих самые разнообразные материалы. Разработка новых клеев сопровождается и совершенствованием оборудования и технологии склеивания.
Факторы, определяющие целесообразность склеивания
Основная функция клея – скрепление деталей или элементов конструкции между собой и сохранение соединенных частей в эксплуатационных условиях в соответствии с конструктивными требованиями. Выполняя эту роль, адгезивные материалы позволяют решать многие проблемы, связанные с формированием соединения, упрощают и ускоряют процессы сборки, создают возможности для самого разнообразного конструирования. Несомненно, процесс склеивания во многих случаях является более рациональным и экономичным, чем традиционные методы неразъемного соединения деталей.
При рассмотрении клеев с точки зрения их применения необходимо обращать внимание на следующие аспекты.
1. Склеивание может оказаться единственным возможным способом образования соединения. Применение механических методов соединения (например, клепка, пайка, сварка, крепление винтами или гвоздями) часто приводит к короблению, изменению цвета, коррозии или ухудшению качества материалов, вследствие проявления других отрицательных факторов или дефектов.
2. Склеивание может быть предпочтительным перед другими способами с точки зрения сокращения затрат и улучшения качества изделия за счет снижения объема механической обработки.
3. В некоторых случаях при изготовлении клееных конструкций может потребоваться дополнительное крепление с помощью других методов сборки. Области применения, в которых клеи рациональны, следующие:
— соединение разнородных материалов (сочетание металлов, резин, пластиков, вспененных материалов, древесины, стекла и т. д.);
— соединение разнородных металлов, образующих коррозионно-опасные пары (железо с медью, например);
— склеивание многослойных конструкций, в частности трехслойных с заполнителем (сотовым или пенным), изготовление листовых слоистых материалов (пластиков, сочетания древесины с металлом);
— приклеивание усиливающих элементов конструкции – элементов жесткости;
— конструкционное склеивание – создание элементов, испытывающих напряжения на сдвиг и сжатие, полностью исключая механические способы крепления;
— герметизация соединений – стыков, швов, технических отверстий, образующихся при клепании, винтовых и болтовых соединений;
— крепление малопрочных хрупких элементов (тонких пленок, фольги и т. д.)
— склеивание элементов конструкций специальной формы, если площадь склеивания велика или соединение осуществляется во многих точках одновременно, либо требуется точная подгонка между сопрягаемыми элементами конструкции;
— временное крепление элементов конструкции, целью которого является использование клеевого соединения по истечении некоторого времени. Оно осуществляется с помощью клеящих лент, а также клеями для закрепления и фиксации различных деталей (вместо механических устройств перед использованием других средств сборки).
Требования к клеевым соединениям
Для склеивания текстильных материалов могут использоваться клеи, удовлетворяющие определенным требованиям. Прежде всего, эти клеи должны характеризоваться хорошей адгезией к текстильным материалам и образовывать соединения с высокой когезией. Клеевые соединения должны быть достаточно эластичными, устойчивыми к влаге, светопогоде и не изменять своих свойств при изменении температуры в определенных пределах.
При этом нужно иметь в виду, что требования, предъявляемые к клею, должны согласовываться с назначением изделия, условиями его эксплуатации, характером работы швов изделия и отдельных его узлов. Например, для склеивания деталей одежды, подвергающейся стирке (белье, сорочки), нужно пользоваться клеями, которые обеспечивают прочные и эластичные швы, не разрушающиеся при увлажнении и стирке. Клеи для соединения и дублирования деталей верхней одежды должны обеспечивать прочность и эластичность клеевых соединений как при нормальных условиях носки изделий, так и при резких изменениях температуры и влажности, связанных с климатическими условиями, быть устойчивыми при химической чистке.
Клеи, применяемые для склеивания материалов одежды, не должны содержать веществ, вредно действующих на организм человека; они должны быть устойчивыми к старению. Старение клеев выражается в том, что с течением времени под воздействием солнечных лучей, кислорода воздуха, теплоты и других факторов в структуре клея происходят изменения, которые приводят к ухудшению физико-механических и химических свойств клея: уменьшаются прочность и эластичность соединения, увеличиваются его жесткость и хрупкость, клеевой слой становится ломким, соединение может разрушаться.
Кроме того, клеи должны обладать определенными свойствами, позволяющими разрабатывать простую и безопасную технологию их применения в швейном производстве.
Таким образом, исходя из общих условий эксплуатации и назначения швов, к клеевым соединениям предъявляются следующие требования:
Прочность (высокая адгезия) – характеризуется показателями: предел прочность при сдвиге и сопротивление расслаиванию; прочность клеевого соединения должна быть не ниже прочности ниточного шва.
Эластичность и гибкость – требуется большая гибкость и малая жесткость, которая зависит не только от свойств клея, но и от толщины слоя, жесткости основы, структуры клеевого слоя (сплошной или точечный) обеспечивать жесткость и необходимую упругость, сохраняя при этом мягкость и эластичность на ощупь;
Водостойкость – определяется устойчивостью к воде и кипячению в мыльно-содовом растворе. Устойчивыми к кипячению являются поливинилхлоридные клеи и полиэтиленовые высокого давления. Но они жесткие – используются только для воротников сорочек и погон.
Устойчивость к химической чистке (полиэтиленовые при чистке бензином расслаиваются. Клей П-54 устойчив ко всем растворителям).
Устойчивость к температуре, при которой изделий находится в эксплуатации
Гигиенические свойства детали изделия, особенно соединенные по поверхности, должны иметь достаточную, с точки зрения физиологических требований, воздухо-, паро-, влагопроницаемость;
Устойчивость к действию светопогоды. Под действием атмосферных условий (свет, кислород, влага, температура) происходит старение клеев (становятся жесткими, хрупкими, менее прочными). Свойства клеевых материалов не должны изменяться при различных условиях носки одежды (температура и другие атмосферные явления).
Возможность использовать простые и эффективные способы применения клеев, невысокие температуры плавления (меньше температуры плавления соединяемых материалов)
Небольшая стоимость клеевых материалов и их недифицитность
Соответствие применяемого вида клеевых материалов назначению одежды и предъявляемым к ней требованиям
Отсутствие затруднений при раскрое и пошиве, нетоксичность при изготовлении одежды и ее эксплуатации. материал с нанесенным клеем должен быть пригоден для раскроя, пошива и влажно-тепловой обработки. Клеевое соединение должно быть технологичным (легко выполнимым); процесс склеивания должен быть экономичным и легко внедряться в производство.
Клей не должен проникать на поверхность деталей, не вызывать разнооттеночности, не давать желтизну, не загрязнять ни одну из сторон деталей;
Каждый клей должен иметь определенный растворитель, с помощью которого клей можно было бы удалить в условиях производства.
Преимущества склеивания
1. Способность соединять самые разнообразные металлы, которые могут существенно отличаться по свойствам, модулю упругости и толщине. Склеиванием можно соединять тонколистовые детали, тогда как другие способы соединения обычно неприемлемы.
2. Более равномерное распределение напряжений в склеиваемых элементах, чем при сварке, клепке, резьбовых соединениях. Это обусловлено значительной концентрацией напряжений, возникающих при сварке, а также отсутствием отверстий под заклепки и болты.
3. Возможность экономичной и быстрой сборки, замены нескольких видов сборки единым способом склеивания, одновременной сборки многих элементов конструкции.
4. Многообразие адгезивных материалов по форме и способам нанесения позволяет приспособить их ко многим производственным процессам.
5. Прочность клееной конструкции часто выше, а стоимость ниже, чем прочность и стоимость той же конструкции, выполненной альтернативными методами сборки. Применение клееных соединений вместо заклепочных и болтовых может привести к значительному снижению веса конструкции.
6. Деформационная способность многих адгезивных материалов обеспечивает возможность поглощать, перераспределять или более равномерно передавать напряжения от одного элемента конструкции к другому.
7. Возможность соединять чувствительные к нагреву материалы, деформирующиеся или разрушающиеся от сварки или пайки.
8. Клеи могут служить герметизирующим средством, предотвращающим воздействие влаги и химических реагентов. Во многих случаях клеевой шов является тепло-, звуко- и электроизолятором, а также может существенно уменьшить электролитическую коррозию между разнородными материалами.
9. Специальные клеи позволяют выполнять работы по склеиванию в различных климатических условиях без применения сложного оборудования и подвода тепла.
Недостатки склеивания
1. Процесс склеивания может оказаться сложным из-за необходимости осуществлять тщательную подготовку поверхности склеиваемых элементов и сохранять их в чистоте, приготавливать и наносить клей на склеиваемую поверхность, поддерживать определенную температуру, давление и влажность в процессе склеивания, а также вследствие длительного времени отверждения (иногда с обеспечением длительного нагрева и приложения нагрузки) и применения различных приспособлений.
2. Необходимо весьма тщательно проектировать клеевое соединение, устранять воздействие на него отслаивающих и растягивающих нагрузок, а также напряжений, возникающих в результате различия в коэффициентах термического расширения склеиваемых элементов и клеевого шва.
3. Недостаточная теплостойкость клеевого шва ограничивает применение клеевых конструкций до определенных температур, в то время как клепанные, сварные и паяные соединения удовлетворительно работают при более высоких температурах. Некоторые клеи недостаточно стойки к тепловому и механическому удару.
4. Невозможно сразу получить оптимальную прочность соединения, как это, например, можно сделать при сварке. Часто очень трудно обеспечить требуемый уровень контроля качества клеевых соединений.
5. Возможное ухудшение прочностных характеристик соединения при действии тепла, холода, биосреды, химических реагентов, пластификаторов, радиационного облучения и других эксплуатационных факторов, несовместимость клея с материалом склеиваемых элементов и, как следствие, возможность появления коррозии.
6. Трудность демонтажа соединения при необходимости полной разборки или ремонта конструкции.
7. Тенденция к ползучести под постоянной нагрузкой, характерная для термопластичных клеев; низкая прочность при отслаивании, присущая многим термореактивным клеям; часто неизвестная величина долговечности клеевых соединений в условиях воздействия жестких эксплуатационных факторов.
8. Некоторые конструкции более экономично изготавливать, используя другие методы сборки, особенно в тех случаях, когда для этих целей имеется необходимое оборудование.
