Сайт о клеях

 

Подготовка поверхности пластиков

Пластики делятся на две основные группы — термореактивные и термопластичные, по их поведению под воздействием тепла, растворителей и механических напряжений.

Термореактивные пластики

Относительно неплавки, не подвержены текучести при нагреве. Они нерастворимы в органических растворителях, хотя и могут ограниченно набухать в них. Это их свойство является препятствием для применения «термической пайки» (см. ниже) или «склеивания» соединяемых субстратов растворителем. Поэтому для соединения термореактивных пластиков употребляются только клеи.

Термопластичные пластики

Растворимы в специфических растворителях (пластики аморфного типа) или становятся растворимыми при повышенных температурах (кристаллического типа). Под воздействием тепла и механических нагрузок эти материалы подвержены текучести. Для соединения многих термопластиков применимы методы «термической пайки» и «склеивания с помощью растворителей». Термическая пайка — метод, основанный на плавлении соединяемых элементов в зоне склеивания с последующим сжатием и фиксацией до остывания. Склеивание с помощью растворителей — нанесение растворителя на зону контакта субстратов, выдержка в течение времени, необходимого для разжижения поверхностного слоя, с последующим сжатием и фиксацией до отверждения, наступающего в результате как испарения растворителя из зоны склейки, так и частичной его диффузии в основную массу субстрата.

Предварительная подготовка поверхности обязательна для всех пластиков, которые относятся к числу наиболее трудно склеиваемых материалов. Помимо абразивной обработки, призванной образовать шероховатости на поверхности субстрата, остальные методы подготовки в основном сводятся к удалению разделительных агентов (например, кремнийорганических жидкостей, используемых при процессах формовки пластиковых изделий, масел, воды, выпотевших из гибких пластиков пластификаторов и прочих загрязнителей, образующих слабый граничный слой на поверхности раздела в клеевом шве) и получению поверхности с более высокой свободной энергией, имеющей большее сродство с полярными клеями. Для этого используют различные средства — воздействуют растворителями, обрабатывают абразивами, нагревают до температуры, при которой эти загрязнители активнее поглощаются клеем (при условии совместимости клеевой композиции с имеющимися загрязнителями). Как правило, не стоит склеивать пластики, содержащие разделительные агенты, например, стеараты, так как последующая миграция этих веществ на границу раздела клей — субстрат приведет к уменьшению прочности и, в конце концов, к разрушению склейки. Надо отметить, что появились клеящие композиции, невосприимчивые к миграции пластификаторов и разделительных агентов. Таковы некоторые композиции на основе фенольных смол и нитрильных каучуков, полиуретановые композиции, которые можно использовать для склеивания эластичных пластиков на основе поливинилхлорида, даже сильно пластифицированных. Для пластиков характерна меньшая поверхностная энергия, чем у гидрофильных материалов (стекла, металлов, окислов и минералов), что препятствует эффективному смачиванию субстрата клеем и приводит к ухудшению адгезии. Полиэтилен и фторированные полимеры с их очень низкой поверхностной энергией без специальной химической и физической обработки поверхности для придания более высокой поверхностной энергии, можно сказать, вообще не подлежат склеиванию. Пенопласты весьма пористы, что обеспечивает легкую абсорбцию клея, и поэтому почти не требуют предварительной обработки поверхности. Однако при склеивании жестких конструкционных пенопластов необходимо удалять плотную поверхностную пленку. Губчатые материалы приходится покрывать грунтовочным слоем клея, который частично отверждается. Такая обработка приводит к образованию жесткой пленки на поверхности губчатого субстрата и исключает обеднение клеевого шва вследствие интенсивного впитывания клея в субстрат. В результате модифицирования исходных полимеров всякого рода наполнителями, пигментами, пластификаторами и прочими добавками появляются новые разновидности пластиков, сильно отличающиеся по своим адгезионным свойствам от исходных полимеров. В таких случаях метод подготовки поверхности, подходящий для исходного пластика, часто оказывается далеко не наилучшим для этого материала в модифицированном виде (см. Табл. 4).

Таблица 4. Подготовка поверхности пластиков

Склеиваемый материал	Обезжиривающий растворитель	Метод обработки поверхности	Примечание
Сополимеры акрилонитрила, дивинила и стирола	Ацетон	1. Абразивная обработка — обдуть абразивным зерном или выполнить мокрую пескоструйную обработку, или зачистить поверхность наждачной шкуркой зернистостью 220, затем обезжирить растворителем	—
		2. Травить в растворе хромовой кислоты 20 мин при 60°С	Состав ванны — см. ниже метод 2 для обработки полиметилпентена
Целлюлозные материалы, целлюлоза, ацетат целлюлозы, ацетобутират целлюлозы, нитроцеллюлоза, пропионат целлюлозы, этилцеллюлоза	Метанол	1. Абразивная обработка — обдуть абразивным зерном или провести мокрую пескоструйную обработку, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 220, затем обезжирить растворителем	Для клеевых соединений общего назначения
		2. После обработки по методу 1 просушить пластик 1 ч при 100°С и нанести клей прежде, чем материал охладится до комнатной температуры	Для обеспечения максимальной прочности склеивания
Полимеры диаллилфталата и диаллилизофталата	Ацетон, метилэтилкетон	Абразивная обработка — обдуть абразивным зерном или провести мокрую пескоструйную обработку, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем	Для абразивной обработки можно использовать стальную вату
Эпоксидные пластики	Ацетон, метилэтилкетон	Абразивная обработка — обдуть абразивным зерном или провести мокрую пескоструйную обработку, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем	В качестве абразива можно использовать песок или стальную дробь
Сополимеры этилена с винилацетатом	Метанол	Нанести подслой эпоксидного клея и оплавить на поверхности нагревом в течение 30 мин при 100°С	—
Фурановые пластики	Ацетон, метилэтилкетон	Абразивная обработка — обдуть абразивным зерном или выполнить мокрую пескоструйную обработку, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем	—
Иономерные пластики	Ацетон, метилэтилкетон	Абразивная обработка — обдуть абразивным порошком или провести мокрую пескоструйную обработку, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем	В качестве абразива целесообразно использовать корунд (окись алюминия) зернистостью 180
Пластики на основе меламиновых смол	Ацетон, метилэтилкетон	Абразивная обработка — обдуть абразивным порошком или провести мокрую пескоструйную обработку, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем	—
Полиметилпентен	Ацетон	1. Абразивная обработка — обдуть абразивным порошком или провести мокрую пескоструйную обработку, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем	Для клеевых соединений общего назначения
		2. Погрузить на 1 ч при 60°С в раствор, мас. ч.: серная кислота (93%, плотность 1.84)…26 хромат калия…3 вода…11 Промыть в обычной, затем в дистиллированной воде и просушить теплым воздухом	—
		3. Погрузить на 5...10 мин при 90°С в насыщенный раствор перманганата калия, подкисленный серной кислотой (93%, плотность 1.84). Промыть в обычной, затем в дистиллированной воде и просушить теплым воздухом	—
		4. Нанести на поверхность грунт — слой лака на основе мочевиноформальдегидной смолы, разбавленной четыреххлористым углеродом	Просушенное покрытие образует поверхность, очень хорошо поддающуюся склеиванию без дальнейшей ее обработки
Фенопласты и пластики на основе феноломеламиноформальдегидных смол	Ацетон, метилэтилкетон, моющие средства	1. Абразивная обработка — обдуть абразивным зерном или провести мокрую пескоструйную обработку, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем	Для абразивной обработки можно использовать стальную вату, в качестве зернистых абразивов — песок и стальную дробь. Декоративные стеклопластики можно обезжиривать раствором моющих средств
		2. Напрессовка на пластик одного поверхностного слоя ткани, специально укладываемого перед отверждением. Свежая поверхность образуется путем отдирания этого слоя непосредственно перед склеиванием	—
Полиамиды	Ацетон, метилэтилкетон, моющие средства	1. Абразивная обработка — обдуть зернистым абразивом или провести мокрую пескоструйную обработку, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем	Рекомендуемые зернистые абразивы — песок или стальная дробь
		2. Нанести шпредингованием подслой пасты на основе склеиваемого каучука в смеси с изоцианатом	Рекомендуется для склеивания полиамидных текстильных материалов с натуральными и синтетическими каучуками
		3. Нанести грунт — подслой резорцинформальдегидного клея	Обеспечивается хорошая адгезия эпоксидных клеев к слою грунта в соединениях пластик — металл
Поликарбонаты (полиаллилдигликолькарбонат)	Метанол, изопропанол, моющие средства	Абразивная обработка — обдуть зернистым абразивом или провести мокрую пескоструйную обработку, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем	Рекомендуемые зернистые абразивы — песок или стальная дробь
Фторопласты (политетрафторэтилен, полихлортрифторэтилен)	Трихлорэтилен	1. Обработать в течение 10...30 с в 1%-ном растворе металлического натрия в жидком аммиаке (плотность 0.880) до тех пор, пока поверхность пластика не приобретет светло-коричневый цвет. Промыть обычной, затем дистиллированной водой и просушить теплым воздухом	Поверхности, обработанные раствором натрия, нельзя подвергать абразивной обработке до их использования. Растворы, содержащие натрий, опасны и требуют умелого обращения
		2. Обработать в течение 15 мин в растворе, приготовляемом следующим образом: 128 г нафталина растворить в 1 л денатурированного тетрагидрофурана, а затем постепенно добавлять в течение 2 ч, при постоянном перемешивании, 25 г металлического натрия в виде шариков размером с горошину. После обработки промыть ацетоном, затем обычной и в заключение — дистиллированной водой. Просушить теплым воздухом	—
		3. Нанести слой эпоксидного клея и вплавить его в поверхность пластика нагревом 10 мин при 370°С, а затем 5 мин при 400°С	—
		4. Кипятить с обратным охлаждением 30 мин в смеси 10 мас. ч. едкого натра, 8 мас. ч. диаллилмеламина	—
		5. Погрузить на 30 мин при 295°С в расплав ацетата калия. Промыть обычной, затем дистиллированной водой и просушить теплым воздухом	—
		6. Выдержать в среде одного из следующих газов, активированных коронным разрядом: в сухом воздухе…5 мин в увлажненном воздухе…5 мин в закиси азота…10 мин в азоте…5 мин	Склеивать не позднее чем через 15 мин после обработки
		7. Обработать в течение 4 мин электрическими разрядами от индукционной катушки Тесла (переменный ток напряжением 50 кВ)	Склеивать не позднее чем через 15 мин после обработки
Полиэфиры (полиэтилентерефталат)	Моющие средства, ацетон, метилэтилкетон	1. Абразивная обработка — обдуть зернистым абразивом или подвергнуть мокрой пескоструйной обработке, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем	Для клеевых соединений общего назначения
		2. Нанести слой адгезионного грунта из 2%-ного безводного раствора тетрабутилтитаната в петролейном эфире (или в хлорированном углеводороде). Выдержать во влажной атмосфере с целью гидролиза покрытия и образования сплошной пленки грунта	—
		3. Погрузить на 10 мин при 70...95°С в раствор 2 мас. ч. едкого натра в 8 мас. ч. воды. Промыть в горячей воде и просушить горячим воздухом	Используется для обеспечения максимальной прочности склеивания. Метод можно применить для пленок на основе линейных полиэфиров
Хлорированный полиэфир	Ацетон, метилэтилкетон	Обработать в течение 5...10 мин при 66...71°С в растворе, мас. ч.: бихромат натрия…5 вода…8 серная кислота (93%, плотность 1.84)…100 Промыть в обычной, затем в дистиллированной воде и просушить на воздухе	Можно использовать для пленочных материалов
Полиэтилен, хлорированный полиэтилен, полиэтилентерефталат (см. Полиэфиры)	Ацетон, метилэтилкетон	1. Обезжирить растворителем	Для склеивания с малой прочностью
		2. Обрабатывать пламенем газовой горелки или окислительным кислородно-ацетиленовым пламенем, пока поверхность не станет глянцевой	—
		3. Обработать до 90 мин при 20°С в растворе, мас. ч.: бихромат натрия…5 вода…8 серная кислота (93%, плотность 1.84)…100	Для получения максимальной прочности склеивания
		4. Выдержать 15...30°C в горячих растворителях или в их парах (можно использовать толуол, перхлорэтилен или трихлорэтилен)	Углеводороды подтравливают материал или вызывают его набухание, создавая поверхность с улучшенной адгезионной способностью
		5. Нанести слой адгезионного грунта из 2%-ного безводного раствора тетрабутилтитана в петролейном эфире. Выдержать во влажном воздухе для гидролиза покрытия и образования сплошной пленки грунта	—
Полипропилен	Ацетон, метилэтилкетон	1. Абразивная обработка — обдуть абразивным зерном или подвергнуть мокрой пескоструйной обработке, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100	Для клеевых соединений общего назначения
		2. Травить 1...2 мин при 66...71°С в растворе, маc. ч.: бихромат натрия...5 вода...8 серная кислота (93%, плотность 1.84)…100 Промыть в обычной, затем в дистиллированной воде и просушить на воздухе	Можно также применять раствор с соотношением бихромата, воды и кислоты 1.7:20:30 (травление 15 мин при 20°С)
		3. После травления в бихроматном растворе по методу 2 нанести адгезионный грунт — слой эпоксиполиамидного клея	Для обработки жестких пластиков
Полипропилен	Ацетон, метилэтилкетон	4. Выдержать в среде одного из следующих газов, активированных коронным разрядом: в сухом воздухе...15 мин в увлажненном воздухе...5 мин в закиси азота...10 мин в азоте...5 мин	Склеивать не позднее чем через 15 мин после обработки
		5. Обработать в течение 1 мин электрическим разрядом от импульсной катушки Тесла (переменный ток напряжением 50 кВ)	То же
Полиформальдегид (ацетальные полимеры)	Ацетон, метилэтилкетон	1. Абразивная обработка — обдуть зернистым абразивом или провести мокрую пескоструйную обработку, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем	Для клеевых соединений общего назначения
		2. Травить 10...20 с при 20°С в растворе, мас. ч.: бихромат натрия…5 вода…8 серная кислота (93%, плотность 1.84)…100 Промыть в обычной, затем в дистиллированной воде и просушить на воздухе	—
		3. Травить 5 мин при 120°С в растворе: паратолуолсульфокислота…1 г диоксан…10 мл перхлорэтилен…200 мл Промыть в холодной, затем в горячей воде и просушить горячим воздухом	Перед травлением пластик следует термообработать (например, 1 ч при 120°С), чтобы снять напряжения, возникшие в нем при формовании
Полиамиды	Ацетон	Травить 1 мин при 60...90°С в растворе 5 мас. ч. едкого натра и 95 мас. ч. воды. Промыть в холодной воде и просушить горячим воздухом	—
Полиметиметакрилат, сополимеры метакрилата, бутадиена и стирола	Ацетон, метилэтилкетон, моющие средства, метанол,трихлорэтилен, изопропанол	Абразивная обработка — обдуть абразивным зерном или провести мокрую пескоструйную обработку, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем	Для обеспечения максимальной прочности снять напряжения термообработкой пластика при 100°С
Полифенилен	Трихлорэтилен	Абразивная обработка — обдуть абразивным зерном или провести мокрую пескоструйную обработку, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем	—
Полифениленоксид	Метанол	Обезжирить растворителем	Пластик растворим в ксилоле, и на него можно нанести слой грунта клея, содержащего в качестве растворителя ксилол
Полистирол	Метанол, изопропанол, моющие средства	Абразивная обработка — обдуть абразивным зерном или провести мокрую пескоструйную обработку, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем	Для жесткого пластика
Полисульфон	Метанол	Обезжирить в парах растворителя	—
Полиуретаны	Ацетон, метилэтилкетон	Зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100 и обезжирить растворителем	—
Поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, поливинилфторид	Трихлорэтилен, метилэтилкетон	1. Абразивная обработка — обдуть абразивным зерном или провести мокрую пескоструйную обработку, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем	Для жестких пластиков. Максимальная прочность обеспечивается при нанесении подслоя фенолонитрилкаучукового клея
		2. Протереть салфеткой, смоченной растворителем (кетоном)	Для пластифицированных материалов
Сополимеры стирола с акрилонитрилом	Трихлорэтилен	Обезжирить растворителем	—
Мочевиноформальдегидные пластики	Ацетон, метилэтилкетон	Абразивная обработка — обдуть абразивным зерном или провести мокрую пескоструйную обработку, или зачистить наждачной шкуркой зернистостью 100, затем обезжирить растворителем	—