Сайт о клеях

 

Отверждение клеев

Важными факторами при отверждении клеев являются температура и давление. Температура отверждения клеев может быть от комнатной до 315 0C.

В процессе отверждения при повышенной температуре очень важно, чтобы нагрев был равномерным по всей склеиваемой поверхности; в противном случае могут возникнуть локальные внутренние напряжения. После процесса отверждения охлаждать клеевые соединения следует медленно.

В качестве нагревательных приборов можно использовать печи (термостаты), нагревательные прессы, ИК-лампы, неизолированные нагреватели и др. К тепловым способам относятся также резисторный и индукционный нагрев; можно также применять ультрафиолетовое, электронное, лазерное, плазменное и рентгеновское облучение, обработку ультразвуком, токами высокой частоты, нагрев с помощью микроволн. При применении электронного и УФ-облучения эффективно используется соответственно 5 и 10 % энергии, в то время как при нагревании в печи - только 1 % энергии.

Отверждение клеев в поле токов высокой частоты обеспечивает ускорение процесса. Для нагрева используют электрическое поле напряженностью 150-500 В/см при частоте 20-27 МГц. После обработки в течение 30-90 с повышается температура стеклования и прочностные характеристики по сравнению с аналогичными характеристиками, полученными, например, после отверждения эпоксидных клеев при комнатной температуре в течение 24 ч и последующей обработки при 60-80 0C в течение 24-32 ч. По данным рентгенографии термообработка в поле токов высокой частоты приводит к возрастанию степени упорядоченности надмолекулярной структуры полимера. Продолжительность отверждения сокращается во много раз.

Клей ВК-9, отверждаемый при комнатной температуре в течение 24 ч с образованием 82,3 % нерастворимых продуктов, в поле токов высокой частоты отверждается в течение 106с с образованием 96,8 % нерастворимых продуктов.
Для отверждения некоторых клеев, при создании которых используют акриловые мономеры, применяют УФ-облучение. Для генерирования радикалов под действием УФ-облучения в клеи вводят различные добавки, например карбонильные соединения, органические соединения, содержащие серу, и др.

Отверждение под действием УФ-облучения проводят при более низких температурах, чем при термическом отверждении. Это снимает ряд проблем, связанных с термической чувствительностью некоторых склеиваемых материалов.

Радиационное отверждение клеев по сравнению с другими способами имеет ряд преимуществ: возможность быстрого отверждения при комнатной температуре под давлением; использование однокомпонентных клеев и неограниченное увеличение срока жизни неотвержденного клея; отсутствие термических напряжений, часто возникающих в конструкциях при склеивании при высоких температурах; меньший расход энергии, вызванный отсутствием термостатов и автоклавов; большая монолитность слоя клея из-за отсутствия отвердителей и катализаторов. Радиационное отверждение используют для клеев, содержащих соединения с двойными связями.

При отверждении клеев можно использовать постоянное магнитное поле; при этом в зависимости от химической природы клея и типа склеиваемых поверхностей прочность клеевых соединений повышается на 35-40 %, а в ряде случаев в 1,5-2,8 раза. На повышение адгезионной прочности оказывают влияние напряженность поля и продолжительность обработки.

Для ремонта сотовых конструкций из алюминиевых сплавов и полимерных композиционных материалов B.C. Виленцом разработана переносная установка модели УРП-2М (ОСА-ЗМ), применение которой позволяет обеспечить необходимые температуру, время и давление при склеивании.

 

Давление склеивания. Давление при склеивании определяется типом используемого клея, размером склеиваемых поверхностей и качеством их подгонки и выполняет ряд функций:

1) фиксирует относительное положение склеиваемых поверхностей;
2) улучшает смачивающую способность и, как следствие, способствует более полному заполнению клеем микронеровностей поверхности;
3) препятствует выделению летучих продуктов, образующихся в процессе отверждения клея, и, тем самым, образованию пористого, непрочного клеевого шва.

Как правило, для жидкотекучих клеев, при отверждении которых происходит полимеризация компонентов, давление требуется незначительное (только для фиксации склеиваемых поверхностей). Так, например, при отверждении пастообразных эпоксидных клеев достаточно давления 0,01 МПа. При использовании пленочных клеев с пониженной текучестью требуется давление 0,3-1,4 МПа, поскольку это повышает текучесть клея, способствует улучшению смачивания клеем субстрата и обеспечению требуемой прочности клеевых соединений.

Для того чтобы исключить возможность образования пористого клеевого шва при использовании клеев, отверждающихся с выделением газообразных продуктов, может потребоваться давление до 2 МПа.

Избыточное давление может повлечь за собой вытекание клея и образование «голодного» клеевого соединения.

Существует ряд клеев, при склеивании которыми давление не требуется. К ним относятся липкие клеи, при использовании которых контакт и фиксация склеиваемых поверхностей осуществляются путем прикатки роликом. Иногда в клеи специально вводят соединения, придающие им липкость, для фиксации поверхностей даже в вертикальном положении. Это приемлемо только в тех случаях, когда от клеевого соединения не требуется высокая прочность, например при приклеивании декоративно-отделочных и теплоизоляционных материалов.
Для создания давления в процессе формирования клеевого соединения может быть использовано различное оборудование. Чаще всего применяют различные грузы, струбцины, гидравлические прессы, гидравлические и вакуумные мешки, автоклавы. Необходимо помнить, что прессы можно использовать только для плоских поверхностей. Склеивание при пониженном давлении может привести к образованию пористого клеевого шва. При склеивании в автоклавах возможно искажение формы склеиваемого изделия. Общим требованием к оборудованию является равномерность передаваемого давления.

Характеристики некоторого оборудования, используемого в технологии склеивания, приведены ниже.

 

Характеристики некоторого оборудования, используемого в технологии склеивания

Наименование оборудования	Технические характеристики	Изготовитель*
Гомогенизатор кулачковый ГК 30/60 (предназначен для получения высоковязких клеев)	Полный объем гомогенизатора, см3 камера 1 38±2 камера 2 76±4 Рабочий объем гомогенизатора, см3 камера 1 30±5 камера 2 60±5 Частота вращения, мин"1 левый кулачок 40±400 правый кулачок 27±270 Отношение частот вращения левого и правого кулачков 1,5:1 Мощность электродвигателя, кВт 0,5-1,7 Габаритные размеры, мм 900x270x330	131
Дозатор-смеситель ДС-2К-ЭК	Вязкость клея, с 70 Объем блок-баллона, см 60 Время готовности к работе после сборки и заполнения наконечника, мин, < 3 Габаритные размеры, мм 350x53x125 Масса, кг 0,3
Лабораторный смеситель ЛМ-1	Вязкость перемешиваемых композиций, Пас 1-900 Рабочий объем, л 1,2 Мощность электродвигателя, кВт 0,27 Частота вращения мешалки, с-1 2,1; 2,5; 3,3; 4,8; 5,3; 6,6 Остаточное давление при перемешивании, кПа 1,33 Типы мешалок Якорная, винтовая, ленточная, лопастная Габаритные размеры, мм 556x475x765 Масса, кг 85
Лампа кварцевая галогенная KT-220-500 (применяется для отверждения клеев)	Время освещения, мин 5-10 Расстояние, мм 100±5	131