Склеивание
Основным средством соединения пластмассовых элементов между собой и с различными материалами является склеивание. По сравнению с другими видами соединений, клеевые соединения обладают рядом преимуществ, основными из которых являются отсутствие ослаблений, плотность и непрерывность, возможность эффективного соединения разнородных материалов, отсутствие утяжеления конструкции.
Для склеивания применяются главным образом клеи, основанные на синтетических смолах. Синтетические смолы дают возможность изготовить клей, имеющий практически любые заранее заданные свойства. Как правило, синтетические клеи биостойки, водостойки, технологичны, дают шов большой прочности. Эти качества позволили синтетическим клеям вытеснить клеи животного происхождения, основанные на природных высокомолекулярных соединениях. Общим недостатком клеевых швов является их пониженная теплостойкость, вытекающая из органической природы большинства смол, принимающихся для изготовления клеев. Однако в настоящее время получены термостойкие клеи, удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к строительным конструкциям в этом отношении.
Клеи различаются по смолам, которые являются основой для их изготовления. В строительстве наибольшее применение находят следующие виды клеев.
Фенолформальдегидные клеи изготовляются из фенолформальдегидной смолы резольного типа и состоят из нее на 40—60%. Остальную часть составляют свободный фенол, свободный формальдегид и вода (от 50 до 20%).
Термореактивная фенолформальдегидная смола может находиться в трех состояниях: в стадии резол, резитол и резит.
В стадии резол смола легко плавится и растворяется.
При длительном хранении медленно, а при нагревании быстро смола переходит в состояние резит — нерастворимое и неплавкое, отвечающее полной поликонденсации. Состояние резитол — промежуточное.
Резольное состояние смолы удобно для приготовления из нее клея.
Фенолформальдегидные клеи водостойки и не растворимы в кислоте, масле, бензине. Прочность клеевого шва на сдвиг достигает 100—130 кг/см2. Клеи эти имеют небольшой срок схватывания, относительно недороги и доступны.
Широкое распространение фенолформальдегидные клеи марок Б и КБ—3.
Клей Б основан на смоле Б. Он отверждается при температуре 150° в течение 15—20 мин и применяется для склеивания' фенольных стеклопластиков, асбестоцемента, древесных пластиков и т. п. Горячее отверждение ускоряет процесс склеивания, чем обеспечивается лучшее использование оборудования и производственных мощностей, но оно не всегда, однако, приемлемо. Горячее склеивание невозможно, например, при соединении' конструкционных пластмасс с термопластичными пластмассами, имеющими невысокую теплостойкость.
Для склеивания без нагрева, при холодном отверждении, применяется фенолформальдегидный клей КБ—3, получаемый из той же смолы Б путем добавки к ней контакта Петрова, являющегося отвердителем, состоит из керосина и добавляемой к нему в количестве 20% (по весу) кислоты. Для предотвращения разрушающего действия кислоты склеиваемые поверхности из алюминиевых сплавов и асбестоцемента необходимо грунтовать: алюминий — клеем БФ—2, асбестоцемент— полиметилметакрилатным грунтом П.
Клеем КБ—3 можно склеивать также фенольные и полиэфирные стеклопластики, древесные пластики, термопластичные пенопласта. С целью улучшения зазорозаполняющих свойств при склеивании пористых материалов в клей можно добавлять до 10% древесной муки.
При всех положительных качествах фенолформальдегидных. клеев в случае склеивания ими таких жестких материалов, как алюминий и асбестоцемент, обнаруживается большая хрупкость шва. Чтобы уменьшить хрупкость клеевого шва, фенолформальдегидную смолу модифицируют добавкой других смол (в основном эпоксидной) или каучуков, получая так называемые совмещенные клеи. Совмещенные клеи обладают высокой теплостойкостью (до 350°), повышенной прочностью — до 350 кг/см2, дают более эластичный шов, хорошо сопротивляющийся неравномерному отрыву. Но при склеивании они требуют продолжительной выдержки при высокой температуре и значительном давлении, что усложняет технологию склеивания и удорожает окончательную продукцию. Совмещенные клеи применяются для получения высокопрочных соединений в наиболее ответственных случаях.
Во многих случаях при соединении листовых элементов особенно большой прочности от клеевых швов не требуется. В этих случаях на первый план выдвигается требование надежности и стойкости клеевого шва против старения в атмосферных условиях, а также экономические соображения. Этим требованиям отвечают клеи Б и КБ—3, а также слабо модифицированные клеи. Так, для склеивания между собой элементов из алюминиевых сплавов применяется фенолформальдегидный клей ФЭ—10, получаемый добавкой к смоле десяти процентов эпоксидной смолы.
Резорциноформальдегидный клей ФР—12 получается на основе резорцина и формальдегида. Резорцин — кристаллическое вещество белого цвета — вырабатывается синтетическим путем из бензола. Клей ФР—12 применяется для склеивания пластмасс при комнатной температуре. Им плохо 'склеивается асбестоцемент и совсем не склеиваются алюминиевые сплавы.
Мочевиноформальдегидный клей К—17 или МФ—17 производится на основе мочевиноформальдегидной (карбамидной) смолы. Помимо мочевины и формальдегида, исходными продуктами для клея являются также различного рода отвердители (кислоты) и инертные наполнители (древесная мука), применяющиеся для экономии смолы. Клеи до отверждения растворимы в воде, после отверждения водонерастворимы. Склеивание в зависимости от отвердителя может производиться как при нормальной температуре, так и при нагревании. Основа клея — мочевиноформальдегидная смола — и сам клей могут быть прозрачными. Прочность клеевого шва на сдвиг 100—130 кГ/см2. Клеи применяются для склеивания пористых материалов (например, древесины), хорошо отводящих влагу.
Меламиноформальдегидный клей ММФ образуется из меламина и мочевиноформальдегидной смолы. "Меламин производится синтетическим путем из мочевины.
Клей ММФ более стоек к воде и нагреванию, чем мочевиноформальдегидные клеи. Меламиноформальдегидные смолы путем добавки к ним отвердителей и ускорителей отверждения могут давать клеи высокого качества и без мочевины.
Прочность клеевого шва не менее 100 кг/см2.
Эпоксидные клеи ЭД—5 и ЭД—6 изготовляются на основе эпоксидных смол тех же марок. Помимо смол, клеи содержат различные отвердители. Смола ЭД—5 — жидкость светло-коричневого цвета, а смола ЭД-6 — прозрачная жидкость светло-желтого и светло-коричневого цвета. Сырьем для их получения служат эпихлоргидрин (жидкость, образующаяся при производстве глицерина) и дифенилолпропан, образующийся синтезом фенола и ацетона.
Эпоксидные смолы в отвердевшем состоянии весьма устойчивы к действию щелочей, кислот, растворителей, воды. Из всех; клеев эпоксидные дают самый прочный шов. Отвердевшая эпоксидная смола имеет предел прочности при сжатии 1250 кг/см2,. изгибе— 1500 кг/см2 и модуль упругости — около 50000 кг/см2. Эпоксидные смолы применяются для производства высокопрочных стеклопластиков и для склеивания элементов из высокопрочных материалов: стеклопластиков, алюминия и т.п. Клеи на основе эпоксидных смол применяются также для склеивания бетона при ремонте и монтаже бетонных и железобетонных конструкций.
Недостатком эпоксидных клеев является большая жесткость, шва. Кроме того, эпоксидные смолы дефицитны и дороги.
Для склеивания элементов строительных конструкций рекомендованы клеи марок ЭПЦ, содержащие на одну весовую часть смолы две-четыре весовые части цемента. Прочность клеевого шва из клея ЭПЦ составляет 80—150 кг/см2. Отверждение клея может происходить при нормальной температуре и подогреве в пределах до 100° («теплое» отверждение).
Полиэфирный клей ПН-1 получается из полиэфирной смолы той же марки с добавлением в нее пластификатора и. отвердителя. Клей применяется, в основном, для соединения: элементов из полиэфирных стеклопластиков. Клей холодного отверждения; клеевой шов прозрачен. Прочность шва колеблется в пределах 100—150 кг/см2.
Каучуковые клеи получаются на основе латекса или резины с добавкой в них растворителей, пластификаторов и других полимеров. Клеевой шов отличается эластичностью, а поэтому каучуковые клеи пригодны для склеивания разнородных материалов, имеющих сильно отличающиеся коэффициенты расширения и усадки.
Каучуковый клей — холодного или теплого отверждения, прочность шва на сдвиг достигает 140 кг/см2. Совмещенные клеи, модифицированные фенолформальдегидными смолами* имеют еще большую прочность.
Для соединений и склеивания элементов строительных конструкций из алюминиевых сплавов, древесных плит и других пластмасс рекомендуется каучуковый клей 88—Н.
Поливинилацетатные клеи представляют водную* эмульсию поливинилацетата, получаемого из ацетилена и уксусной кислоты. Поливинилацетатные клеи дают бесцветный шов, отверждаются при нагреве до 80° за 15—20 мин. Недостатками
клея являются термопластичность и ограниченная теплостойкость, относительная дороговизна и недостаточная водостойкость. Применяются клеи для склеивания древесины и древесных пластиков.
Бутварофенольные клеи БФ-2, БФ-4, БФ-6. Путем воздействия щелочи на поливинилацетат получается поливиниловый спирт — твердая растворимая в воде порошкообразная масса. Поливиниловый спирт с альдегидами дает ацетали. Масляная ацеталь поливинилового спирта — бутираль (бутвар) в соединении с фенольными смолами служит основой для получения совмещенных бутварофенольных клеев марок БФ-2, БФ-4 и БФ-6.
Клеи БФ применяются для склеивания различных материалов, в том числе и пластмасс. Склеивание происходит лучше всего при нагревании до 100—140°. По своим качествам и прочности шва бутварофенольные клеи не уступают фенолформальдегидным, но более дороги.
Кроме приведенных, для изготовления клея могут применяться и другие смолы, например полиуретановые, полиамидные и т. д.
Высокой клеящей способностью наряду со смолами обладают также пластмассовые мелкозернистые растворы. Они хорошо соединяются друг с другом, с обычным бетоном, деревом, керамикой и другими материалами. В строительстве испытано применение полимерцементрастворов. При ремонте ими бетонных покрытий выбоины очищаются от грязи и смачиваются в течение 2—3 суток водой. После этого по их поверхности разравнивается слой поливинилацетатного полимерцементраствора толщиной до 2 см, затем укладывается обычный бетон.
Большое распространение в строительстве получают также клеи и мастики, создаваемые на основе 60—70-процентного латекса (1 часть) и цемента (2 части). С целью удешевления в цемент добавляют песок, асбест и другие наполнители. Латекс-цементными клеями и мастиками хорошо склеиваются между собой и друг с другом бетон, металл, стекло, дерево, керамика и линолеум, за исключением дерева с деревом и бетоном, а также металла с металлом. Клеевой шов набирает 30% прочности за одни сутки, полная прочность достигается за 4—7 суток.
Способность вещества, находясь в тонком слое, соединяться с другим веществом, называется адгезией (клеящей способностью).