5.4.6. Склеивание

Склеивание – давно известный способ неразъемных соединений, но широкое промышленное применение склеивание получило после того, как были найдены составы клеев, позволяющих соединить детали из одинаковых и разнородных материалов с достаточно высокой прочностью. В период Великой Отечественной войны под руководством Г.С. Петрова была разработана целая группа клея БФ, позволяющих соединять металлы, керамику, пластмассы, стекло, дерево и другие материалы. В последнее время создано большое количество марок клеев специального и универсального применения, обеспечивающих высокую прочность соединений различных материалов.

К общим достоинствам склеивания можно отнести:

- возможность соединения разнородных (металлов и неметаллов) материалов, чего нельзя сделать ни сваркой, ни пайкой;

- достаточно высокую прочность соединений, особенно работающих со статической нагрузкой;

- защиту шва от воздействия внешней среды. Затвердевшая пленка клея защищает шов от воздействия внешней среды и, обладая диэлектрическими свойствами, препятствует возникновению контактной коррозии при различном металле соединяемых деталей;

- герметичность соединения;

- не происходит увеличения массы конструкции;

- снижение трудоемкости выполнения соединения;

К недостаткам относятся:

- ограниченная прочность соединения, работающего с динамическими нагрузками;

- нестабильность механических и диэлектрических свойств затвердевшего клея во времени;

- большинство клеев плохо работает при повышенной температуре, а так же при резком и значительном колебании температур;

- клеи многих марок токсичны и могут вызывать повреждение кожи или оказывать вредное действие на дыхательные пути;

- некоторые клеи нельзя хранить. Они должны использоваться сразу же после их приготовления, сто не всегда удобно для производства.

Классификация клеев основана на их применении. Классифицируют клеи следующим образом:

Термореактивные клеи, используемые для склеивания жестких материалов. Они отличаются повышенной прочностью и теплостойкостью. К ним относят клеи:

- на основе фенолформальдегидной смолы (БФ - 2, БФ - 4, БФ - 6);

- на основе фенолформальдегидной смолы с каучуком (ФРАМ – 30, ВК – 32 – 200, ВКЗ);

- эпоксидную смолу (ВК – 9, ЭЗК – 4, Д - 9);

- полиуретановую смолу (ПУ – 2, ВК – 11);

- кремнийорганическую смолу (КТ – 30).

Термопластичные клеи отличаются обратимостью свойств, прочность и теплостойкость ограниченная, но, как правило, стойки к воздействиям окружающей среды, бензину, маслам. К ним относят клеи АК – 20, полистероловый, акриловый, ТМ и др.

Клеи на основе каучуковых смесей отличаются повышенной эластичностью. Применяются для склеивания эластичных материалов к жестким, для склеивания жестких материалов с различным температурным коэффициентом линейного расширения. К ним относят клеи ЛН, 88НП, 78 БЦС.

Токопроводящие клеи обладают электропроводностью и используются для получения электрических соединений и контактов в труднодоступных местах, для восстановления токопроводящих участков печатных плат, для соединений в МПП (многослойные печатные платы) и микросхемах.

К ним относят : контактолы К-8, К-12а, К-13б, К-16 и др., где в качестве наполнителя используется серебро;

металлические клеи на основе галлия, ртути, где наполнителями являются тонкие порошки меди, никеля, серебра, золота.

Оптические клеи применяются для склеивания силикатного и органического стекла в различных сочетаниях между собой и с металлами. К ним относят клеи ОК – 72Ф, эластосил 11 – 02, ВК – 14, ДСМК.

Герметики - герметизирующие материалы, обладающие высокой адгезией, непроницаемостью, механической прочностью, теплостойкостью, стойкостью к атмосферным условиям и активным жидкостям. Используются для герметизации корпусов приборов, резьбовых соединений, штепсельных разъемов, работающих в диапазоне температур от – 60 до +250^оС. К ним относят самовулканизирующиеся материалы УТ – 32, У-1-18, К-18, ВТУР, ФКС; эпоксидно – тиоколовые компаундры Д – 127, Д – 129, Д – 130. В качестве герметиков используются также клеи, в том числе эпоксидные: ВК – 1, ВК – 7, ВК – 1М.

Технологический процесс склеивания в некоторой степени зависит от конструкции и материала деталей, марки клея и принципа затвердевания его, но наиболее характерный технологический процесс склеивания включает следующие операции: подгонку поверхностей; очистку и обезжиривание; приготовление клея; нанесение клея; сборку соединяемых деталей; выдержку; очистку шва; контроль.

Подгонка поверхностей. При склеивании деталей приборов шов обычно выполняется внахлестку или с подкладками, что увеличивает площадь соприкосновения и тем самым повышает прочность соединения. Поверхности под склеивание должны плотно прилегать друг к другу, что позволит получить ровный тонкий слой клея, обладающий хорошим равномерным сцеплением с основным материалом. Для деталей, изготовленных из метала и других жестких материалов, подгонка поверхностей производится путем механической обработки или рихтовкой. При механической обработке швов не следует добиваться высокой чистоты поверхности. Небольшая шероховатость Ra2.5 – 0.63 способствует повышению прочности соединения. Пескоструйная обработка в этом случае дает очень хорошие результаты, так как не только делает поверхность шероховатой, но и надежно очищает её. Для эластичных материалов подгонка поверхностей не производится.

Очистка и обезжиривание поверхностей. Очистка поверхностей от грязи, окалины, масла и жира способствует лучшей смачиваемости поверхности клеем и повышает сцепление клея с основным материалом. Способ выполнения этой операции определяется главным образом свойствами материала соединяемых деталей. Обезжиривание поверхностей производится промывкой бензином, ацетоном и другими растворителями. Хорошие результаты дает травление поверхностей.

Выбор реактива для травления зависит от материала соединяемых деталей: детали из малоуглеродистой стали очищают в ванне с25%-ым раствором фосфорной кислоты. При t=60^o C, детали из нержавеющей стали – в щелочных ваннах; алюминиевые детали – в растворе серной кислоты; медные и латунные – в азотной кислоте. После травления детали промывают горячей воде.

Хорошие результаты при склеивании получаются, если соединяемые металлические поверхности предварительно подвергаются покрытиям, например, стальные детали – цинкованию; латунные – лужению; алюминиевые – анодированию.

Резина подготавливается к склеиванию зачисткой наждачной шкуркой, металлическими щетками с последующей протиркой бензином.

Пластмассовые детали обезжириваются растворителями, выбор которых определяется маркой материала.

Приготовление клея. Поступающие на производство клеи или компоненты, из которых составляются клеевые композиции, должны быть проверены на годность по внешнему виду, склеивающей способности, вязкости, жизнеспособности. Готовые клеи и композиции, кроме того, проверяются на содержание сухого остатка. Эта работа выполняется в лабораторных условиях. При работе с клеями следует ознакомиться с сопроводительными документами, содержащими сведения о дате и времени приготовления и сроках хранения или времени жизнеспособности.

Нанесение клея. На подготовленную поверхность шва клей наносится различными способами. Выбор конкретного способа зависит от исходного состояния клея (жидкое, пастообразное, пленочное, порошкообразное), конструкции и материала соединяемых деталей, степени автоматизации производства.

Жидкие клеи, имеющие преимущественное применение, наносятся кистью, распылением, поливом или окунанием. Толщина слоя клея должна составлять 0,1 – 0,15 мм независимо от способа нанесения и количества слоев. Как правило, клей наносится в один или два слоя. После нанесения первого слоя детали подсушивают на воздухе для удаления из клея растворителей. На это затрачивается от 20 до 60 мин. Второй слой наносится аналогичным способом, и также подвяливается на воздухе до отлипания.

Сборка соединяемых деталей. После выдержки на воздухе, а в некоторых случаях после дополнительно подсушивания (в зависимости от применяемых клеев) при повышенных температурах (60-90^оС) детали, подлежащие соединению, собирают в специальных приспособлениях или с помощью винтовых прихватов. Склеиваемые поверхности должны быть прижаты друг к другу с определенным усилием, величина которого зависит, прежде всего, от марки клея. Заниженное или завышенное усилие снижает прочность шва, так как нарушаются условия затвердевания. Завышенное усилие может привести к уменьшению оптимальной величины слоя клея или вообще выжать клей на отдельных участках поверхности. Заниженное давление может не компенсировать зазоры между деталями, образовавшиеся в результате некачественной подгонки или коробления.

Выдержка. Процесс затвердевания клея происходит в результате улетучивания растворителя (обратимый клей) или полимеризации (необратимый клей).в соответствии с этим меняются режимы выдержки. Для большинства обратимых клеев температура выдержки должна быть нормальной, меняется лишь время выдержки. Для необратимых клеев, затвердевших в результате полимеризации, требуются более строгие режимы выдержки по температуре, давлению и времени. Конкретные режимы определяются маркой клея и материалом склеиваемых деталей (табл. 3.3, см стр. 70-71). Некоторые клеи после выдержки при повышенной температуре и давлении дополнительно выдерживаются в нормальных условиях от 24 до 48 ч для стабилизации структуры клея.

Очистка шва. Остатки затвердевшего клея удаляются с поверхностей детали металлическими щетками, шаберами, наждачной бумагой или промывкой растворителями.

Контроль. Параметры и методы контроля определяются условиями работы деталей и техническими требованиями к соединению. В этой связи следует различать соединения, которые должны выдерживать определенные механические нагрузки, и соединения, скрепляющие ненагруженные детали.

Независимо от назначения все клеевые соединения подвергаются внешнему осмотру. При этом проверяется, нет ли наплывов клея и пустот, вздутий и задиров эластичных материалов, трещин на отвердевшем клее, чистота поверхности деталей. При склеивании оптических деталей проверяется, нет ли помутнений. Соединения, работающие с механическими нагрузками, проверяются на прочность при отрыве и при срезе. Для этой цели отбираются детали для испытаний, количество которых оговаривается техническими условиями, или изготавливаются специальные образцы для испытаний из того же материала и склеенные тем же клеем при тех же технологических режимах.

Соединения из эластичных материалов проверяются на разрыв, на срез и на усилие отдира. Некоторые соединения проверяются на герметичность избыточным давлением, вакуумом или другими допустимыми методами.