12. Достоинства клеевых соединений.

Преимущества склеивания

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.

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.

Возможность экономичной и быстрой сборки, замены нескольких видов сборки единым способом склеивания, одновременной сборки многих элементов конструкции.

Многообразие адгезивных материалов по форме и способам нанесения позволяет приспособить их ко многим производственным процессам.

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.

Деформационная способность многих адгезивных материалов обеспечивает возможность поглощать, перераспределять или более равномерно передавать напряжения от одного элемента конструкции к другому.

Возможность соединять чувствительные к нагреву материалы, деформирующиеся или разрушающиеся от сварки или пайки.

Клеи могут служить герметизирующим материалом, 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.

Специальные клеи позволяют выполнять работы по склеиванию в различных климатических условиях без применения сложного оборудования и подвода тепла.

Недостатки склеивания

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.

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.

Недостаточная теплостойкость клеевого шва ограничивает применение клеевых конструкций до определенных температур, в то время как клепаные, сварные и паяные соединения удовлетворительно работают при более высоких температурах. Некоторые клеи недостаточно стойки к тепловому и механическому удару.

Невозможно сразу получить оптимальную прочность соединения, как это, например, можно сделать при сварке. Часто очень трудно обеспечить требуемый уровень контроля качества клеевых соединений.

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.

Трудность демонтажа соединения при необходимости полной разборки или ремонта конструкции.

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.

Некоторые конструкции более экономично изготавливать, используя другие методы сборки, особенно в тех случаях, когда для этих целей имеется необходимое оборудование.

Это метод неразъемного соединения разнородных или однородных но виду полимерного материала заготовок в изделие. Достоинства клеевых соединений: полное сохранение структуры, физических и декоративных свойств соединяемых деталей в зоне шва; возможность регулирования площади шва и таким образом получение высокопрочных соединений при сравнительно невысокой прочности самого клея; малое потребление в процессе образования клеевого шва внешней тепловой или иного вида энергии или ее полное исключение; возможность ведения операций склеивания в экстремальных условиях, например под водой; возможность придания клеевым соединениям новых свойств за счет особых качеств клеевого материала (электропроводность, теплопроводность, акустические свойства, барьерные свойства и пр.); применимость клея как в крупносерийном, так и в мелкосерийном производстве.

Эти и другие (не перечисленные) достоинства клеев являются причиной непрерывного и быстрого роста интереса к их производству и использованию. Известно, что, например, в автомобильной промышленности в период с 1978 но 1987 г. количество клея, расходуемого на производство одного автомобиля, возросло с 9-11 до 22-25 кг. В современных автомобилях доля клея составляет до 1,2% массы. Широко известны примеры применения клеев в самолетостроении, скоростном судостроении и других областях.

Создание клеев стало самостоятельной и весьма сложной отраслью технологии пластмасс. Взаимодействием клеевого слоя с подложкой, химическими и физическими процессами в клеевых соединениях занимается новая отрасль полимерной науки — алгезиология. Получение клеен, их индивидуальные свойства и технология находятся вне тематики данной книги. Для заинтересованного читателя в конце главы приводится перечень литературы по этим проблемам.

В производстве изделий из пластмасс склеиванием необходимо учитывать следующее. Перечисленные условия, по сути, являются технологической последовательностью процесса склеивания. Необходимо отчетливо понимать, что несоблюдение хотя бы одного из перечисленных условий может вместо положительного эффекта привести к отрицательному результату, перекрывающему достоинства клеев.

Выбор клея

Существует великое разнообразие предлагаемых промышленностью клеевых материалов, свидетельствующее, в частности, что универсальных клеев не бывает. Есть клеи, в большей или меньшей степени специализированные для конкретного производства. Например, обувной клей для конвейерного производства спортивной обуви из пластифицированного Г1ВХ и синтетической ткани определенного состава, с использованием инфракрасных нагревателей, является специальным. Бытовой клей, пригодный для несложного разнообразного бытового применения - скрепления бумаги, кожи, дерева и пр. — называют универсальным, хотя он и не обеспечивает максимальной прочности соединений при всех видах его использования.

При выборе промышленного клея прежде всего учитывается природа соединяемых материалов, называемых также подложкой, влияющая на полярность, реакционную способность, структуру, текстуру и растворимость поверхностей клеевого шва.

Конструктивные, технологические, экономические и другие условия являются хотя и важными, но вторичными.

Как правило, при склеивании пластмасс рекомендуется использовать материалы, близкие по химической природе к соединяемым материалам. В этом случае свойства клеевого слоя и подложки будут различаться мало, условия формирования клеевого шва будут близки к условиям формирования соединяемых изделий и это, в свою очередь, будет способствовать монолитности соединения.

По физическому состоянию к моменту использования, то есть по морфологическому признаку, клеи подразделяются на: клеи-растворы; клеи-расплавы; лаковые клеи; клеи порошковые и клеи пленочные. В производстве изделий из пластмассе использованием неразъемных клеевых соединений применяются главным образом клеевые составы в виде растворов или расплавов. Последнее определение довольно условно, скорее оно свидетельствует об отсутствии в таком составе растворителя. Так или иначе, перечисленные разновидности клеев представляют собой жидкости различной вязкости от легкотекучих до близких к пастам.