12. Производство работ при склеивании материалов, изделий и конструкций.

Процесс склеивания

Применение адгезивных материалов может осуществляться по двум, несколько различным, вариантам:

 при сборке новой конструкции;

 при ремонте.

Сборка

В том случае, если решение о применении адгезивных материалов при сборке принято, оптимальные результаты будут достигнуты только при условии тщательной проработки каждой стадии технологического процесса склеивания. Очень важно при выборе клея прежде всего решить вопрос, как клеить, то есть выбрать схему нагружения и тип клеевого соединения. Исходя из этого, склеивание включает в себя следующие взаимозависимые этапы.

Проектирование соединения. Определение величины и типа действующего в соединении напряжения и сравнение его с требуемой прочностью будут способствовать более правильному выбору клея. Вместе с этим нельзя отодвигать решение о выборе клея до полного завершения проектирования соединения, так как необходимо учитывать воздействие на склеиваемые элементы факторов, сопутствующих склеиванию, или устанавливаемые допуски на сопрягаемые элементы не позволяют клею проникнуть в спроектированный зазор.

Выбор клея или клеев. На этом этапе необходимо рассмотреть эксплуатационные требования, предъявляемые к клеевому соединению, и накопленный опыт работ с выбираемыми клеями. Это необходимо для того, чтобы убедиться в соответствии друг другу конструкции соединения и выбранного клея (клеев).

Выбор оптимального метода подготовки поверхности. Для выбранного клея рассмотреть все приемлемые методы подготовки поверхности склеиваемых элементов и выбрать оптимальный.

Изготовление клееных конструкций. Этот этап включает операции от нанесения клея до его отверждения в контролируемых условиях.

Ремонт

Основные этапы при использовании адгезивных материалов при ремонтных работах следующие:

 анализ причин возникновения дефекта элемента конструкции (или его износа) и условий ее эксплуатации;

 выбор варианта устранения повреждения, при необходимости подбор дополнительной детали;

 в результате проведенного анализа и изучения свойств адгезионных материалов выбирают конкретную композицию;

 подготовка детали и дополнительных частей для устранения повреждений, очистка и обезжиривание соединяемых поверхностей;

 приготовление и нанесение композиции на восстанавливаемую деталь;

 отверждение композиции в условиях окружающей среды или контролируемых условиях;

 контроль качества выполненных работ внешним осмотром и испытанием образцов-спутников.

Адгезия, прочность соединения и подготовка поверхности

Адгезия наблюдается в самых разнообразных процессах. Процесс образования адгезионного соединения начинается со сближения разнородных фаз и осуществляется различными методами. Основой адгезии является молекулярное взаимодействие на поверхности раздела адгезив/склеиваемый элемент. Наиболее распространенный метод - смачивание жидким адгезивом твердой поверхности, при котором достигается необходимый молекулярный контакт различных фаз. Это означает, что адгезив должен растекаться по твердой поверхности материала, вытесняя воздух и присутствующие на ней загрязнения.

Адгезив, идеально отвечающий этим требованиям, в жидком состоянии должен иметь нулевой или близкий к нулю контактный угол, на определенном этапе формирования адгезионного соединения обладать относительно низкой вязкостью, при контакте с твердой поверхностью содействовать удалению захваченного воздуха. Прочность клеевого соединения зависит не только от выбранного клеящего вещества, но и от качества склеиваемой поверхности материала. Адгезия на границе конденсированных фаз возникает в пределах небольшого слоя и прочность соединения может существенно снизиться из-за наличия на поверхности загрязнений и слабых поверхностных слоев, которые препятствуют контакту клея со склеиваемым материалом.

Для обеспечения оптимальной прочности поверхности материалов должны быть очищены и приведены в соответствующее состояние. Это и составляет основную и важную цель предварительной обработки поверхности склеиваемых элементов. Выбор метода подготовки зависит как от выбранного клея, так и от свойств конструкции склеиваемых элементов, а также от прочностных требований к соединению, условий эксплуатации, допустимых производственных затрат и технических возможностей.

Свойства поверхностного слоя материала зависят от предыстории склеиваемой детали и обычно в полной мере не известны. Металлы могут подвергаться термообработке, кислотному травлению, анодированию. Их поверхность может быть покрыта смазочными материалами, окислами, обработана ингибиторами коррозии или иметь защитные полимерные или лаковые покрытия. Кроме того, при изготовлении склеиваемые элементы подвергаются различным видам механической обработки, что приводит к возникновению остаточных напряжений в поверхностном слое металла и изменению его свойств по сравнению с внутренним объемом металла.

Поверхность пластмасс загрязняется технологическими разделительными слоями, пластификаторами или имеет собственные слабые слои. Аналогично обстоят дела и с другими материалами, при этом необходимо иметь в виду, что поверхностные слои материалов по своим свойствам отличаются от свойств материала в массе. Простейшим методом подготовки поверхности к склеиванию является обработка растворителем или абразивом, что позволяет удалить загрязнения, наличие которых препятствует смачиванию основного материала. Другие методы обработки поверхности более сложные и направлены на увеличение адгезии путем активирования процессов, вследствие которых возникает адгезия. Например, использование химических методов позволяет изменить как химические, так и физические свойства поверхности материала. Если необходимо получить соединение с высокой прочностью, то подготовку следует выполнять с особой тщательностью. Механические способы подготовки поверхности целесообразно применять в случае, если количество склеиваемых узлов невелико, либо если состояние склеиваемых элементов не позволяет использовать химические реагенты. Типичные механические способы подготовки: зачистка наждачной бумагой, обдувка порошком абразива, зачистка стальной щеткой. Химическая обработка предпочтительна, если масштабы производства оправдывают затраты на установку соответствующего оборудования (ванн травления, промывочных ванн, сушильных печей и т.д.).

В дополнение к химическим и механическим способам применяются и физические способы обработки поверхности, к числу которых относится воздействие пламенем, ионная бомбардировка в вакууме (коронный разряд) и воздействие электрическим разрядом. Эти методы успешно опробованы для обработки инертных пластмасс (полиэтилена, полипропилена, политетрафторэтилена и др.), которые трудно эффективно склеить без применения специальных методов подготовки поверхности. Химически обработанные металлические поверхности имеют высокую активность и легко поглощают пыль и влагу, поэтому целесообразно как можно скорее производить их склеивание.

Для обезжиривания металлических поверхностей обычно используют органические растворители, например трихлорэтилен. Обезжиривание является предварительной операцией для любых более сложных способов подготовки поверхностей, вместе с тем иногда обезжиривание достаточно для соединений, не работающих в особых эксплуатационных условиях (например, при воздействии высоких механических нагрузок или жесткой эксплуатационной среды). Эффективность обезжиривания можно проконтролировать каплей воды. В отсутствие масел и жира образуется водяная пленка, стекающая с наклонной поверхности равномерно без появления капелек или разрывов. По сравнению с механическими химические и электрохимические способы обработки поверхности являются более эффективными с точки зрения экономичности процесса и хорошего качества подготовленной поверхности и клеевых соединений. В дополнение к очищающему действию эти виды обработки могут обеспечить образование на поверхности химически стойкого слоя, который способствует сохранению прочности клеевых соединений в условиях эксплуатации.

Конструкция клеевых соединений.

Элементы конструкции, сборка которых осуществляется склеиванием, должны специально проектироваться. Без предварительного анализа нагрузок и напряжений, которые будут действовать в процессе эксплуатации, нельзя, например, склеивать элементы, первоначально спроектированные под сварку или клепку. Необходимо хорошо продумать мероприятия, обеспечивающие получение сплошного клеевого шва между соединяемыми поверхностями в процессе отверждения. Конструкция клеевого соединения, как правило, зависит от двух основных факторов:

направления действия всех приложенных нагрузок

и сил, которые соединение должно выдерживать в процессе эксплуатации;

легкости, с которой может быть сформировано соединение. Это зависит от способов изготовления склеиваемых элементов и от используемых материалов.