3.3.2. Характеристики клеев и области их применения.

Клеи получают на основе веществ природного происхождения (казеиновый, мездровый, шеллачный и др.) и синтетических материалов.

Синтетические клеи представляют собой обычно композиционную систему, состоящую из связующего, растворителя, наполнителя, пластификатора и ката­лизатора или отвердителя.

Связующее обладает клеящими свойствами и обеспечивает прочность соеди­нения.

Растворители регулируют вязкость клея.

Наполнители (металлические порошки, окислы металлов, волокнистые ма­териалы) вводят в клеевую композицию для увеличения прочности, уменьшения усадки и коэффициента термического расширения, а также для регулирования вязкости клея.

Пластификаторы понижают хрупкость клеевой пленки.

Катализаторы или отвердители ускоряют реакцию отвердения клея.

Клеи для силовых конструкций (конструкционные клеи). Клеи БФ-2 и БФ-4 (ГОСТ 12172—66) широко применяют в машиностроении. Они представляют собой спиртовые растворы фенолоформальдегидной смолы, совмещенной с поливинилбутиралем.

При помощи этих клеев могут быть склеены металлы, пластмассы (в том числе органическое стекло), керамика, дерево, фанера, фибра, эбонит, бумага и другие материалы. Для склеивания термопластов рекомендуется применять клей БФ-4.

Склеенные клеями БФ-2 и БФ-4 металлические плиты могут подвергаться механической обработке без нарушения клеевых швов. Клеевые соединения устойчивы к перепадам температур от —60 до +60⁰ С. Прочность клеевых сое­динений на клеях БФ-2 и БФ-4 зависит от температуры отвердения. Темпера­тура отвердения 160—175° С обеспечивает максимальную прочность, выше 175° С прочность резко падает.

Для улучшения технологических свойств клея БФ-2 и БФ-4 разработана кле­евая пленка, представляющая собой капроновое полотно (размер ячейки 0,5x0,5 мм), пропитанное клеем БФ-4 (пленка НИАТ-I) или БФ-2. Армирован­ная клеевая пленка клея БФ-2 имеет на 30—50% более высокие показатели проч­ности, чем клей БФ-2. Для изготовления армированной клеевой пленки не тре­буется специального оборудования. Срок хранения такой пленки достаточно велик.

Клей БФ-2 применяют при необходимости получения большей теплостойкости шва, а БФ-4 — при большей его эластичности. Клеевые соединения на клеях БФ-2 и БФ-4 обладают удовлетворительной водостойкостью, устойчивы при воздействии минеральных масел и бензина. Они обладают удовлетворительными диэлектрическими свойствами.

Клей ВК-32-200 на основе фенолформальдегидной смолы (лак ИФ по ТУ 35-ЭП-255-64) и акрилонитрального каучука с отвердителем (продукт № 3 — по ТУ № 252—61) применяют для склеивания однородных (металлы и пластмас­сы) и разнородных материалов (металлов с пластмассами). Прочность клеевых соединений: предел прочности при сдвиге для стали составляет 200 кГ/см², при температуре 200° С — до 90 кГ/см².

Ценным свойством клея ВК-32-200 является эластичность. Клеевые соеди­нения, выполненные на этом клее, устойчивы к действию высоких температур от —60 до +200° С, воды, керосина, минерального масла, бензина, тропического климата (относительная влажность 98%, температура 50° С). Клей устойчив к действию микроорганизмов (грибостоек) и не вызывает коррозии цветных и черных металлов.

Клеи ВС-10Т и ВС-350 предназначены для склеивания металлов (стали, дуралюмина) и теплостойких неметаллических материалов (стеклотекстолит), а также для приклеивания их к металлам. Они достаточно водостойки. Масло, керосин, бензин практически не влияют на свойства клеевых соединений.

Клей ВС-10Т на основе фенолформальдегидной смолы, полиацеталя и алкоксисилана в органических растворителях (ТУ УХП285-62) используют для наклеивания фрикционных накладок к тормозным колодкам. Клеевые соедине­ния накладок со сталью на этом клее обладают прочностью, близкой к проч­ности фрикционного материала. Клей ВС-10Т хорошо заполняет все неплот­ности в клеевом соединении, но мало эластичен, поэтому его рекомендуется при­менять для соединений, не работающих на неравномерный отрыв. Предел проч­ности при сдвиге соединений сталь — сталь на клее ВС-10Т составляет 180 кГ/см² при 20° С и 60—70 кГ/см^г при 300° С.

Клеевые соединения на клее ВС-10Т выдерживают нагревание при 200° С в течение длительного времени (200 ч) и кратковременное (5 ч) при 300° С.

Клей ВС-350 отличается от клея ВС-10Т тем, что содержит фенолоформаль­дегиднофурфурольную смолу (МРТУ-6-05-1216-69). Соединения имеют прочность при сдвиге, близкую к прочности клеевых соединений на клее ВС-10Т, но обла­дают значительно большей прочностью при равномерном отрыве и более высокой длительной прочностью при повышенных температурах.

Клеевые соединения на этом клее выдерживают нагревание при 200° С (200 ч) и кратковременно (5 ч) при 350° С, предел прочности при сдвиге 60 кГ/см².

Клеи на основе эпоксидных смол отвердевают с небольшими усадками при комнатной и при повышенных температурах, без выделения побочных ве­ществ.

Клеевые композиции на основе эпоксидных смол обладают хорошими физико-механическими свойствами и адгезией к различным материалам, а также высоки­ми диэлектрическими показателями. Они стойки к минеральным маслам, бен­зину, керосину и другим органическим растворителям, а также к действию раз­бавленных кислот и щелочей. Водостойкость клеевых соединений на клеях, от­верждаемых аминами (полиэтиленполиамин, гексаметилендиамин и др.), при склеивании металлов удовлетворительная, а при соединении древесины с метал­лом — низкая. Клеевые композиции без пластификатора имеют более высокую прочность и теплостойкость, но более хрупкие.

Клеи горячего отверждения отличаются более высокой прочностью и теплостойкостью. Рекомендуется, если позволяют габариты и материал, изде­лия, склеенные клеями холодного отверждения, дополнительно прогревать до температуры 70—200° С.

Сила сцепления (адгезия) эпоксидных клеев холодного отверждения с боль­шинством металлических поверхностей значительно ниже сил когезии самого клея. Этим объясняется то, что отрыв, как правило, происходит от одной из по­верхностей склеивания, что зачастую объясняют нарушением технологии, недо­статочной толщиной клеевой пленки и т. д. Иногда это можно устранить пред­варительным нанесением на одну или обе склеиваемые поверхности тонкого слоя клея (того же или другого состава) с последующим отверждением, после чего следует склеить клеем холодного отвердения по принятому режиму.

За последние годы синтезировано и выпускается большое количество эпоксид­ных смол, позволяющих изготовлять клеи различного назначения.

Эпоксидными клеями склеивают изделия из однородных и разнородных ме­таллов (к олову и облуженной поверхности адгезия эпоксидных клеев низкая), пластмасс, фарфора, стекла и других материалов. Эпоксидные клеи используют для контровки болтов, заделки пороков литья, их применяют в клеесварных, клеезаклепочных и клеерезьбовых соединениях.

Примерными клеевыми композициями холодного отверждения на основе эпо­ксидных смол являются следующие:

1. Эпоксидная смола ЭД-5 или ЭД-6 (ГОСТ 10587—63) 100 вес. ч.; пластифи­катор — дибутилфталат (ГОСТ 8728—68) 10—15 вес. ч.; наполнитель (порт-индский цемент марки 400, металлические порошки и др.) — от 40 до 100 вес. ч.; отвердитель — полиэтиленполиамин (СТУ-49-2529-62) 12—14 вес. ч. или гексаметилендиамин (СТУ 12-10242-63) 8—10 вес. ч. (или кубовый остаток гексаметилендиамина по ТУ 6-01-92-66).

2. Эпоксидная смола ЭД-5 или ЭД-6 100 вес. ч.; эпоксидная алифатическая смола ДЭГ-1 (МРТУ-6-05-1223-69) 30 вес. ч.; полиэтиленполиамин 18 вес. ч.

Примерными клеевыми композициями горячего отверждения на основе эпок­сидных смол являются следующие:

1. Эпоксидная смола марки ЭД-6 или ЭД-5 100 вес. ч.; отвердитель — три-этаноламин (СТУ 12-10-126-61) 10 вес. ч.; классификатор — дибутилфталат 10 вес. ч.

2. Эпоксидная смола ЭД-5 или ЭД-6 100 вес. ч.; продукт № 254 (ВТУП-176-69) 20—22 вес. ч.; наполнитель 3—60 вес. ч.

3. Эпоксидная смола 100 вес. ч.; малеиновый ангидрид (ГОСТ 5854—68) 30 вес. ч.

Эпоксидные клеи горячего отверждения выпускают в виде прутков (эпоксид ПP) и в виде порошков (эпоксид П). Они представляют собой системы на основе твердой эпоксидной смолы Э-41 с отвердителем. Эти клеи предназначены для склеивания металлов (стали, дуралюмина, магния) между собой и со стеклотекстолитами, стеклом, фарфором, пластмассами, деревом и другими материа­лами. Клеи не токсичны, а клеевые соединения устойчивы к длительному воздей­ствию повышенных (100° С в течение 500 ч) и переменных (от —60 до +100° С) температур, воды, бензина, керосина, масла и ацетона. В тропических условиях прочность клеевых соединений понижается на 10—30% в течение года. Клеи грибостойки и не вызывают коррозии металлов.

Предел прочности при сдвиге σ_сд соединений на клее эпоксид ПР для стали 30ХГСА составляет:

Температура в ^оС ....................... 20 60 —60

σ_сд в кГ/см^г ................................. 342 355 312

Для дуралюмина, анодированного при 20° С, σ_сд = 123 кГ/см².

Для повышения теплостойкости эпоксидные смолы модифицируют элементо­органическими соединениями.

Представителем таких клеевых композиций является клей ВК-1. Клеевые соединения на клее ВК-1 выдерживают длительное (300 ч) нагревание до 150° С, устойчивы к переменным температурам (от —60 до +150 ⁰С) и обладают длитель­ной прочностью.

Клей ВК-1 применяют для клеевых, клеесварных, клеезаклепочных и клее-резьбовых соединений из стали, дуралюмина, титановых сплавов.

Прочность клеесварных соединений более чем в 3 раза превышает прочность сварных швов при 20° С и почти в 2 раза — при 150° С.

Предел прочности при сдвиге клеевых соединений стали при 20° С σ_сд = 210 кГ/см².

Модификация эпоксидных смол алифатическими эпоксидными смолами (на­пример, ДЭГ-1) или жидкими полисульфидными полимерами (тиоколы) поз­воляет получать клеи повышенной эластичности, которые пригодны для склеи­вания металлов, а также для приклеивания к металлам стеклотекстолитов, тка­ней и других неметаллических материалов.

Клей 88 и 88Н (МРТУ 38-5-880-66) служит для приклеивания вулканизован­ных резин к металлам, стеклу и другим материалам, а также для крепления к ме­таллам некоторых теплоизоляционных материалов без последующей вулканиза­ции. Клей 88 представляет собой растворы резиновой смеси на основе севани­тового каучука и бутилфенолформальдегидной смолы марки 101 в смеси этил-ацетата и бензина «Галоша» в отношении 2 : 1, а клей 88Н вместо севанитового каучука содержит наиритовый каучук. Предел прочности при сдвиге клеевого соединения сталь — сталь 25 кГ/см². Термообработка клеевого шва при 90° С в течение нескольких часов дает более высокие показатели прочности, чем вы­держка при комнатной температуре.

Вулканизованная клеевая пленка стойка к воде, но не стойка к минеральным маслам, керосину, бензину. Она склонна к старению. Для крепления резины к металлу, дереву, бетону и другим материалам без нагрева и давления пред­назначен самовулканизующийся клей 78-БЦС (ТУ 38-5-227-68). Благодаря тепло­стойкости (до 100° С) и водостойкости клеевого соединения клей может быть рекомендован для изделий, эксплуатируемых в условиях жаркого и тропического климата. Клей 78-БЦС обладает высокими адгезионными свойствами ко многим резинам и тиоколовым герметикам, увеличивает долговечность и надежность ре­зино-металлических конструкций.

Кроме того, клей 78-БЦС позволяет получить пленку оптически прозрачную.

Перед нанесением клея склеиваемые поверхности обезжиривают бензином и просушивают. Время, необходимое для достижения оптимальной прочности клеевого соединения, колеблется от нескольких часов до суток, в зависимости от склеиваемых резин, температуры и относительной влажности воздуха. Нагре­вание или термообработка ускоряют процесс вулканизации клея и повышают прочность шва.

Клей лейконат (ТУ МХП 284-62) служит для склеивания невулканизованной резины с металлами (с последующей вулканизацией). Вулканизованная клеевая пленка обладает стойкостью к керосину, бензину и минеральным маслам, грибо-стойка, морозостойка до —40° С, кратковременно работает при 150° С.

Клей ЛН представляет собой смесь растворов клея лейконата и 16—20%-ного раствора наирита (полихлоропреновый каучук) в дихлорэтане, взятых в соотно­шении 1 : 3. Этим клеем склеивают холодным способом (при 20—30° С) и при тем­пературе 70° С следующие материалы: бессернистые и обычные резины, войлок, кожу с металлами, деревом, керамикой, а также все указанные материалы между собой, полистирол, органическое стекло с металлами, полиамиды, лакоткани, пленки целлофана, поливинилхлоридный пластикат.

Прочность склеивания 8—25 кГ/см² и практически не изменяется в течение 4—5 лет эксплуатации в различных атмосферных условиях. Клеевой шов тепло­стоек (до 130° С) и морозостоек (до —60° С), устойчив к маслам, влаге, обладает эластичностью, грибостойкостью и не горит.

Термопреновый клей (ТУ 351-Н) применяют для склеивания невулканизован­ных резин, резины с металлом. Теплостойкость клея до 50° С. Вулканизованное клеевое соединение не стойко к минеральным маслам. При склеивании резины со сталью предел прочности при сдвиге 4—5 кГ/см².

Клей наиритовтлй 4АН (СТУ 30-12193-61) применяют для склеивания вулка­низованных резин и резино-тканевых материалов без последующей вулканиза­ции. Клей пригоден также для склеивания этих материалов в невулканизован­ном состоянии с последующей вулканизацией.

Клеевая пленка после вулканизации стойка к маслам, но недостаточно устой­чива к керосину и не стойка к бензину.

Для крепления к металлам вулканизованных резин на основе различных ти­пов силоксановых каучуков может быть использован клей КТ-30 (ВТУ-П-63-64), представляющий собой 80—90%-ный раствор кремнийорганической смолы в бен­золе или толуоле. Клей обеспечивает надежное крепление в интервале темпера­тур от —60 до +300° С, выдерживает длительное старение при температуре 200— 250° С, стоек к воздействию влаги.

Прочность крепления вулканизованной резины ИРП-126в к стали 30ХГСА при испытании в нормальных условиях 15—20 кГ/см², а при 200° С—6—10 кГ/см².

При склеивании поверхность резины освежают бензином «Галоша», а поверх­ность металла обрабатывают металлическим песком пли наждачной бумагой № 24—36, а затем обезжиривают бензином «Галоша». Обезжиривание произво­дят за 10—15 мин до склеивания.

Клей БФ-6 (ГОСТ 12172—66) служит для склеивания тканей, а также для приклеивания тканей и пластмасс к металлам.

Склеивание органического стекла до последнего времени производится раст­ворами полиметилметакрилата в органических растворителях. Одним из таких является 2—5%-ный раствор органического стекла в дихлорэтане. Недостатком этих клеев является образование трещин («серебра») на поверхности склеенного органического стекла. Для предотвращения вредного действия паров органических растворителей (дихлорэтана) рекомендуется производить местный отсос паров.

К клеям, длительно не вызывающим появление «серебра», при склеивании органического стекла, относится клей ВК-32-70а на основе полиэфиракрилатов. Этот клей не содержит растворителей и компонентов, разрушающих органиче­ское стекло и другие термопласты. Клей не токсичен. Толщина клеевой пленки 0,01—0,75 мм не влияет на прочность.

Клеевые соединения органического стекла на клее ВК-32-70а обладают хоро­шими показателями прочности при скалывании, растяжении и отрыве в интер­вале температур от —60 до +60° С. Продолжительное действие на клеевые сое­динения повышенных (80° С) и переменных температур, а также воды и атмос­ферных условий не снижает прочности склеивания.

Для склеивания поливинилхлоридных пластиков используют различного состава клеевые композиции. Чаще всего применяют 10—20%-ные растворы пер­хлорвиниловой смолы (ТУ МХП № 4274-54) в дихлорэтане. Поливинилхлорид с металлом соединяют клеями ПФЭД и ПЭД.

Клей ПФЭД содержит эпоксидную смолу марки ЭД-5 (100 вес. ч.), поливи­нилхлорид ПФ-4 (3 вес. ч.), диоктилфталат (3 вес. ч.), циклогексанон (55 вес. ч.), толуол (34 вес. ч.) и полиэтиленоролиамин (15 вес. ч.).

Клей ПЭД содержит эпоксидную смолу ЭД-5 (100 вес. ч.), перхлорвинило­вую смолу (20 вес. ч.), циклогексанон (10 вес. ч.), метиленхлорид (90 вес. ч.) и полиэтиленполиамин (15 вес. ч.).

Для склеивания винипласта может быть использована клеевая композиция, в состав которой входит перхлорвиниловая смола (40 вес. ч.), стирол (60 вес. ч.) и перекись бензоила (4 вес. ч.). Перекись бензоила вводят в композицию перед склеиванием.

Перхлорвиниловыми клеями склеивают кожу и резину. В состав этих клеев входит перхлорвиниловая смола (20,4 вес. ч.), этилацетат (32,5 вес. ч.), бутил-ацетат (14,4 вес. ч.), дибутилфталат (7,2 вес. ч.), бензин (18,1 вес. ч.) и перекись бензоила (7,4 вес. ч.).

Нитроцеллюлозный клей АК-20 используют при склеивании ткани, кожи, картона и дерева.

Для склеивания пленочных материалов на нитрооснове используют клеи следующих составов:

1) ацетон (75 мл), амилацетат (25 мл), колоксилин (5 мл);

2) этилацетат (75 мл), бутилацетат (25 мл).

Для склеивания пленок на триацетатной основе применяют клеи следующих составов:

1) хлороформ (85 мл), этиловый спирт-ректификат (15 мл), триацетатная плен­ка (1 г);

2) хлороформ (75 мл), этиленхлоргидрон (25 мл), диметилфталат и дибутил­фталат (4 мл).

Клей на хлороформе ядовит и при массовой склейке необходимо выполнять работы под вытяжкой.

Прочные соединения пленочных материалов получаются при применении диоксансодержащих клеев следующих составов:

для триацетатных пленок:

диоксан (50 мл), ацетон (50 мл), триацетатная пленка (1 г);

для пленок на нитроцеллюлозной основе:

диоксан (20 мл), метилацетат (80 мл), нитропленку (2 г).

Универсальный клей для склеивания пленочных материалов на нитроцел­люлозной, триацетатной и диацетатной основе содержит в своем составе этилен-хлоргидрин (75 мл), ацетон (25 мл), нитроцеллюлозную пленку (1 г).

Липкие пленки. Основное свойство — длительное время не теряют липкости, легко прилипают к различным материалам.

Такие пленки используют:

-при окраске деталей для защиты мест, не подлежащих покрытию;

-для крепления деталей при операциях сборки и обработки;

-при временной герметизации узлов, а также тары, например контейнеров для транспортировки изделий;

-для предохранения деталей от повреждений при транспортировке.

Промышленность выпускает полиэтиленовые пленки (СТУ 30-14384-65) и полихлорвиниловые ленты (СТУ 30-12328-62) с липким слоем. Последний состоит из полиизобутилена с различным молекулярным весом.

Для склеивания оптических деталей из силикатного стекла может быть ис­пользован клей, в состав которого входит метилметакрилат (45 мл), бутилмето­крилат (135 мл) в ксилоле (75 мл). Инициатором служит перекись бензоила (3,2 г).