10.4. Клеи, их классификация, составы и применение

Клеи применяются для соединения разнообразных материалов: пластмасс, органических и силикатных стекол, фарфора, керамики, бумаги, древесины, природных и синтетических волокон, стали, алюминиевых и титановых сплавов, неметаллических материалов и их различных соединений.

При испытании клеев и клеевых соединений определяют концентрацию клея, его вязкость, жизнеспособность и прочность склеивания.

Концентрацию клеев находят путем высушивания навески клея до постоянного веса при определенной температуре (чаще всего 100 - 120 ^оС).

Вязкость клея испытывают с помощью вискозиметров при температуре 20 ^оС.

Жизнеспособность клея характеризуется временем, в течении которого клей сохраняет вязкость, удобную для нанесения на склеиваемые поверхности.

Клеящая способность оценивается с помощью испытаний механических свойств клеевых соединений на образцах стандартных размеров и форм. Для клеевых соединений металлов определяют предел прочности при сдвиге и при равномерном и неравномерном отрыве. При склеивании органического стекла, древесины и других материалов проводят испытание на скалывание; при склеивании тканей, теплоизоляции, пленочных материалов – испытание на отслаивание.

По происхождению различают клеи природные и синтетические.

Природные клеи подразделяют на животные, растительные и минеральные. Как уже отмечали выше (см. п. 10.2), природные клеи животного и растительного происхождения недостаточно водостойкие, подвержены гниению и относительно быстро теряют во времени прочностные свойства.

Исключение составляют альбуминовые клеи животного происхождения. В качестве основного компонента содержат альбумины крови животных. Примерный состав клея (в вес. ч.): 100 альбумина, 900 воды, 7,5 извести гашеной или негашеной.

Измельченный альбумин замачивают в трехкратном количестве воды и тщательно перемешивают при комнатной температуре в течение 2 - 3 ч, затем добавляют известковое молоко и оставшуюся воду, нагретую до температуры 26 - 30 ^оС и все вместе перемешивают до образования однородной желеобразной массы. Жизнеспособность клеевого раствора составляет 6 - 9 ч. Клей отверждается при нагревании до 100 – 120 ^оС. Альбуминовые клеи образуют более водостойкие соединения, чем казеиновые, но клеевой шов в воде набухает и поражается микроорганизмами.

Изготавливают также комбинированные клеи из альбумина и казеина. Эти клеи обладают более высокой склеивающей способностью, чем альбуминовые и казеиновые в отдельности. Применяют комбинированные клеи для горячего склеивания древесных материалов в прессах.

Наибольшее распространение в настоящее время получили синтетические клеи. Основой этих клеев служат разнообразные синтетические полимеры и мономеры. Синтетические клеи представляют собой растворы полимеров в органических растворителях или мономерах, а также эмульсии. Многие клеи представляют собой композиции из нескольких полимерных веществ, что позволяет сочетать свойства различных полимеров и получать клеи с заданными свойствами. Клеи выпускаются в готовом виде или приготавливаются на месте потребления смешиванием составных частей. Клеи применяют в жидкотекучем состоянии, а также в виде порошка и пленок

Изделия на основе синтетических клеев пригодны для использования до температуры 300 – 350 ^оС, а кремнийорганические клеи имеют более высокую рабочую температуру.

Большинство синтетических клеев хорошо выдерживают воздействие переменных температур, они обычно стойки к действию влаги, масел, жидкого топлива и различных грибков.

Синтетические клеи делят на 3 основные группы: термореактивные, термопластичные и клеи на основе эластомеров.

Термореактивные клеи содержат смолы, необратимо отверждающиеся при нагревании или в присутствии специальных отвердителей. Клеи этого типа относятся большей частью к числу теплостойких, они образуют прочные, но жесткие и хрупкие клеевые соединения. К представителям этого вида клеев относятся клеи на основе следующих смол: фенолоформальдегидных, карбамидных, эпоксидных, полиуретановых, полиэфиракрилатных, кремнийорганических.

Фенолоформальдегидные клеи,не подвергнутые модифицированию (марок ВИАМБ-3, КБ-3, В-31), применяют главным образом с добавками кислых отвердителей (сульфанафтеновые кислоты) для склеивания древесины, фанеры, древесных пластиков, пенопластов, органического стекла и других материалов без нагревания или при температуре 50 – 60 ^оС. Жизнеспособность этого вида клеев составляет 2,5 – 4 ч. Прочность клеевых соединений древесины и древесных пластиков при скалывании – не менее 13 МПа. Клеи водостойки. Феноло-формальдегидные клеи, модифицированные поливинилацетатами (БФ-2, БФ-4, ВС-10), каучуками (ВК-3, ВК-4, ВК-32-200), полиамидами и другими полимерами, позволяют получать клеевые соединения, обладающие высокой механической прочностью. Они пригодны для склеивания металлов и неметаллов в несущих конструкциях.

Феноло-поливинилацетатные клеи применяют как в виде растворов фенолоформальдегидной смолы и поливинилацеталя в органическом растворителе (ВС-350, Ридакс-64), так и в виде композиций, состоящих из растворов смолы и порошка поливинилформаля (Ридакс-Е). В последнем случае на поверхность склеиваемого материала наносят раствор смолы, а затем посыпают порошкообразным поливинилформалем. Применяют их также в виде пленок. Склеивание производят при температуре 150 – 200 ^оС под давлением.

Феноло-каучуковые клеи состоят из двух растворов: фенолоформальдегидной смолы и резиновой смеси. Жизнеспособность составляет 20 ч. Прочность клеевых соединений – до 20 – 30 МПа. Склеивание пленочными клеями происходит под давлением при температуре 170 - 200 ^о С.

Карбамидные и меламиновые клеи (К-17 и др.) готовят на основе мочевино- и меламиноформальдегидных смол. Карбамидные клеи менее водостойки и используются при производстве фанеры и склеивании древесины без нагревания. Клеи на основе меламиноформальдегидных смол обладают повышенной водостойкостью.

Эпоксидные клеи приготавливают на основе эпоксидных смол. Эти клеи обладают высокой адгезионной способностью к большинству материалов. Если в качестве катализатора применяют амины (основного характера), то эпоксидные клеи отверждаются без нагревания (Л-4, К-153). Кислые катализаторы (главным образом ангидриды органических двухосновных кислот) используют при получении эпоксидных клеев, отверждающихся при нагревании (ВК-32-ЭМ). Известны твердые эпоксидные клеи в виде порошка или сформированных прутков марок Эпоксид-П, Аральдид-1. Время отверждения клеев холодного отверждения – 1 – 3 суток при температуре 20 ^оС. Клеи, отверждающие при нагревании (в течение 0,5 - 1 ч при температуре 180 - 200 ^оС) состоят из жидкой смолы, в которой перед употреблением растворяют отвердитель (малеиновый ангидрид). Для склеивания порошковыми клеями или в виде прутка склеиваемую поверхность, нагретую до 100 - 110 ^оС, натирают прутком или посыпают порошком с последующим соединением поверхностей и выдерживанием под давлением 0,1 – 0,3 МПа при температуре 180 – 200 ^оС.

Полиуретановые клеи (ПУ-2, ВК-5) используются для склеивания металлов и большинства неметаллических материалов как на холоду, так и при нагревании полиэфира и полиизоционата, смешиваемых непосредственно перед употреблением. Прочность клеевых соединений металла – 15 МПа.

Термопластичные клеи при нагревании могут размельчатся, при охлаждении – вновь отвердевать. Эти клеи получают на основе растворов полиамидов, полиакрилатов, полвинилацетата, эфиров целлюлозы и других термопластичных смол. Эти клеи отличаются меньшей прочностью и меньшей жесткостью, чем термореактивные, их применяют для склеивания термопластичных материалов на холоду и при нагревании.

Технология изготовления конструктивных элементов с использованием клеевых соединений базируется на правильном выборе клея, температурного режима, принятого давления при склеивании. Для получения прочного клеевого соединения поверхности, подлежащие склеиванию, обрабатывают шкуркой и или струей песка для придания более развернутой поверхности, обезжиривают и точно соблюдают технологию приготовления клея и склеивания.

Вопросы для самопроверки