Склеивание неметаллических материалов

Клеи широко применяются в машиностроении, строительной, деревообрабатывающей промышленности для соединения дерева, пластмасс, силикатного стекла, керамики, фарфора и многих других материалов. Во многих случаях склеивание является единственно возможным способом соединения разнородных неметаллических материалов.

При склеивании древесины используются преимущественно клеи из термореактивных олигомеров и полимеров. Склеивание пластмасс, стекла, керамики, фарфора, а также приклеивание этих материалов к металлам в зависимости от свойств склеиваемых материалов и условий работы клеевых соединений производится с помощью клеев на основе как термореактивных, так и термопластичных полимеров.

Технические требования к клеям для соединения неметаллических материалов (помимо общих требований, предъявляемых к клеям и изложенных выше) отличаются некоторой специфичностью. В частности, при оценке прочности склеивания, как правило, требуется, чтобы клеевое соединение было равнопрочно со склеиваемым материалом.

Подготовка неметаллических материалов перед склеиванием обычно сводится к созданию шероховатой поверхности и очистке от загрязнений. Придание шероховатости осуществляется с помощью опескоструивания, обработкой шкурками, напильником, абразивным кругом и т. д. Очистка поверхности от загрязнений производится в большинстве случаев с помощью различных рас­творителей. Растворителями обычно обрабатывают почти все не­металлические материалы, исключая древесину и другие пористые материалы. Специальными реактивами обрабатывают трудно склеиваемые пластики — фторопласт-4, полиэтилен, полипропилен, фторорганические резины и др.

Нанесение клеев производится, как и при склеивании металлов, кистью, пульверизатором, напылением, шпателем, поливом, окунанием и др. При соединении пористых материалов (древесины, пенопластов, керамики и др.) количество наносимого клея должно быть большим, чем при склеивании металлов. При склеивании клеями, содержащими растворители, как правило, необходима открытая выдержка. Условия склеивания (давление, температура, продолжительность) зависят от природы склеиваемого материала, характера подготовки поверхности, качества пригонки соединяемых деталей и от свойств применяемого клея.

Обычно для нагревания используют лампы накаливания с зеркальными колбами, а также кварцевые лампы, нагревание инфракрасными лучами и т. д. Склеивание неметаллических материалов при повышенных температурах проводят в прессах, обогреваемых паром или электрическим током, с помощью контактных электронагревателей, в печах.

Склеивание древесины

Для склеивания древесины [39—42] и приклеивания ее к другим неметаллическим материалам применяют главным образом фенолоформальдегидные, карбамидные клеи, а также клеящие композиции на основе резорциновых и фенолорезорциновых олигомеров. Значительно реже, главным образом для соединения древесных материалов с металлами, используют полиуретановые и эпоксидные клеи. Фенолоформальдегидные и резорциновые клеи, являющиеся наиболее прочными и водостойкими, применяют главным образом для изготовления изделий ответственного назначения и в производстве слоистых древесных пластиков. Наиболее широко используются карбамидные клеи, основная область применения которых — мебельная промышленность, производство фанеры, изготовление различных видов оснастки.

Технологический процесс склеивания древесных материалов складывается из следующих основных операций:

подготовка древесины к склеиванию;

нанесение клея;

сборка и запрессовка изделий.

Подготовка к склеиванию. Древесина является очень гигроскопичным материалом, и ее влажность может колебаться в широких пределах. Степень влажности древесины оказывает большое влияние на прочность клеевых соединений. Во всех случаях влажность склеиваемых материалов не должна быть более 18%. Отечественными нормами строительной техники допускается изготовление клееных конструкций из древесины с влажностью не более 15%. При склеивании авиационных деталей допускаются следующие значения влажности: массивная древесина — 7—10%, строганая фанера и шпон — 7—11%, древесные пластики — 4—6%. Сушка древесины перед склеиванием проводится обычными, принятыми в деревообрабатывающей промышленности методами.

В производственных помещениях, где выполняют работы по склеиванию деталей из древесины, необходимо поддерживать постоянную влажность воздуха (50—65%), обеспечивающую содержание влаги в древесине в пределах 7—10%. Температура воздуха и заготовок древесных материалов при склеивании синтетическими клеями без нагревания должна быть не ниже 16°С. При склеивании с подогревом температура помещения не должна быть ниже 8°С.

Обработка поверхности древесины, предназначенной для склеивания, должна обеспечивать плотное прилегание склеиваемых деталей и получение равномерной по толщине клеевой пленки. Склеиваемые поверхности деталей из древесных слоистых пластиков необходимо дополнительно обработать на пескоструйном аппарате или наждачной бумагой до достижения равномерной шероховатости.

После указанной обработки со склеиваемых поверхностей удаляют пыль волосяными щетками или обдувкой сжатым воздухом. Поверхность слоистых древесных пластиков при наличии на ней масляных и других пятен протирают дополнительно в местах за­грязнений ацетоном или бензином. Подготовленные для склеива­ния заготовки нужно хранить при указанных выше температуре и влажности воздуха в помещении, изолированном от пыли.

Нанесение клея. В зависимости от вида клея и условий склеивания клей наносят на одну или обе склеиваемые поверхности. Фенолоформальдегидные клеи, сильно впитывающиеся в древесину, обычно наносят на обе поверхности (исключение составляют ясень и дуб). Клей наносят с помощью щетинных и лубяных кистей или роликовых клеенамазывателей. Расход клея при нанесении на одну сторону должен составлять 180—250 г/м², а при нанесении на две стороны — 250—340 г/м². После нанесения клея дается откры­тая выдержка, в течение которой производится насыщение клеем поверхностных слоев древесины. Для фенолоформальдегидных клеев типа ВИАМ Б-3 продолжительность выдержки (открытая пропитка) составляет 4—15 мин. Продолжительность открытой выдержки зависит от температуры воздуха в помещении: чем выше температура, тем выдержка должна быть короче.

Сборка и запрессовка изделий. По окончании открытой выдержки детали собирают и выдерживают под давлением в течение определенного времени при комнатной или повышенной температуре в зависимости от свойств клея. Продолжительность выдержки под давлением устанавливается для каждого конкретного случая опытным путем. Для фенолоформальдегидных клеев она обычно ко­леблется от 5 до 25 мин. По окончании нагревания склеиваемую деталь выдерживают под прессом в течение 10—15 мин. После склеивания производится так называемая свободная выдержка (до механической обработки) в помещениях с температурой не ниже 16 °С.

Давление при склеивании зависит от природы материала, клея и условий склеивания. При склеивании фенольными клеями деталей из древесины различных пород давление должно находиться в пределах 0,2—0,3 МПа, а при склеивании древесины с деталями из древесных слоистых пластиков — составлять 0,4—0,5 МПа.

Наиболее эффективным для большинства операций склеивания является использование стационарных механизированных прессовых установок, снабженных нагревательными устройствами и в случае необходимости вентиляционным оборудованием.

К числу стационарных относятся прессы с пневматическим и гид­равлическим давлением. Весьма удобными являются пневматические прессы, в которых удается быстро создать требуемое давление. Гидравлические прессы обычно используются при склеивании изделий относительно небольших размеров при давлении 0,8 МПа и больше. Большой производительностью в ряде случаев характеризуются различные типы винтовых прессов.

Продолжительность выдержки склеиваемых деталей под давлением зависит от скорости отверждения клея, температуры воздуха и склеиваемых деталей, а также от природы соединяемых материалов. В табл. 3.9 приведены данные о минимальной продолжительности выдержки деталей из древесных материалов под давлением при склеивании фенолоформальдегидными клеями без нагревания.

Нагревание при склеивании производится с помощью контактных или рефлекторных электронагревателей в сушильных камерах, обдувкой теплым воздухом, в поле токов высокой частоты, а также инфракрасными лампами.

Таблица Продолжительность выдержки под давлением деталей из древесных материалов, склеиваемых фенолоформальдегидными клеями