Общие сведения, состав и классификация клеев

Клеями обычно называют коллоидные растворы пленкообразующих поли­меров, способные при затвердевании образовывать прочные пленки, хоро­шо прилипающие к различным материалам.

Клеевые соединения по сравнению с другими видами неразъемных со­единений (заклепочными, сварными и др.) имеют ряд преимуществ: воз­можность соединения различных материалов (металлов и сплавов, пласт­масс, стекол, керамики и др.) как между собой, так и в различных сочетаниях; атмосферостойкость и стойкость к коррозии клеевого шва; герметичность соединения; возможность соединения тонких материалов; снижение стоимости производства; экономия массы и значительное упро­щение технологии изготовления изделий.

Недостатками клеевых соединений являются относительно низкая дли­тельная теплостойкость (до 350°С), обусловленная органической природой пленкообразующего; невысокая прочность склейки при неравномерном отрыве; часто необходимость проведения склейки с подогревом; склонность к старению. Однако имеется ряд примеров длительной эксплуатационной стойкости клеевых соединений. Новые клеи на основе кремнийорганических и неорганических полимеров обеспечивают работу до 1000°С и выше, однако большинство из них не обладают достаточной эластичностью пленки.

Прочность склеивания зависит от явления адгезии, когезии и механического сцепления пленки с поверхностью склеиваемых материалов. Адгезией (прилипаемостью) называется способность клеевой пленки прочно удерживаться на поверхности склеиваемых материалов.

Для объяснения физико-химической сущности адгезионных явлений предложены следующие теории: адсорбционная, электрическая и диффу­зионная. Адсорбционная теория рассматривает адгезию как чисто поверх­ностный процесс, аналогичный адсорбции; пленка удерживается на поверх­ности материала в результате действия межмолекулярных сил.

В основе электрической теории (работы Б. В. Дерягина и Н. А. Крото­вой) лежат электрические силы. Адгезия - результат действия электроста­тических и ван-дер-ваальсовых сил. Электростатические силы определяют­ся двойным электрическим слоем, всегда возникающим при контакте разнородных тел.

Диффузионная теория, развиваемая С. С. Воюцким, предполагает, что при образовании связи между неполярными полимерами электрический механизм адгезии невозможен, и адгезия обусловливается переплетением макромолекул поверхностных слоев в результате их взаимодиффузии.

Когезия представляет собой собственную прочность пленки. Работа ко­гезии - это работа, затрачиваемая на преодоление сил сцепления между частицами внутри однородного тела Кроме полярных функциональных групп на клеящие свойства полиме­ров оказывают влияние молекулярная масса и структура макромолекул. Прочность склейки можно повысить путем механического сцепления пленки клея с шероховатой поверхностью материала; для этого перед склейкой часто поверхности деталей фрезеруют; опескоструивают или зачищают наждачной бумагой.

На процесс склеивания влияет природа склеиваемых материалов. Так, полярные материалы требуют применения полярных клеев. Адгезионные свойства металлов различны. По мере убывания этих свойств металлы можно расположить в следующем порядке: сталь, бронза, алюминиевые сплавы, медь, железо, латунь. При склеивании пластиков лучшим клеем является раствор или расплав этого же пластика. Если пластики неполярны и не растворяются в растворителях (полиэтилен, фторопласт-4, по­липропилен), то характер их поверхности изменяют механическим или хи­мическим путем.

В состав клеящих материалов входят следующие компоненты: пленко­образующее вещество — основа клея, которое определяет адгезионные, когезионные свойства клея и основные физико-механические характеристики клеевого соединения; растворители, создающие определенную вязкость клея; пластификаторы для устранения усадочных явлений в пленке и повы­шения ее эластичности; отвердители и катализаторы для перевода пленкообразующего вещества в термостабильное состояние; наполнители для уменьшения усадки клеевой пленки, повышения прочности склеивания и, следовательно, возможности менее точной подгонки поверхности и экономии клеящих материалов.

В качестве пленкообразующего вещества в основном применяют синте­тические Смолы, а также каучуки. Наилучшие показатели достигаются при применении в качестве пленкообразующего вещества полярных термореак­тивных смол (фенолоформальдегидной, эпоксидной и др.). Растворителями служат спирты, ацетон, бензин и др., а наполнителями — порошки, волокна, ткани. В термостойкие клеи в качестве наполнителей вводят А1 (порошкообразный), А1₂О₃ и SiO₂.

Металлические порошки повышают теплопроводность клеевых соеди­нений, а серебро, медь, никель и графит сообщают пленке токопроводимость.

Классификация клеев. Клеи классифицируют по ряду признаков. Разли­чают следующие клеи: по пленкообразующему веществу — смоляные и ре­зиновые; по адгезионным свойствам — универсальные, склеивающие раз­личные материалы (например, клеи БФ) и с избирательной адгезией (белковые, резиновые); по отношению к нагреванию — обратимые (термо­пластичные) и необратимые (термостабильные) пленки; по условиям отвер­ждения — холодной склейки и горячей склейки; по внешнему виду — жид­кие, пастообразные и пленочные; по назначению — конструкционные силовые и несиловые. Чаще используют классификацию по пленкообра­зующему веществу. Смоляные клеи могут быть термореактивными и тер­мопластичными. Термореактивные смолы (фенолоформальдегидные, эпок­сидные и др.) дают прочные, теплостойкие пленки, применяемые для склейки силовых конструкций из металлов и неметаллических материалов. Клеи, на основе термопластичных смол (поливинилацетата, акрилатов и др.) имеют невысокие прочностные характеристики, особенно при нагре­вании, и применяются для несиловых соединений неметаллических ма­териалов.

Резиновые клеи, в которых основным пленкообразующим является кау­чук, отличаются высокой эластичностью и. применяются для склеивания резины с резиной или резины с металлами.