Обзор клеев и их применение

Клеи на основе органических связующих естественного происхождения используются в машиностроении редко в связи с тем, что механические свойства их соединений не отвечают требованиям данной сферы деятельности. Наибольшее распространение получили клеи с неорганическими, а также органическими синтетическими связующими. Рассмотрим их основные характеристики и применение.

Клеевые композиции с термореактивной органической основой. Эпоксидные клеи созданы на базе целой группы смол с различной химической основой (эпихлоргидрин, дифенилолпропан, резорцин, эпоксиноволачные, циклоалифатические, алифатические, эпоксикарборановые соединения, феноксисмолы и т. д.), в которые для улучшения свойств могут вводить различные модификаторы (синтетические каучуки, ацетали поливинилового спирта и т. д.). При этом обязательно используются вещества – отвердители, например: Л-4, Д-6, Д-9, ЭПЦ-1, К-153, Д-10, ВК-9, К-300-61, К-400, СКДА, Д-2, ВК-32-ЭМ, ТКМ-75, ТКС-75, ТФЭ-9, Т-111. Основные характеристики эпоксидных клеев приведены в табл. 11.7.

Среди эпоксидных клеев есть и специальные композиции: электропроводящие (К-8, К-12а, ЭНКС-2); для клеесварных соединений (ВК-1, ВК-1М, К-4С, Л-4 и т. д.); для клеезаклепочных, клеевинтоых и клееболтовых соединений (ВК-37, комбинация ВК-9+ВК-25).

Таблица 11.7

Характеристики эпоксидных клеев

Наименование	Основа	Максимальная рабочая температура, °С	Разрушающее напряжение при сдвиге при 20 °С, МПа	Склеиваемые материалы
Л-4	Э-40	60 - 80	6,0 - 9,0	Металлы, керамика, пластмассы, пенопласты и другие неметаллы
Д-6	ЭД-16
Д-9
ЭПЦ-1	ЭД-20		12,0	Металлы и асбоцемент в конструкциях
ВК-9	ЭД-20		15,0 - 23,0	Металлы, стеклопластики, керамика и другие неметаллы
Д-2	ЭД-16		26,0	Металлы, керамика стекло
ВК-32-ЭМ	ЭД-16, Э-40	60 - 85	16,5 - 27,0
ТКМ-75	ТК-75		2,0	Режущие части интрумента
ТКС-75	ТК-75		1,8	Части инструмента
ТФЭ-9	ТФЭ-9		9,0	Металлы, керамика, пластмассы
Эпоксид П и ПР	Э-40		20,0	Металлы, керамика, пластмассы, стекло
МАТИ К-2	ЭД-16, ЭДЛ	50 - 100	-	Металлы (в частности, сталь)
Д22	ЭДЛ		Около 20,0	Металлы и конструкционные неметаллы

Фенолформальдегидные клеи имеютв качестве основы новолачные соединения и резольные смолы, которые могут быть модифицированы или немодифицированы. При немодифицированных основах отвержденные композиции характеризует повышенная хрупкость, и этот вариант используется лишь для древесины, пенопластов, текстолитов, а также различных пористых материалов.

В качестве модификаторов используются бутадиен - нитрильные каучуки, карбоксилсодержащие сополимеры бутадиена с акрилонитрилом, поливинилацетали, элементоорганические соединения. При этом улучшаются свойства клеевого соединения, особенно теплостойкость.

Немодифицированные композиции имеют холодное отверждение, а модифицированные – горячее, например: ВИАМ Б-3, КБ-9, ВИАМ Ф-9, ВЗ1-Ф9, ВК-32-200, ВК-3, ВК-4, ВК-13, ВК-13М, БФ-2, БФ-4, БФР-2, БФР-4, ВС-350, ВК-8, ВК-18, ВК-18М, ФФК. В обоих случаях оно осуществляется под давлением.

Основные характеристики фенолоформальдегидных немодифицированных клеев приведены в табл. 11.8, а модифицированных – в табл. 11.9.

Таблица 11.8

Характеристики фенолоформальдегидных немодифицированных клеев

Наименование	Состав	Разрушающее напряжение при сдвиге при 20 °С, МПа	Склеиваемые материалы
Основа	Растворитель	Отвердитель
ВИАМ Б-3	ВИАМ Б	Ацетон	Сульфонафтеновые кислоты	13,0	Древесина, фанера, текстолит, пенопласт
КБ-3	Б
ВИАМ Ф-9	ВИАМ Ф-9	Спирт	Древесина, пенопласт

Резорцинформальдегидные клеи (табл. 11.10) изготавливаются на основе резорциновых и алкилрезорциновых соединений (дифенольные смолы ДФК), в которые могут добавляться модификаторы (поливинилацетали, полисульфиды, капролактам и т. д.), например: ФР-12, ФРАМ-30, ДТ-1, ДТ-2, РАФ-10, ФЭН-1.

Карбамидоформальдегидные клеи на основе карбамидных соединений с наполнителями (древесная мука, крахмал, декстрин и т. д.) бесцветны, светостойки и имеют малую токсичность. В то же время их соединения имеют небольшую водостойкость и прочность (под воздействием воды она снижается на 20 – 30 %). Наполнители вводятся для устранения усадки, внутренних напряжений и растрескивания при отверждении. Отвердителями для карбамидоформальдегидных клеев служат щавелевая и молочная кислоты, аммониевые соли. Отверждение производится при нагревании или без него. Основа этих клеев подвергается вспениванию, что позволяет снизить их расход, а также может модифицироваться латексами (каучуковый, метилметакрилатный) и поливинилацетатной эмульсией для повышения эластичности, прочности и водостойкости швов.

Таблица 11.9

Характеристики фенолоформальдегидных модифицированных клеев

Наименование	Основа	Разрушающее напряжение при сдвиге при 20°С, МПа	Склеиваемые материалы
ВК-32-200	Лак ИФ с бутадиен-нитрильным каучуком	15,0 – 23,0	Металлы, стеклопластики, стекловолокно; соединения, действующие в водной среде
ВК-13	Резол 300 с бутадиен-нитрильным каучуком	11,7 – 20,0
БФ-4	Резольная смола с поливинилбутиралем	20,0	Термопластичные материалы
БФР-2	Резольная смола с поливинилбутиральфурфуралем		Металлы, пластмассы, печатные схемы в производстве фольгированных материалов
ВК-8	Фенолокремнийорганическая смола с каучуком	15,5	Стеклотекстолиты, графит, теплоизоляторы для температуры 1000 °С

Таблица 11.10

Характеристики резорцинформальдегидных клеев

Наименовние	Основа	Разрушающее напряжение при сдвиге при 20 °С, МПа	Склеиваемые материалы
ФР-12	Резорциновое соединение ФР-12	Не менее 13	Древесина
ФРАМ-30	Резорциновое соединение с фторкаучуком	5,9 – 35	Металлы и фторопласт - 4

Существуют меламиноформальдегидные клеи (основа – меламиновые смолы), а также карбамидомеламиноформальдегидные клеи на комбинированной основе (например, ММС). Данные композиции более водостойки по сравнению с карбамидоформальдегидными и служат для склеивания древесных материалов и для получения из них изделий горячим прессованием, например: К-17, МФ, М-4, М-60, М-70, МФСМ, ММС. Характеристики карбамидоформальдегидных и карбамидомеламиноформальдегидных клеев даны в табл. 11.11.

Таблица 11.11

Характеристики карбамидоформальдегидных и карбамидомеламиноформальдегидных клеев

Наименование	Основа	Разрушающее напряжение при скалывании при 20 °С, МПа	Склеиваемые материалы
К-17	Смола МФ-17	1,5 – 4,0	Древесина, фанера
МФ	Смола МФ
М-4	Смола М-4
ММС	Смола ММС	Различные древесные материалы

Клеи на основе полиуретанов и изоцианатов (табл. 11.12)универсальны. Клеевые соединения на их основе стойки к старению, отличаются высокими прочностью, теплостойкостью и отличными усталостными характеристиками. Они довольно токсичны. Хотя основой этих клеев являются модифицированные или немодифицированные полиуретаны, очень часто композиции в исходном состоянии содержат лишь полуфункциональные изоцианаты и продукты их реакций с многоатомными спиртами, содержащие свободные изоцианатные группы. При этом сами полиуретаны, являющиеся продуктами реакций указанных соединений с многоатомными спиртами или полиэфирами, образуются на стадии склеивания. В качестве основ наиболее часто используются толуилендиизоцианаты (ТДИ), полиметиленфениленизоцианат, а также продукт ДГУ - результат реакции толуилендиизоцианатов с многоатомными спиртами, например: ПУ-2, ВК-5, 301, ВК-20, ВК-20М.

Таблица 11.12

Характеристики полиуретановых и изоцианатных клеев

Наименование	Основа	Разрушающее напряжение при сдвиге при 20°С, МПа	Склеиваемые материалы
ПУ-2	ТДИ с полиэфиром 24К		Металлы и все неметаллы
ВК-5	ДГУ с полиэфиром 24К		Металлы, стеклотекстолиты, пенопласты
ВК-20	Полиуретан	19,7	Сталь, титан, латунь, стеклопластики

Полиэфирные клеи создаются на основе смол ненасыщенных полиэфиров (наибольшее использование имеют полиэфиры на основе малеиновой кислоты). Кроме того, в эти композиции добавляются различные мономеры, например, стирол, метилметакрилат, винилацетат и т. д. Эти клеи предназначены для склеивания стеклопластиков в строительной технике, металлов со неметаллами (стеклом, асбестом и т д.). Получаемые клеевые соединения хорошо выдерживают циклическое нагружение в сочетании с различными внешними воздействиями (влажность, нагревание, замораживание и оттаивание). Разрушающее напряжение при сдвиге для них при 20 °С составляет 7,0 – 8,4 МПа. Представителями данной группы клеев являются композиции на основе полиэфирной смолы ПН-1 и клей ТМ-60.

Клеи на основе элементоорганических соединений (табл. 11.13) имеют высокую стойкость к старению при действии атмосферных явлений и радиации. Они - хорошие диэлектрики. Вместе с тем, они имеют небольшую адгезионную прочность. Эти клеи предназначены для соединения металлов и теплостойких неметаллов, работающих при температурах 300 – 600 °С (длительно) и 1000 °С (кратковременно). Основой их служат полиорганосилоксаны и органосилазаны. Для повышения адгезии и эластичности основы модифицируют полиэфирами, каучуками, поливинилацеталями и т. д., например: ВК-15, ВК-15М, КТ-15, КТ-25, КТ-30, КХС, ВК-22, МАС-1В, ВКТ-2, ВКТ-3, ИП-9, ПФ-41, ПФ-59, ПФ-73, ЭДС-250, а также ВН-76/13 и НТ-1 (для приклеивания тензорезисторов, работающих при температуре до 400 °С).

Таблица 11.13

Характеристики элементорганических клеев

Наименование	Основа	Разрушающее напряжение при 20 °С, МПа	Склеиваемые материалы
сдвиг	неравномерный отрыв
ВК-15	Кремнийорганический полимер с асбестом	11,0	–	Сталь и титановые сплавы с неметаллами
КТ-15	Кремнийорганический полимер с толуолом	-	0,4 – 1,0	Полисилоксановые резины (между собой и с металлами)
КТ-30	Поливинилсилазан с толуолом	-	1,2
КХС	Органосилазан	-	2,0 – 3,0	Теплоизоляционные материалы (между собой и с металлами)

К этой же группе композиций относятся клеи-герметики на основе элементоорганических каучуков (полидиметилсилоксановый СКТН, полиметилфенилсилоксановый СКТНФ, полиметилтрифторпропилсилоксановый СКТНФТ-50 и полиметилнитрилсилоксановый НСКТ-60), служащие для создания герметичных, теплостойких и эластичных соединений. Склеиваемые материалы - кремнийорганические резины, стекло, полиамидная пленка, металлы: виксинт У-2-28, эластосил 137-83, эластосил 1102, эластосил 2103. Для их соединений характерно разрушающее напряжение при сдвиге при температуре 20 °С, составляющее 1,3 – 3,0 МПа.

Клеевые композиции с термопластичной органической основой.

Основой винилхлоридных клев являются поливинилхлориды, перхлорвиниловая смола. Эти клеи используются для склеивания пластиков и пленок на той же основе, фарфора, стекла, дерева и фанеры, тканей, а также приклеивания этих материалов к металлу и бетону, например: Ц-1, Марс, ХВК-2а, ПЭД-Б, ПН-Э, ПВХ, МВ-1, Виникс. Некоторые из данных клеев используются для склеивания металлов (например, стальных деталей кузова автомобиля). В этом случае разрушающее напряжение при сдвиге при 20 °С достигает 9 – 11 МПа.

Клеи на основе поливинилового спирта и поливинилацетата. Клеи на основе поливинилового спирта используются для склеивания тканей и целлюлозных материалов. Их соединения непрочны и неводостойки, но применяюся в среде бензина и керосина. Для склеивания стекла могут использоваться ацетали поливинилового спирта, но соединения на их основе имеют низкую теплостойкость (до 60 °С). Наибольшее распространение получили поливинилацетатные клеи, используемые для склеивания тканей, стекла, дерева, полистирола, картона и металлов. Основой их являются бесцветные, светостойкие, прозрачные винилацетатные полимеры. Для растворения полимера в них служат летучие органические (ацетон, толуол, метилацетат) или реактивные (винилацетат) растворители. Могут добавляться канифоль, щеллак и ряд других смол. Используются также водно-эмульсионные клеи, содержащие до 60 % винилацетатных полимеров. Недостатками поливинилацетатных клеев являются низкая водостойкость, а также возможность стимулирования коррозии в металлах (из-за выделения паров уксусной кислоты). Примеры клеев: поливинилацетатная эмульсия (НВ, СВ, ВВ), ГИПК-61, ГИПК-141.

Клеи на основе полимеров акриловой и метакриловой кислот применяются для склеивания различных неметаллических материалов, особенно теплоизоляторов и термопластов. Они содержат органические растворители, которые отрицательно воздействуют на поверхность склеиваемых материалов (например, метакриловые клеи вызывают появление трещин на поверхности органического стекла). Среди них известны полиакрилатные представители: КС-609 (для клеесварных соединений), бутакрил (приклеивание абразивных материалов), ПММ, ГИПК-234. Теплостойкость соединений данной группы клеев не превышает 80 °С. Но это не касается широко используемых для склеивания стекла, дерева, резины, пластмасс цианакрилатных (на основе эфиров цианакриловой кислоты) клеев (табл. 11.14). Теплостойкость их соединений более 100 °С. Эти клеи с высокой адгезионной способностью не содержат растворителя. Для них характерна быстрота склеивания, хорошая стойкость к воздействию воды, бензина, топлива и масел. Примеры клеев: циакрин-ЭО, циакрин-ЭД, циакрин-ЭП, циакрин-ЭПЗ, КМ-200.

Таблица 11.14

Характеристики цианакрилатных клеев

Наименование	Основа	Разрушающее напряжение при сдвиге при 20 °С, МПа
Циакрин-ЭО	Этиловый эфир цианакриловой кислоты	18,0
Циакрин-ЭД	Этиловый эфир цианакриловой кислоты с диаллилфталатом	16,5

Анаэробные клеи (табл. 11.15) не содержат растворителей и отверждаются без доступа воздуха. Они предназначены для стопорения резьбовых соединений, герметизации сварных швов и литых изделий, устойчивы к агрессивным средам. Основой их являются сложные эфиры акриловой и метакриловой кислот и эфиры этиленгликолей с фталевой, себациновой, малеиновой кислотами, а также олигоэфиракрилаткарбонаты. В клеи данной группы для улучшения свойств вводятся аэросил, оксид титана, мел. Теплостойкость их достигает 200 °С (250 °С при кратковременном функционировании). Примеры клеев: Анатерм-2, Анатерм-5, Анатерм-6, Анатерм-8, Анатерм-35ВТ, ВАК.

Таблица 11.15

Характеристики анаэробных клеев

Наименование	Разрушающее напряжение при 20 °С, МПа	Склеиваемые материалы
при сдвиге	при сдвиге с трением
Анатерм-2	8,0 – 15,0	Стопорение резьбовых соединений в агрессивных средах
Анатерм-6	11,0	10,0	Стопорение и уплотнение резьбовых соединений, труб, фланцев
Анатерм-35ВТ	8,0 – 9,0	0,2	Уплотнение фланцев

Клеи-расплавы не содержат растворителей и служат для склеивания неметаллов. Основой их служат полиэфиры и полиамиды этилена и его сополимеры с винилацетатом. Теплостойкость соединений около 200 °С. Примеры клеев: полиамидные (69Т, Ктилол-11), сополимерные (КГ-16-20).

Клеи с ароматическими полимерами в качестве основы имеют различные гетероциклические полимерные соединения (полибензимидазолы, полиимиды, полихиноксалины, политриазолы и т. д.). Соединения на этих клеях обладают довольно высокой теплостойкостью (свыше 500 °С при кратковременной работе). Они применяются для склеивания нержавеющих сталей, сплавов на основе бериллия, алюминия и титана, для приклеивания пластиков. Полибензимидазольные клеи дают соединения с довольно высокой для этой клеевой группы прочностью (разрушающее напряжение сдвига порядка 14 – 16 МПа при 20 °С), стойкостью при низких температурах и к воздействию агрессивных сред, водостойкостью. Однако они не приспособлены к нагреву свыше 300 °С. Пример обозначения клея – ПБИ-1К. Полиамидные клеи имеют теплостойкость до 350 °С, но более низкую, чем у полибензимидазольных, прочность соединения (разрушающее напряжение сдвига до 12,5 МПа при 20 °С). Примеры клеев: СП-3, СП-6, СП-95, СП-97, СП-6К.

Резиновые клеи изготавливаются на основе синтетических каучуков (полихлоропрена (наирита), бутадиен-нитрильных, бутадиен-стирольных, карбоксилсодержащих, полисульфидных и др.) с добавлением вулканизирующих веществ для улучшения механических свойств соединений (табл.11.16).

Таблица 11.16

Характеристики резиновых клеев

Наименование	Основа	Разрушающее напряжение при отслаивании при 20 °С, МПа	Склеиваемые материалы
Хлоропреновые клеи
88Н	Хлоропрен с бутилфенолоформальдегидным полимером 101К	0,7 – 0,9	Вулканизованные резины с металлами, стеклом и другими материалами
88НП	Наирит	Не менее 2,3
4НБув	Не менее 0,28	Вулканизованные резины и резинотканевые материалы на основе наирита и нитрильных каучуков
Клеи на основе бутадиен-нитрильных каучуков
КР-5-18р	Каучук СКН-40 со смолой ФР-12	2,4	Вулканизованные резины и резинотканевые материалы на основе нитрильных каучуков
КР-6-18	Каучук СКН-40Т	0,5	Химически стойкие невулканизованные резины на основе нитрильных каучуков с резинотканевыми материалами на основе нитрильных и фторкаучуков
ВКР-7	0,6	Вулканизованные резины резинотканевыми материалами на основе нитрильных фторкаучуков

Данные клеи служат для склеивания резины, а также для приклеивания ее к металлам и неметаллам (дереву, пластмассам и т. д.). Полихлоропреновые клеи вулканизируются с нагревом и без него, стойки к старению, хорошо ведут себя под воздействием многих химических веществ, но не выдерживают сильного охлаждения. Например: 88Н, 88НП, 4НБув, ЛН, 88НП-35, 88НП-43, 88НП-130, ИРП-1268, ГИПК-237, ГИПК-241, ГИПК-21-11. Клеи с основой на бутадиен-нитрильных каучуков (СКН-18, СКН-26, СКН-40) служат для склеивания невулканизованных резин и резиносодержащих материалов. Примеры клеев: КР-5-18, КР-5-18р, КР-6-18, ВКР-7, КН-15, ГИПК-23-10. Значительно реже применяются клеи на основе бутадиен-стирольных, хлорированных каучуков, бутилкаучуков.

Клеевые композиции на неорганической основе.

Фосфатные клеевые композиции изготавливаются на основе фосфорной кислоты (при этом они называются цементами) или на основе фосфатных связующих (в этом случае они называются клеями) (табл. 11.17). В цементы добавляются наполнители – оксиды металлов, фосфаты и гидрооксиды титана, алюминия, железа, а также некоторые нитриды, силициды, карбиды и т. д. Используются алюмофосфатный, алюмосиликатфосфатный, магнийфосфатный, медьфосфатный, силикофосфатный, титанфосфатный, феррифосфатный цементы.

Таблица 11.17

Характеристики фосфатных клеев и цементов

Наименование	Основа	Разрушающее напряжение при сдвиге при 20 °С, МПа	Склеиваемые материалы
Клеи
ВК-21К	Алюмохромфосфатное связующее с коррундом	3,4	Приклеивание тензорезисторов, контровка резьбовых соединений, работающих при 400 °С
ВК-21Т	Алюмохромфосфатное связующее с диоксидом титана	4,8
Цементы
АСФ-3	Продукт совмещения оксидов алюминия, хрома и кремния с ортофосфорной и хромовой кислотами	2,0	Приклеивание тензорезисторов, работающих при температурах до 750 °С
МАТ-1	Продукт совмещения диоксида циркония с ортофосфорной кислотой	-	Приклеивание тензорезисторов и уплотнительных материалов

Прочность соединений на основе фосфатных клеев выше, чем на основе цементов. Для фосфатных клеев используются алюмофосфатное, алюмохромфосфатное, магнийфосфатное и кальцийфосфатное связующие, а наполнителями являются корунд, измельченный кварцевый песок, диоксид титана, нитрид алюминия, оксид хрома, стекла специального состава и т. д. Примеры клеев: ВК-21К, ВК-21Т, АСФ-3, МАТ-1, МАТ-01, ВЗ-1, В-52, В-144.

Силикатные клеи изготавливаются на основе жидкого стекла или натрийборсиликатов. Наполнителями являются глина, аэросил, карбонаты кальция или бария, оксиды фосфора и ванадия. Данные клеи применяются для склеивания керамики, асбеста, металлов (например, хромовых и хромоникелевых сталей, титановых сплавов с алюминием и ванадием) и других материалов. Соединения выдерживают температуру в среднем до 1000 °С. Следует отметить, что для этих клеев характерны гигроскопичность и снижение диэлектрических свойств при нагреве. Например, силикатный клей, используемый в электротехнике: состоит из оксида меди – 20 %, наждачного порошка №60 – 20 %, жидкого стекла – 60 %. Соединения на его основе выдерживают нагрев до 400 °С.

Керамические клеи выпускают на основе фриттов (продукт, полученный при резком охлаждении расплава стекла), оксидов магния, кремния, щелочных металлов с примесями борной кислоты или селитры. Добавляют также металлы в порошках, в результате чего соединение способно выдержать нагрев до 3000 °С. Данные клеи используются для склеивания стекла, кварца, керамики, графита, стеклопластиков, металлов. Разрушающее напряжение при сдвиге в соединениях при 20 °С достигает 7 – 10 МПа. При нагреве наблюдается рост этого параметра до 18 МПа, но до некоторого предела (около 500 °С), после чего начинается его снижение. Примеры клеев: КФ-550, КФ-580.

Металлические клеи имеют основу из жидкого металла (ртуть, галлий) с добавлением порошка меди или вольфрама. Пластичность соединений на их основе определяется количеством жидких оставляющих. От них же зависит и теплостойкость. Соединение достигается за счет образования интерметаллических соединений и твердых растворов. Данные клеи используются для склеивания металлов (выводов деталей радиоэлектроники), крепления вибродатчиков, поверхностей изделий, находящихся в воде, и т. д. Примеры металлических клеев: а) смесь галлия, индия, порошка меди; б) смесь галлия, порошков меди и серебра. Соединения на их основе выдерживают нагрев до 800 °С, разрушающее напряжение при отрыве при 20 °С составляет до 30 МПа.

Дата добавления: 2015-09-05