Технология склеивания

Технологический процесс склеивания в общем случае включает следующие операции: приготовление клеевого состава, подготовка поверхности деталей, нанесение клея, подсушивание (открытая выдержка), сборка, отверждение клея, контроль качества соединения.

Приготовление клея. Клеи изготавливают в самых различных видах: пастообразный, жидкий, пленочный, одно- и многокомпонентный, с растворителем.

Вначале осуществляется пробное приготовление клеев. Для однокомпонентных клеев оно заключается в их перемешивании до однородного состояния, а для многокомпонентных – в тщательном смешивании компонентов с соблюдением рецептуры и определенной последовательности (например, для клеев холодного отверждения отвердители вводятся в последнюю очередь перед нанесением на заготовки).

На предприятиях, где потребление клея велико, их приготовление осуществляется на отдельных клееприготовительных участках. Если же клеи применяются мало, то их готовят в заводских химических лабораториях.

Клееприготовительный участок включает в себя секции: дозировочную и клеесмесительную – для взвешивания и смешивания компонентов согласно рецептуре; раздаточную – для выдачи клея потребителям; моечную – для мытья используемой посуды, приспособлений и т. д.; промежуточный склад – для хранения запаса клеевых компонентов и запасного инвентаря. Весь участок должен быть оборудован приточно-вытяжной вентиляцией.

Основным оборудованием для смешивания компонентов в больших количествах являются механические смесители и клеемешалки различных конструкций (вертикального или горизонтального типов, со встречным или планетарным вращением месильных лопаток и т. д.), напоминающие по конструкции бытовые миксеры, а для ручного смешивания малых масс (1 – 2 кг) – баки с водяной рубашкой охлаждения или без нее. Частота вращения лопаток клеемешалок не должна быть очень большой (не более 80 об/мин), так как это вызывает сильное вспенивание клея. При смешивании необходимо поддерживать определенную температуру, поэтому стенки бака снабжены системой для движения горячей или холодной воды. Наилучшим материалом для изготовления баков и лопаток является нержавеющая сталь.

После смешивания проводится контроль физико-химических и технологических свойств полученного состава: внешний вид, концентрация, вязкость, жизнеспособность и т. д. При удовлетворительных результатах приступают к смешиванию клеев и заливке в специальные к л е я н к и различных видов (с крышками – для клеев с растворителями, окрашенные, с бирками; с системой охлаждения – для клеев с короткой жизнеспособностью). После разливки посуда и инвентарь промываются растворителями (ацетоном, спиртом, растворителем РДВ) с нагревом в специальных нагревательных шкафах или без него. Кисти для клеев отмываются растворителями, входящими в состав клея.

Композициями, требующими смешивания, являются следующие клеи: эпоксидные КЛН-1, Л-4, ВК-32-ЭМ, К-153, ВК-1, полиуретановые ПУ-2, ВК-5, резорциноформальдегидные ФР-12, ФРАМ-30, фенолоформальдегидные ВК-32-200, ВИАМ Б-3, ВК-3, ВК-4 и ряд других. Среди них низкую жизнеспособность имеют клеи ПУ-2, Л-4, ВИАМ Б-3, ФР-12, К-153.

Пример технологии приготовления клея. Клей ПУ-2 смешивается в следующем составе: продукт № 24 (50 %-й раствор в ацетоне) – 200 весовых частей (в. ч.), продукт № 102Т – 100 в. ч., портландцемент 400 (просеянный через сито № 01В или 009В) – 25 в. ч. Сначала в бак загружается продукт № 24, включается мешалка и в рубашку бака пускается вода для поддержания температуры 18 – 20 °С. Постепенно вводится продукт № 102Т и смесь перемешивается в течение 1 – 2 мин. Затем вводится цемент и смесь снова перемешивается 2 – 3 мин. Мешалка выключается и периодически включается до тех пор, пока не образуется паста. Эта паста выгружается в сборники с поддержанием температуры 18 – 20 °С и периодическим (через 20 – 30 мин) помешиванием деревянной лопаткой. Данный клей рассчитан для использования в течение 2 ч.

Подготовка поверхности. Подготовка поверхности при склеивании имеет особое значение вследствие адгезионной природы клеевого соединения. Задача состоит в том, чтобы создать условия для физического и химического взаимодействия по возможно большей площади с высокими значениями энергии связи.

Подготовка поверхности может включать следующие операции:

1) обеспечение размерной точности сопрягаемых деталей для получения необходимых технологического зазора и площади склеивания (механическая обработка на станках);

2) удаление с поверхности слоя материала, претерпевшего нежелательные для склеивания изменения (механическая обработка);

3) создание на поверхности определенного микрорельефа (шероховка) для увеличения фактической площади контакта адгезива с основой с одновременным удалением части загрязнений (механическая обработка абразивными материалами, металлическими щетками, травление и т.д.);

4) удаление с поверхности веществ, препятствующих смачиванию клеем твердой поверхности и образованию прочной адгезионной связи (обезжиривание, травление);

5) нанесение на поверхность специального состава, имеющего высокую адгезию к основному материалу и клею, с целью выравнивания теплофизических свойств адгезива и субстрата, создания барьера, препятствующего непосредственному контакту компонентов клеевой композиции с деталью (нанесение грунтов);

6) создание на поверхности деталей пленки вещества, адгезия которой к клею высока (оксидирование, фосфатирование, цинкование и другие);

7) активация поверхности – создание в поверхностном слое ненасыщенных связей, активных радикалов для повышения адгезионной прочности сцепления клея с основой (электрическим разрядом, радиоактивным и ультрафиолетовым облучением, газопламенной обработкой, озонированием).

Выбор способов подготовки поверхности и последовательности ее выполнения в каждом случае решается индивидуально в зависимости от материалов склеиваемых деталей и их свойств, типа используемого клея, требований к эксплуатационным характеристикам изделия, масштабов и условий производства. При организации операций по подготовке поверхности необходимо исключить возможность случайного вторичного загрязнения от неосторожного обращения с заготовками или вследствие неправильных условий хранения, а также под действием материалов, используемых при обработке.

Подготовка поверхности механическими способами производится посредством шлифования, зачистки шкуркой, стальными вращающимися щетками. Высокой производительностью отличается обработка металлическими опилками, кварцевым песком, абразивными частицами при подаче их на деталь струей воздуха.

Обезжиривание поверхности производится:

1) в органических растворителях (ацетон, бензин, бензол, спирты, эфиры, этилацетат, метилэтилкетон и другие нехлорированные жидкости, а также хлорированные жидкости - трихлорэтилен, тетрахлорэтилен, хлороформ);

2) в водных щелочных составах.

Хорошие результаты дает обработка поверхности венской известью (смесь MgO и СаО). Наибольшее распространение получило щелочное обезжиривание в связи с низкой стоимостью материалов, пожаро- и взрывобезопасностью, простотой регенерации, меньшей токсичностью.

Обезжиривание растворами производят окунанием, протиркой, обрызгиванием и в парах (для пористых материалов). При обезжиривании пластмасс необходимо учитывать возможность их растворения. При процессах обезжиривания широко применяется ультразвук. В моющем составе за счет кавитации происходит энергичное удаление загрязнений. Этот прием особенно эффективен для деталей сложной формы и небольших размеров.

Травление производят в кислотных составах, в которые могут входить H₂SO₄, HNO₃, HF, НСl, Н₃РО₄ и др. Для травления используют специальные ванны. Процесс ведут при нормальных и повышенных температурах (до 90 °C). Составы для травления пластмасс могут быть аналогичны тем, которые используются для металлов. Химическое травление пластмасс дает более стабильные результаты, чем физические способы обработки. Травлению должно предшествовать обезжиривание, в противном случае не будет обеспечен контакт травильного состава со всей поверхностью.

После щелочного обезжиривания и травления необходимы тщательная промывка дистиллированной водой и сушка горячим воздухом, так как наличие влаги сильно ухудшает адгезию клея к подложке, снижая прочность и долговечность швов.

Подготовленные поверхности следует незамедлительно склеивать во избежание существенной потери прочности соединения. Если это по каким-либо причинам невозможно, то на склеиваемые поверхности наносят адгезионные грунты (СПМ-102, СПМ-21, СПМ-70 и др.). Грунт выбирают таким, чтобы его окончательное отверждение совпадало с отверждением клея. Большинство грунтов – растворы полимеров и олигомеров, входящих в клеи. После нанесения грунта его подвергают воздушной сушке или частичному отверждению. В таком состоянии заготовки могут храниться до 30 сут. Адгезионные грунты наносят на металлические и неметаллические поверхности. Они применяются главным образом при соединении разнородных материалов, где играют роль подслоев, барьерных покрытий. При склеивании эпоксидными клеями грунтами могут служить силаны и феноло-формальдегидная смола, модифицированная виниловыми полимерами.

Под воздействием различного рода облучения, электрического разряда, ультразвуковой, газопламенной обработки способность к адгезионному взаимодействию с клеем у металлов, пластмасс и других конструкционных материалов возрастает. Положительный эффект от ультрафиолетового или радиационного воздействия на поверхность трудносклеиваемых пластмасс обусловлен тем, что энергия лучей соизмерима с энергией химических связей в полимерных молекулах, что ведет к появлению активных радикалов в результате разрыва химических связей.

Представляет интерес бомбардировка подготавливаемой поверхности ионами инертного газа в вакууме (10^–2 – 10^–1 Па), при которой происходит «ионное травление». При этом достигаются высокая чистота, особая структура поверхности и, как следствие, повышение стабильности качества швов. Разброс значений показателей прочности составляет около 8 % вместо 25 – 30 % при обычной подготовке. В этом случае возможно получение соединений такой пары материалов, как полиэтилен с металлом.

При нанесении клея решаются три задачи – дозировка, равномерное распределение и обеспечение контакта клея с поверхностью.

Дозирование клея должно быть достаточно точным, так как избыток или недостаток клея ведет к низкому качеству соединения. Обычно клеи наносятся на обе склеиваемые поверхности. Одностороннее нанесение допускается для хорошо текучих клеев (например, ВК-1, ВК-32-ЭМ, Л-4) и при склеивании плоских заготовок под высоким давлением. Расход для жидких, пастообразных, порошкообразных клеев и клеев в виде прутков рассчитывается по массе на единицу площади (в среднем 100 – 300 г/м²), а для пленочных – по толщине и площади пленки. Расход клеев с малой концентрацией (БФ-4, БФ-2, ВС-10Т, ВК-3, ВК-32-200, ВК-4 и т.д.) назначается большим, чем для клеев с высокой концентрацией. Если клей имеет высокую плотность (например, ВК-32-ЭМ), его расход также повышенный. Увеличивается он и при склеивании пористых поверхностей (например, пенопласт), при частом многослойном нанесении (с подсушиванием слоев).

От распределения клея (обеспечение равномерной толщины клеевого слоя на всей склеиваемой поверхности, отсутствие «сухих» и «мокрых» участков) зависит качество будущего соединения. Оно, как и дозировка, в значительной мере определяется способом нанесения клея на заготовку.

Нанесение кистью осуществляется при использовании жидких клеев. Способ применяется для склеивания заготовок сложного профиля, он малопроизводителен, этим способом трудно получить равномерный слой, качество которого определяется жесткостью и длиной (в пределах 15 – 20 мм) ворса кисти. Очень длинный ворс вызывает вспенивание клея, а короткий затрудняет проникновение в сложные участки. Производительность нанесения определяется шириной кисти (она соответствует ширине склеиваемой поверхности).

Если позволяют размеры и форма заготовки, жидкий клей можно наносить окунанием ее в клеевую ванну. Способ высокопроизводителен, дает хорошее омывание поверхности, равномерную толщину слоя, но отличается большим расходом клея.

Нанесение шпателем позволяет получить слой клея равномерной толщины, снижает его расход, но при этом снижается производительность, а также невозможно нанести клей на сложные участки. Применяется при использовании вязких пастообразных клеев.

Нанесение валиками служит для склеивания плоских листовых заготовок отличается высокой производительностью, умеренным расходом клея, получением слоя равномерной толщины. Способ основан на пропускании заготовок между валками, один из которых тянущий, а другой – наносящий. Наносящий валок получает клей из специальной ванны.

Нанесение поливом используется для склеивания плоских поверхностей крупногабаритных деталей. Клей подается под давлением через сопловые устройства. Способ отличается высокой производительностью, дает возможность получить клеевую пленку равномерной толщины.

Нанесение распылением применяется в основном для жидких клеев с вязкостью 7 – 15 с по вискозиметру ВЗ-1 или 20 – 30 с при использовании воздуха с температурой 50 – 60 °С. Оно осуществляется с помощью специальных пульверизаторов (рис. 11.13).

Рис. 11.13. Схема процесса распыления клея (пульверизации)

Пример режима пульверизации. Распыление клея МПФ-1 осуществляется при нагреве 50 – 60 °С, при этом его вязкость составляет 25 – 30 с. Сопло пульверизатора имеет круглую насадку с диаметром 1,8 – 2,0 мм. Давление воздуха 0,2 МПа, расстояние до склеиваемой поверхности 100 – 150 мм, направление струи примерно под углом 45°.

Способ позволяет наносить тонкий равномерный слой клея на поверхность любой конфигурации, отличается высокой производительностью. Следует отметить, что образующийся при распылении клеевой туман вредно влияет на органы дыхания человека.

Можно использовать пульверизацию и для нанесения порошкообразных и клеев на предварительно нагретую поверхность, что обеспечит расплавление порошка и последующее растекание расплава. Так можно наносить, например, клеи эпоксид П и эпоксид Пр, при этом поверхность разогревается до 100 – 120 °С.

Существует технология нанесения порошкообразного клея способом газопламенного ацетилено–воздушного напыления (скорость движения порошка 60 – 70 м/с, температура пламени 2100 –2400 °С).

Клеи-расплавы намазывают на нагретые поверхности или используют специальные пистолеты с электрическим обогревом, из которых клей выдавливается принудительно через сопло с насадкой.

Пленочные клеи в виде штучных заготовок прикатываются холодным (если они обладают липкостью) или горячим валиком.

Дата добавления: 2015-09-05