Мережева мережева академія
Що таке адгезія?
Адгезія твердих тіл з нерівною поверхнею зазвичай невелика, тому що вони фактично стикаються лише окремими ділянками, що виступають своїх поверхонь. Адгезія рідини і твердого тіла і двох рідин, що не змішуються, досягає гранично високого значення внаслідок повного контакту по всій площі зіткнення. При покритті твердого тіла полімером у текучому стані останній проникає у поглиблення та пори. Після затвердіння полімеру виникає зв'язок, який іноді називається механічною адгезією. У цьому випадку для відриву полімерної плівки необхідно подолати когезію в полімері, що затвердів. Для досягнення граничної адгезії тверді тіла з'єднують у пластичному або еластичному стані під тиском, наприклад, при склеюванні гумовим клеєм або при холодному зварюванні металів. Міцна адгезія досягається також при утворенні нової твердої фази на поверхні розділу, наприклад, у разі гальванічних покриттів, або при виникненні поверхневих хімічних сполук (окисні, сульфідні та ін плівки).
Адгезія полімерів відбувається краще в тому випадку, якщо макромолекули є полярними і мають велику кількість хімічно активних функціональних груп. Для покращення адгезії до складу клею або плівкоутворювального полімеру вводять активні добавки, молекули яких одним кінцем міцно зв'язуються з плівкою, іншим - з підкладкою, утворюючи орієнтований адсорбційний шар. При контакті двох об'ємів одного і того ж полімеру може статися автогезія (самосліпання), коли має місце дифузія макромолекул або їх ділянок з одного об'єму в інший. При цьому міцність зв'язку з часом збільшується, прагнучи межі - когезійної міцності.
Явище адгезії маємісце при зварюванні, паянні, лудженні, склеюванні, при виготовленні фотоматеріалів, а також при нанесенні полімерних лакофарбових покриттів, що оберігають металеві деталі від корозії; причинами порушення адгезії в останньому випадку є напруги, що виникають внаслідок усадки плівки, а також відмінність коефіцієнтів теплового розширення плівки та металу.
Як очевидно з визначення адгезії механіка склеювання визначається силами молекулярного взаємодії , які можуть досягати великих величин. Сучасні клеї використовуються для виконання найвідповідальніших сполук. Наприклад, - замість заклепок та зварювання для склеювання елементів фезюляжів літаків, вертольотів, космічних кораблів, корпусів суден та мостових конструкцій.
Склеюватися можуть однорідні матеріали (дерево-дерево, поролон-поролон) або різнорідні (дерево – метал – скло – шкіра – тканина і т.п.).
При склеюванні необхідно забезпечити хороше змочування клеєм поверхонь, що з'єднуються, їх щільне прилягання один до одного і максимальну поверхню склеювання. Це досягається спеціальною обробкою поверхонь, що з'єднуються (механічним очищенням, знежиренням, шорсткуванням тощо) і конструюванням деталей, що склеюються, з урахуванням отримання більшої поверхні склеювання і роботи клейового шва при сприятливому розподілі навантажень, тобто на зсув або рівномірний відрив, а не на вигин або відшаровування.
Зазвичай адгезія клею до поверхні, що склеюється, перевищує когезію всередині клейової плівки, тому бажано отримати клейовий шов мінімальної товщини. Тому на поверхні деталей зазвичай наносять тонким шаром. Клей заповнює шорсткості, проникає в пори матеріалу і, висихаючи, утворює твердий і міцний прошарок, що скріплює ці деталі. Для того, щоб створититонкі клейові плівки в промислових процесах зазвичай використовують преси та ін притискні пристрої.
Щоб клейовий шов був менш помітний, деякі клеї додають пігменти відповідного кольору.
Якщо предмети пористі і легко вбирають рідини, то склеювані поверхні попередньо просочують рідким клейовим розчином.
Клеї наносять за допомогою кисті, тампона, шпателя, пулеверизатора і спеціальних пристосувань, що клеєноносять, і машин. У щілини клей вводять шприцом.
Класифікація клеїв
За фізичним станом клеї є рідиною різної в'язкості (рідкі мономери, розчини, суспензії та емульсії), плівки, порошки, гранули або прутки, що розплавляються перед вживанням або наносяться на гарячі поверхні.
На вигляд затвердіння клеї діляться на .
- висихаючі, - термореактивні, - термопластичні.
Затвердіння клеїв, що висихають, пов'язане з видаленням з клейової плівки води або розчинника. Затвердіння реактивних клеїв здійснюється під час незворотної хімічної реакції. Термопластичні клеї затверджуються в ході охолодження полімеру до температури нижче від точки плинності. Невисихаючі клеї весь час зберігають здатність, що клеїть, і використовуються у виробництві самоклеючих виробів (липких стрічок і т.п.).
При проектуванні клейового з'єднання необхідно враховувати особливості поведінки матеріалів, що склеюються, та клейової плівки при змінах температури та вологості в процесі склеювання та в експлуатації. В іншому випадку, під впливом внутрішніх напруг, можливе руйнування клейового прошарку або матеріалів, що склеюються.
Клейові сполуки старіють з часом або у несприятливих умовах. Проте, антикварні меблі та музичні інструменти експлуатуються 150 і більшероків.
Клеючими властивостями має велику кількість природних та хімічних речовин. За природою основного компонента розрізняють неорганічні, органічні та елементоорганічні клеї.
Неорганічні клеї включають: - рідке скло (водні розчини силікату натрію і калію) і - клеї-фрити (водні суспензії композицій, що містять оксиди лужних і лужноземельних металів). Рідке скло застосовують для склеювання целюлозних матеріалів, клеї-фрити - для склеювання металів та кераміки.
Елементоорганічні клеї виготовляють на основі кремнійорганічних, борорганічних, металоорганічних та інших полімерів. Клеї цієї групи мають дуже високу термостійкість і термостабільність (забезпечують високу міцність з'єднання різних матеріалів при короткочасному нагріванні до температури близько 1000 град. С і вище і витримують тривале нагрівання при 400-600 град.С). Елементоорганічні клеї. використовують для склеювання металів, графіту, термостійких пластмас та ін. Найбільш широке застосування знайшли кремнійорганічні клеї.
До органічних клеїв відносяться композиції на основі природних та синтетичних полімерів.
Клеї на основі природних полімерів виготовляються на основі:
Синтетичні клеї виготовляють основі синтетичних полімерів, вироблених у промисловому масштабі. Ці клеї забезпечують високу міцність склеювання різних матеріалів, мають стійкість до факторів зовнішнього впливу і знаходять широке застосування при склеюванні металів, скла, кераміки, пластмас, деревини, текстильних, целюлозних та інших матеріалів. В основному синтетичні клеї виробляються на основі синтетичних смол.
Синтетичні смоли - це синтетичні полімери порівняно невисокоїмолекулярної маси (т.зв. олігомери), здатні в результаті хімічної реакції затвердіння утворювати нерозчинні та неплавкі продукти (раніше терміни "синтетичні смоли" та "синтетичні полімери" вважали синонімами). До синтетичних смоли відносять алкідні смоли, карбамідні смоли, феноло-альдегідні смоли, поліефірні смоли, епоксидні смоли та ін.
Смоли часто використовуються безпосередньо як клеюча речовина. Різниця між клеєм та смолою полягає в наступному: смоли – продукт великої хімії та напівфабрикат для виробництва клеїв.
За функціональним призначенням клеї поділяються на конструкційні, неконструкційні та спеціальні.
До конструкційних клеїв відносять композиції, що забезпечують передачу динамічних та статичних навантажень від однієї частини деталі або виробу до іншої, сполученої з нею за допомогою клейової плівки. Основні вимоги до клеїв цієї групи: досить висока міцність при різних видах навантаження в інтервалі температур експлуатації виробу, відсутність повзучості під дією тривалого навантаження і т.п.
Неконструкційні клеї - композиції, що застосовуються для приклеювання декоративних, облицювальних або ізоляційних матеріалів та покриттів, контровки різьбових з'єднань, кріплення ненавантажених дрібних деталей, тобто. там де питання міцності та довговічності є другорядними.
До спеціальних клеїв відносять композиції, що мають додаткові функціонально важливі властивості, наприклад: струмопровідні клеї, оптичні клеї, медичні клеї і т.п.
Клеї поділяються на універсальні та спеціалізовані. Перші, - використовуються переважно у побуті, ремонтних роботах тощо, другі, - у промисловості.
Спеціалізовані клеїрозробляються для склеювання конкретних матеріалів з урахуванням застосування їх у конкретних виробах, у технологічних процесах і навіть стосовно окремих видів обладнання.
У меблевій та деревообробній промисловості в даний час найбільш широко застосовуються полівінілацетатні клеї (ПВА), карбамідофомальдегідні клеї, поліуретанові безсольвентні клеї, клеї-розплави на основі поліуретану, поліолефінів та ЕВА-кополімерів, каучукових клем.
Джерела: матеріали БСЕ та ін.