Склеивание пластмасс

алгоритм

Выбор клея для соединения пластических материалов в значительной степени зависит от химической природы подлежащего склеиванию материала, условий работы клеевого соединения в изделиях и технологических возможностей для каждого отдельного случая.
Следует сделать оговорку, что независимо от химической природы пластика практически почти все пластические материалы, включая неполярные полимеры, подвергнутые специальной поверхностной обработке, могут быть склеены отверждающимися при обычных температурах клеями на основе полиуретанов (ПУ) и полиэпоксидов, а также во многих случаях клеем из диметилвинилэтинилкарбинола. Однако при склеивании без подогрева не всегда удается достигнуть удовлетворительных результатов. Клеевые соединения холодного отверждения могут оказаться недостаточно прочными в условиях эксплуатации, в особенности при повышенных температурах и высокой влажности.
Применение нагревания позволяет расширить ассортимент клеев для склеивания пластмасс и обеспечить более высокую надежность работы клеевых соединений. Для склеивания при повышенных температурах, кроме полиуретановых и полиэпоксидных клеев, пригодны феноло-поливилацетальные композиции (типа БФ и др.). На выбор клея может существенно влиять поведение склеиваемого материала при действии растворителей и нагревании.
Во многих случаях пластики на основе термопластичных смол (полимеры винилхлорида, стирола, эфиров акриловой и метакриловой кислот и др.) хорошо склеиваются без применения нагревания (с образованием равнопрочных с материалом соединений), с помощью соответствующих растворителей или клеев, представляющих собой растворы полярных линейных полимеров в растворителях или мономерах.
Пластические массы на основе термореактивных связующих (фенолоформальдегидных, мочевиноформальдегидных и меламиновых смол, полиэфиров, полиэпоксидов, полиуретанов и др.), как правило, хорошо склеиваются термореактивными клеящими композициями.

Склеивание материалов на основе термопластичных полимеров.
Для растворимых термопластов очень часто применяется метод соединения с помощью растворителей. В процессе обработки соединяемых поверхностей растворителем или смесью растворителей происходит их размягчение. Соединение размягченных участков при небольшом давлении обеспечивает прочность соединения, обычно равную или приближающуюся к прочности соединяемых материалов.
Наряду с растворителями применяются растворы склеиваемых полимеров, что позволяет обеспечить необходимую вязкость клея и способствует устранению неоднородности клеевого шва.
Склеиваемые поверхности должны быть чистыми, сухими и хорошо пригнанными друг к другу. Нанесение клея производится таким образом, чтобы размягчение произошло по всей поверхности и на достаточную глубину. Клей на поверхность наносят кистью, методом погружения, распылением; можно также его вводить в промежуток между двумя склеиваемыми материалами с помощью шприца. Выдержка под давлением должна продолжаться до образования твердого клеевого слоя; только после этого можно производить механическую обработку и отделку склеенных деталей.

Склеивание полиолефинов.
Для соединения полиэтилена, который относится к так называемым «инертным» материалам и плохо поддается склеиванию, известны два принципиально отличных друг от друга способа:
1) использование специальных клеев, обладающих адгезионными свойствами к полиэтилену;
2) обработка поверхности полиэтиленов с целью придания ей полярности и последующее склеивание обработанного материала с помощью обычных клеев.
Для применения первого из указанных приемов можно использовать растворы некоторых полимеров в растворителях вызывающих набухание полиэтилена. Для склеивания полиэтилена клеи наносят на материал (без предварительной обработки его поверхности) с помощью обычных приемов, и после удаления растворителя склеиваемые детали складывают и выдерживают под давлением без нагревания. Полиэтилен склеивают, предварительно обрабатывая его поверхность при 60°C раствором синтетического каучука в четыреххлористом углероде или трихлорэтилене, а также в бензоле или толуоле, после чего применяют обычные резиновые клеи. Кроме обработки поверхности, известен способ, улучшающий адгезионные свойства полиэтилена и заключающийся в обработке полимера растворителями.
Описано применение частично гидрированного полибутадиена, который в смеси с наполнителями, вулканизующими веществами и пластификаторами в виде растворов в ароматических углеводородах пригоден для склеивания полиэтиленовых пластиков. Клей наносят на склеиваемые детали с помощью кисти, пульверизатора или окунанием. Склеивание этим методом полиэтилена с металлами рекомендуется проводить при температуре 150-230 °C и под небольшим давлением 0,07 кгс/см2.
Способы, предусматривающие изменение полярности поверхности полиэтилена, более эффективны; они сводятся к обработка материала галоидами, перекисью водорода, азотной кислотой, гипохлоритами, газообразной закисью азота и хромовой кислотой. Наибольший интерес, по-видимому, представляет последний из перечисленных реагентов. Обработку ведут, используя смесь, состоящую из 75 вес. ч. двухромовокислого калия и 1500 вес. ч. серной кислоты, растворенных в 120 вес. ч. дистиллированной воды, при нормальной или повышенной температуре. После обработки в ванне указанного состава, промывки холодной водой и сушки полиэтилен приобретает способность склеиваться феноло-каучуковыми, резорцино-формальдегидными, полиуретановыми и другими известными клеями, температура отверждения которых лежит ниже температуры размягчения полиэтилена.
Предложено также вести обработку поверхности полиэтилена хромовой кислотой в течение 1-2 сек при 120 °C; обработанный материал может быть склеен эпоксидными, полиуретановыми или метакриловыми клеями.
Склеивание полипропилена, а также полиэтилена, поверхность которых предварительно обработана хромовой кислотой (1 мин при 73 °C), может быть выполнено с помощью эпоксидно-полисульфидного клея.

Склеивание фторорганических полимеров
Для склеивания фторорганических полимеров, приобретающих благодаря своим исключительно интересным свойствам (теплостойкость, инертность, высокие диэлектрические характеристики) большое значение в различных областях техники, так же как и для склеивания полиэтилена, можно использовать специальные клеи или методы обработки материала для создания на его поверхности активных функциональных групп.
Для склеивания таких инертных полимеров, как политетрафторэтилен, политрифторхлорэтилен и его сополимеры, фторсодержащие резины, предложены различные клеи, представляющие собой растворы фторорганических полимеров в органических растворителях, содержащие активирующие добавки. Состав клеев более подробно не указан.
Известны способы, в основу которых положено воздействие гамма-лучами в присутствии некоторых мономерных виниловых соединений (например, стирола), а также специальная обработка поверхности винилацетатом. Полученные указанными путями клеевые соединения фторорганических полимеров обладают незначительной прочностью.
Временное склеивание (например, для облегчения монтажа изделий) может быть выполнено с помощью раствора полиизобутилена с молекулярным весом 30 000-40 000 в толуоле или бензине. Прочность такого соединения на отслаивание около 0.4 кгс/см2.
В 1956 г. стало известно о создании нового метода обработки поверхности политетрафторэтилена (фторопласта-4) с помощью 1%-ного раствора металлического натрия в безводном жидком аммиаке. После обработки в указанном растворе поверхность полимера темнеет и приобретает свойство склеиваться клеями на основе модифицированных ацеталями фенолоформальдегидных смол, а также полиуретановыми, эпоксидными, полиэфирными и другими клеящими составами.
Метод является чрезвычайно опасным и требует строгого соблюдения специальных мер по технике безопасности.
Более простым и вместе с тем достаточно эффективным является способ, основанный на обработке поверхности полимера раствором металлического натрия в смеси нафталина и тетрагидрофурана, и другие способы.
К недостаткам этого способа обработки следует отнести необходимость соблюдения специальных мер с целью изолирования натрий-нафталинового раствора от действия кислорода воздуха и влаги. Процесс сводится к обработке материала указанной смесью при нормальной температуре в течение 15 мин и промывке обработанного материала сначала ацетоном, а затем водой.
Предел прочности при равномерном отрыве клеевого соединения на эпоксидном клее фторопласта-4, обработанного таким способом, составляет 100-120 кгс/см2; предел прочности при сдвиге 110 кгс/см2.
Для приготовления раствора металлического натрия 23 г его {в виде кубиков размером от 6 до 12 мм) загружают в колбу емкостью 2 л с раствором 128 г нафталина в 1 л тетрагидрофурана. Колба должна быть снабжена мешалкой и отводом, защищенным осушительной трубкой. Размешивание производят в течение 2 ч при нормальной температуре; готовый раствор имеет черно-коричневый цвет. Раствор стабилен в течение двух месяцев при условии его хранения в плотно закупоренной стеклянной посуде. Вместо нафталина можно применять фенантрен или антрацен.
Подлежащее обработке изделие погружают в раствор на время от 2-3 сек до 15 мин, вынимают из раствора и промывают вначале ацетоном для удаления органических веществ, а затем водой для удаления солей.
Для придания клеящей способности фторорганическим пластикам разработан метод, заключающийся в облучении материалов, в частности кобальтом 60 (Co60). В результате облучения поверхность приобретает способность склеиваться, при этом цвет фторопласта не меняется. Облучение применяется для обработки поверхности фторорганических клейких лент, изоляции для проводов и прокладок.
Рассматривая перечисленные выше способы склеивания фторопластов, нельзя не подчеркнуть, что клеевые швы химически менее стойки, чем сами фторопласты, а это в значительной степени снижает ценность склеивания фторопластов.

Кремнийорганические клеи, композиции на их основе
В зависимости от назначения различают 3 группы К. к.: 1) для склеивания металлов и термостойких неметаллических материалов; 2) для склеивания теплостойких резин и крепления их к металлам; 3) для крепления теплозвуко-изоляционных материалов к сталям и сплавам титана.
К. к. 1-й группы представляют собой смеси различных кремнийорганических полимеров с наполнителями (асбест и др. неорганические материалы) и отвердителями (перекиси, амины и др.). Клеевые соединения работоспособны при температурах от —60 до 1000 °С (в течение нескольких ч), устойчивы к старению в различных условиях, а также к действию топлив и масел. При склеивании металлов клеи этой группы образуют прочные, но хрупкие соединения. Прочность соединения стеклотекстолита, графита и асбоцемента равна или выше прочности склеиваемых материалов. Отверждение этих клеев происходит при нагревании (до 250 °С), однако модификация их органическими добавками позволяет получить клеи, отверждающиеся при комнатной температуре.
К. к. 2-й группы, как правило, готовят на основе растворов кремнийорганических каучуков с добавками различных кремнийорганических полимеров, а также окислов и гидроокисей тяжёлых металлов. Клеевые соединения на основе клеев этой группы выдерживают вибронагрузки в широком диапазоне температур, устойчивы к воздействию трансформаторного масла, керосина, влаги и атмосферных условий. В ряде случаев клеи этой группы применяют для склеивания стекла, тканей, полиэтилентерефталата, фторопласта-4, керамики и др., а также используют в качестве герметизирующих материалов в самолёто- и ракетостроении.
К. к. 3-й группы представляют собой смеси модифицированных кремнийорганических полимеров с органическими полимерами в органических растворителях, с отвердителями (например, аминами) и часто активными наполнителями (например, ZnO). Специфика этих клеев — возможность склеивания теплозвукоизоляционных материалов без нагрева и давления с образованием клеевых соединений, работоспособных при температуре 300—400 °С. Активный наполнитель придаёт клею способность быстро «схватываться», однако при этом жизнеспособность К. к. ограничивается 45—60 мин.
Особую группу К. к. составляют композиции для изготовления липких лент. Они обычно содержат кремнийорганические каучуки и кремнийорганические жидкости, макромолекулы которых имеют концевые гидроксильные группы, а также кремнийорганический мономер, минеральный наполнитель и органическую добавку. Композицию наносят тонким слоем на полимерную плёнку или стеклоленту, а готовое изделие применяют в качестве электроизоляционной ленты.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.