Опубликовано

Дополнительная обработка поверхностей перед склеиванием

Для обработки поверхности используют физические (механические), химические и физико-химические способы. Следует отметить, что наиболее высокую прочность клеевых соединений удается получить после химической обработки поверхности. Пескоструйная обработка поверхности дает клеевые соединения с низкой стойкостью к комбинированному действию повышенных температур и влажности. Для повышения противокоррозионной стойкости на склеиваемые поверхности целесообразно наносить защитные покрытия (хроматные покрытия, анодные пленки и др.). Склеивание деталей со свежеподготовленными поверхностями как правило повышает прочность и долговечность клеевых соединений.

К физическим (механическим) способам обработки поверхности под склеивание относятся абразивная обработка струйными методами и зачистка поверхностей шлифовальными шкурками. Эти способы применяют для подготовки поверхности металлов, стеклопластиков, композиционных материалов, керамики и резин. Абразивную обработку струйными методами используют для деталей толщиной не менее 3 мм с использованием электрокорунда, кварцевого песка или карбида кремния. При толщине деталей менее 3 мм применяют зачистку шлифовальными шкурками.

При абразивной обработке материалов важную роль играют форма и размеры частиц абразивного материала.

Размеры частиц абразивных материалов, используемых для дробеструйной обработки различных материалов

Металл Способ обработки Размер частиц абразивного материала, мкм
Медь Сухое обдувание 80-100
Алюминиевые сплавы Влажное обдувание 140-325
Нержавеющая сталь Влажное обдувание 140-325

Параметры процесса струйной обработки приведены ниже:

Гидропескоструйную обработку проводят под давлением 0,3—1 МПа суспензией следующего состава (г/л):

После гидропескоструйной обработки поверхность металлических деталей промывают при 60—80 0C в течение 2—3 мин антикоррозионным составом, содержащим (г/л):

Нитрит натрия Карбонат натрия

100—150 10

При зачистке поверхности наждачной бумагой используют бумагу № 12-25. При склеивании стеклопластиков обработка поверхности механическим путем (зашкуривание или зачистка) обеспечивает разрушение клеевого соединения по субстрату. Для зачистки поверхности можно использовать приспособления типа полотеров. Пыль, образующуюся при такой зачистке, удаляют с помощью пылесосов. К механическим способам подготовки поверхности относится и фрезерование. Его используют для подготовки поверхности древесины непосредственно перед склеиванием.

К увеличению прочности адгезионного соединения приводит использование механо-химического способа, т.е. проведение механической обработки в среде некоторых реагентов (например, мономера, растворителя, используемого в составе клея, клея и др.). Этот способ применяется для обработки поверхности полимерных материалов. Обработка способствует улучшению смачивания полимера клеем и повышению прочности клеевых соединений. Продолжительность обработки составляет 5 мин при частоте возвратно-поступательного движения наждачной бумаги 100 мин-1. При механической обработке полиэтилена высокого давления по слою нанесенного на него эпоксидного клея на поверхности зарегистрировано наличие химически связанного слоя клея, который не удаляется при промывке растворителем.

Возможна замена механической (пескоструйной) обработки поверхности более прогрессивным способом — обработкой ионами аргона. Применение этого способа для обработки поверхности коррозионностойкой стали позволило повысить прочность клеевых соединений (при склеивании эпоксидным клеем) в три раза. Другим преимуществом этого способа является то, что качество поверхности не снижается при длительном сроке хранения — склеивание может быть выполнено через несколько часов или месяцев после подготовки поверхности без снижения прочности клеевого соединения.

К химическим (электрохимическим) способам подготовки поверхности относятся травление и анодное оксидирование. При химических способах подготовки поверхности изменяются ее химические и физические свойства, повышается адгезионная способность. Для каждого металла нужны специфические методы химической обработки. При взаимодействии с химическим реагентом на поверхности металла происходит образование оксида или стравливание металла, возможно также одновременное протекание этих процессов.

Травление применяют для подготовки поверхностей металлов, резин и трудносклеиваемых материалов. Для подготовки поверхности металлов используют растворы, в состав которых входят серная, азотная, хлороводородная (соляная) и фосфорная кислоты.

Весьма часто для подготовки поверхности алюминиевых сплавов используют раствор следующего состава (мас.ч.):

Карбонат натрия 4—6
Нитрит натрия 18—20
Абразивный материал 200—500
Давление сжатого воздуха, МПа 0,3—0,5
Диаметр сопла, мм 8—12
Угол наклона сопла к обрабатываемой поверхности, град 45—65
Расстояние сопла от поверхности, мм 80—200
H,S04(конц.) 22,5
Na2Cr2O7 7,5
H2O 70,0
После травления обязательна промывка деталей проточной холодной водой до нейтральной реакции промывной воды. Сушку деталей после промывки производят в помещении обдувкой сжатым воздухом, нагретым до 50 0C для алюминиевых сплавов и до 110 0C для других металлов.

После травления поверхности детали можно хранить до склеивания от 4 ч до 10-14 сут. При более длительном хранении подготовленных к склеиванию деталей прочность клеевых соединений снижается. Особенно резко снижается прочность при расслаивании: после хранения подготовленной поверхности до 30 сут этот показатель может снизиться до 80 %. При хранении деталей их следует обернуть подпергаментной или крафт-бумагой для защиты от загрязнений.

Для подготовки поверхности резин используют H2SO4 с концентрацией 80-93 %. Продолжительность выдержки при обработке поверхности зависит от типа резин и концентрации серной кислоты. Так, например, при обработке поверхности резин на основе натурального каучука 93 %-й H2SO4 выдержка составляет 2-3 мин, при концентрации кислоты 80 % — 5-10 мин. При обработке поверхности резин на основе синтетических каучуков используют концентрированную азотную кислоту, при этом продолжительность выдержки составляет 4-8 мин.

Используя кислоту и тонкоизмельченный порошок диоксида кремния (аэросил), готовят тиксотропную пасту. Пасту наносят на склеиваемую поверхность и оставляют на 10-20 мин, затем смывают водой.

Обработка поверхности резин кислотами наиболее эффективна для толстостенных изделий, так как при такой обработке прочность резин снижается на 20-30 %, поверхность становится жесткой, ухудшается товарный вид резин. Данный способ совершенно не пригоден для обработки тонких резинотехнических изделий.

Более прогрессивным является бромирование поверхности резин ионным способом, который отличается простотой применения, не требует сложного аппаратурного оформления и практически не влияет на прочность резин.

Поверхность металлов под склеивание можно готовить фосфатированием — обработкой растворами одноза-мещенных солей фосфорной кислоты. Наиболее высокие прочности клеевых соединений при склеивании эпоксидным клеем обеспечиваются при фосфатировании 15 %-м раствором фосфорной кислоты в течение 50 мин при 23-25 0C

Одним из наиболее широко используемых способов подготовки поверхности под склеивание конструкционными клеями является анодное оксидирование. Анодная пленка наряду с высокими адгезионными свойствами обладает хорошими защитными свойствами. При анодном оксидировании детали погружают в электролит и соединяют с положительным полюсом источника тока. Во время прохождения тока через электролит па аноде выделяется активный кислород, который взаимодействует с алюминием, образуя анодную пленку С увеличением толщины анодной пленки ее защитные свойства возрастают, но прочность уменьшается.

Применяются три способа анодного оксидирования деталей: сернокислотный, хромовокислотный и фос-форпокислотный.

Наиболее хорошими защитными свойствами обладает анодная пленка, образующаяся при сернокислотном способе. Однако она является самой хрупкой и непрочной; прочность клеевых соединений при сдвиге составляет около 20 МПа. Кроме того, при такой подготовке поверхности наблюдается пониженная водостойкость клеевых соединений с адгезионным характером разрушения, так как имеет место проникновение влаги по анодной пленке. Состав, в котором производится анодирование, необходимо охлаждать до 10—15 0C, что также вызывает дополнительные трудности. Сернокислотное анодирование может быть рекомендовано только как метод подготовки поверхности под склеивание нежесткими клеями (например, фенолокаучуковыми).

Анодное оксидирование в хромовой кислоте обеспечивает более высокие прочности клеевых соединений. Анодная пленка является более плотной и более активной, но имеет худшие защитные свойства, чем пленка, образующаяся при сернокислотном анодировании. Недостатком этого способа анодирования является дефицитность и высокая токсичность электролита.

Для алюминиевых сплавов наиболее прогрессивным является анодирование в фосфорной кислоте. Этот способ имеет следующие преимущества перед другими: незначительное изменение прочности клеевых соединений при колебаниях напряжения, температуры ванны и продолжительности анодирования, а также более высокую прочность клеевых соединений. Клеевые соединения обладают наиболее высокой водостойкостью и несколько лучшими прочностными характеристиками при циклическом погружении клеевых соединений в соленую воду. Склеивание следует проводить непосредственно после анодирования (не позднее, чем через 3 сут).

Наиболее широко применяемые составы и способы подготовки поверхностей под склеивание приведены в табл.

Обработка поверхности составом (г/л тетрагидрофурана): Нафталин 128 Натрий металлический 46 Фторопласт Обработанные детали промывают погружением в ацетон и затем тщательно промывают водой в течение 5-7 мин
Обработка поверхности составом (г/л тетрагидрофурана): Антрацен 178 Натрий металлический 92 » То же
Обработка поверхности пастой состава (г/л тетрагидрофурана): Нафталин 512 Натрий металлический 92 Парафин 40 » Пасту выдерживают на поверхности в течение 5-7 мин
Обработка поверхности пастой состава (г/л тетрагидрофурана): Антрацен 356 Натрий металлический 92 Парафин 40 » То же
Кадмирование Конструкционные стали —
Цинкование То же —
Обработка тлеющим разрядом в вакууме (остаточное давление 13-27 Па), напряжение 1100 В:
сила тока 0,29-0,39 А, продолжительность 20-30 с

сила тока 0,29-0,30 А, продолжительность 25-30 с

Ленты из высокомолекулярного полиэтилена Ленты из наполненного фторопласта Способность к склеиванию сохраняется не менее года То же
Ионный способ обработки поверхности резин раствором состава (мас.ч.):
7 %-й водный раствор бромида калия 10 и бромата калия (4:1)

Серная кислота (70 %-я) 4 20-60 мин 30-60 мин 10-40 мин 60-120 мин

Промывка при 25±10 0C в течение 30-90 с водным раствором состава (г/л):

Гидроксид натрия 3-5 Сульфат натрия3-5 Промывка в проточной воде при 25±10 0C в течение 30-90 с до удаления запаха галогена, сушка при 25±10 0C в течение не менее 48 ч или при 65±5 0C в течение 2-2,5 ч

СКИ-3, HK СКИ-З+СКД, СКН-40 СКБ, СКС-30 СКН-18 + наирит Промывку проводят в ванне с барботирующим устройством
Нанесение грунтовки ЭП-0235 (желтой); расход 150-200 г/м2; сушка грунтовки 1 ч при 120 0C Алюминиевые сплавы, анодированные в хромовой кислоте ТУ 1-595-24-501-97 Под склеивание конструкционными клеями; увеличивает промежуток времени между анодированием и склеиванием до 30 сут