Клеи
Клеи, природные или синтетические вещества, применяемые для соединения различных материалов за счёт образования адгезионной связи клеевой плёнки с поверхностями склеиваемых материалов. Прочность клеевого соединения зависит от адгезии К. к склеиваемым поверхностям, когезии клеевой плёнки и свойств склеиваемых материалов. При склеивании необходимо обеспечить хорошее смачивание клеем соединяемых поверхностей, их плотное прилегание друг к другу и максимальную поверхность склеивания. Это достигается специальной обработкой соединяемых поверхностей (механической очисткой, обезжириванием, шероховкой и т.п.) и конструированием склеиваемых деталей с учётом получения большей поверхности склеивания и работы клеевого шва при благоприятном распределении нагрузок, т. е. на сдвиг или равномерный отрыв, а не на изгиб или отслаивание. Обычно адгезия клея к склеиваемой поверхности превышает когезию внутри клеевой плёнки, поэтому желательно получить клеевой шов минимальной толщины. Склеивание происходит в результате отвердения клеевой плёнки вследствие испарения растворителя из клея-раствора, охлаждения ниже температуры текучести клея-расплава или за счёт химических превращений компонентов клея.
По физическому состоянию К. представляют собой жидкости различной вязкости (жидкие мономеры, растворы, суспензии и эмульсии), плёнки, порошки или прутки, расплавляемые перед употреблением или наносимые на горячие поверхности.
По природе основного компонента различают неорганические, органические или элементоорганические К. К неорганическим К. относятся жидкие стекла (водные растворы силиката натрия и калия) и клеи-фритты (водные суспензии композиций, содержащих окислы щелочных и щелочноземельных металлов). Жидкие стекла применяют для склеивания целлюлозных материалов, клеи-фритты - для склеивания металлов и керамики.
К органическим К. относятся композиции на основе природных и синтетических полимеров. В производстве К. на основе природных полимеров используют: вещества животного происхождения - продукты переработки мездры, костей и чешуи (коллаген), крови (альбумин) и молока (казеин); растительного происхождения - камеди, смолы, крахмал, декстрин, натуральный каучук, гуттаперчу, зеин и соевый казеин. К. на основе природных полимеров применяют для склеивания древесины, бумаги, кожи, текст, материалов и т.д. Эти К. обладают невысокой устойчивостью к действию микроорганизмов и воды. В крупнотоннажном производстве они в значит, мере вытесняются синтетическими К. Для изготовления синтетических К. используют большинство синтетических полимеров, производимых в промышленном масштабе. Эти К. обеспечивают высокую прочность склеивания различных материалов, обладают устойчивостью к факторам внешнего воздействия и находят широкое применение при склеивании металлов, стекла, керамики, пластмасс, древесины, текстильных, целлюлозных и др. материалов (см. Карбамидный клей, Полиакриловые клеи, Полиуретановые клеи, Резиновые клеи, Феноло-альдегидные клеи, Эпоксидные клеи).
Элементоорганические К. изготовляют на основе кремнийорганических, борорганических, металлоорганических и других полимеров. К. этой группы обладают очень высокой термостойкостью и термостабильностью (обеспечивают высокую прочность соединения различных материалов при кратковременном нагреве до температуры порядка 1000 ?С и выше и выдерживают длительное нагревание при 400-600 ?С). Элементоорганические К. используют для склеивания металлов, графита, термостойких пластмасс и др. Наиболее широкое применение нашли кремнийорганические клеи.
В таблице приведены свойства и технологические характеристики типичных клеевых композиций на основе природных и синтетических термореактивных и термопластичных полимеров (см. Реактопласты и Термопласты). Клеевые соединения, полученные с использованием синтетических К., обладают хорошей устойчивостью к длительному воздействию бензина, минеральных масел и алифатических растворителей. К. на основе термореактивных синтетических полимеров, кроме того, устойчивы к воздействию ароматических растворителей. Водостойкость клеевых соединений этого типа также достаточно высока, за исключением соединений на основе мочевиноформальдегидных, карбинольных и поливинилацетатных К.
Режим склеивания и свойства клеевых соединений при использовании синтетических и природных клеев Условия склеивания Свойства клеевых соединений Тип клея Склеиваемые материалы темп-ра, ?С время, ч избыточное давление, Мн/м2 (кгс/см2) прочность при сдвиге при 20?С для металлов, Мн/м2 (кгс/cм2) теплостойкость, ?С Синтетические термореактивные клеи
Феноло-формальдегидный
Древесина, фенопласты, графит 20 50-60 4-6 0,5-1,5 0,2-0,4 (2-4) 10-15 (100-150) 75-100
Фенольно-каучуковый
Металлы, термореактивные пластики, силикатные стекла 150-200 1-2 0,8-2 (8-20) 15-25 (150-250) 200-300
Фенольно-поливинилацетатный
Металлы, пластмассы, керамика и др. 140-200 0,5-1,0 0,8-2 (8-20) 15-30 (150-300) 200-250
Эпоксидный
Металлы, неметаллические материалы 20 120-200 24 0,5-0,7 0,03-0,3 (0,3-3,0) 10-30 (100-300) 60-125
Полиэфирный (на основе ненасыщенного полиэфира со стиролом)
Металлы, неметаллические материалы 20 80 24 0,5 контактное 7,5-12,5 (75-125) 60-125
Полиуретановый
Металлы, неметаллические материалы 20 100 24 4 0,05-0,5 (0,5-5) 10-20 (100-200) 75-125
Резиновый (на основе полихлоропрена)
Резины, неметаллические материалы, металлы, стекло 12 24 0,02 (0,2) 1,3а (13) 50-60
Карбамидный (мочевиноформальдегидный)
Древесина 20 4-6 0,1-0,5 (1,0-5,0) 10-13б (100-130) 75-125
Кремнийорганический
Металлы, неметаллические материалы 150-250 1-3 0,3-0,8 (3-8) 10-17,5 (100-175) 350-1200 Синтетические термопластичные клеи
Карбинольный
Металлы, керамика, пластмассы 20 24 0,15 (1,5) 10-15 (100-150) 50-60
Полиакриловый
Неметаллические материалы, металлы 20 80 24 4-6 0,01-0,3 (0,1-3) 15-25 (150-250) 60-100
Полиамидный
Неметаллические материалы, металлы 150 0,1-0,5 (1,0-5,0) 15-25 (150-250) 50-60
Поливинилацетатный
Бумага, кожи, ткани, пластические массы 20 1 0,5-1 контактное 5-12в (50-120) 60
Перхлорвиниловый
Пластифицированный и непластифицированный поливинилхлорид, ткани, пластмассы 20 6-24 0,01-0,3 (0,1-3,0) 4-8г (40-80) 60
Полибензимидазольный
Металлы, стеклопластики 150-350 3-5 1,5-4,0 (15-40) 15-30 (150-300) 350-540
Полиимидный
Металлы, стеклопластики 180-315 1,5-8,0 0,14-0,3 (1,4-3) 15-30 (150-300) 300-375 Природные клеи
Казеиновый
Древесина, бумага, кожа, ткани 20 60 48 12 0,3-1,5 (3-15) 6-8б (60-80) 50
Глютиновый (столярный)
Древесина 20 48 0,3-1 (3-10) 5-8б (50-80) 50
а Прочность на отрыв резины к металлу. бИспытания на образцах древесины сосны. вИспытания на образцах этрола. гИспытания на образцах непластифицированного поливинилхлорида.
По функциональному назначению К. подразделяются на конструкционные, неконструкционные и специальные. К конструкционным К. относят композиции, обеспечивающие передачу динамических и статических нагрузок от одной части детали или изделия к другой, сопряжённой с ней посредством клеевой плёнки. Основные требования, предъявляемые к К. этой группы: достаточно высокая прочность при различных видах нагружения в интервале температур эксплуатации изделия, отсутствие ползучести под действием длительной нагрузки и т.п. Неконструкционные К. - композиции, применяемые для приклеивания декоративных, облицовочных или изоляционных материалов и покрытий, контровки резьбовых соединений, крепления мелких ненагруженных деталей (датчиков различного назначения, токопроводящих элементов электронных приборов и т.п.). К специальным К. относят композиции, обладающие дополнительными функционально важными свойствами, например токопроводящие К., оптические К., медицинские К. и т.п.
Основное достоинство К. - простота технологии и малая трудоёмкость их применения. Клеевые соединения обладают высокой прочностью, вибростойкостью, герметичностью и другими ценными показателями, что обусловливает всё возрастающие масштабы применения К. в различных областях народного хозяйства и быту. Широкий ассортимент современных К. позволяет решать самые разнообразные задачи - от создания железобетонных мостов со склеенными конструкциями до производства миниатюрных электронных приборов, от изготовления клеёной одежды и обуви до наложения клеевых швов при операциях на внутренних органах человека, от склеенных игрушек до винтов современных вертолётов и деталей космических кораблей.
Лит.: Кардашов Д. А., Синтетические клеи, 2 изд., М., 1968: Берлин А. А., Басин В. Е., Основы адгезии полимеров, М., 1969; Хрулев В. М., Синтетические клеи и мастики, М., 1970; Handbook ot adhesives, ed. by 1. Skeist, N. Y. - L., 1962.
А. Б. Давыдов.