Склеивание металлов и пластмасс - Ковачич Л.
Скачать (прямая ссылка):
4.1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СКЛЕИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ
Необходимым условием достижения максимальных прочности н долговечности клеевых соединений металлов является правильный выбор субстрата и клея. Выбранные для склеивания металлические субстраты должны быть гомогенны (в смысле макро- и микроструктуры), иметь соответствующие физико-механические свойства и оптимальные геометрические размеры. Разнородные субстраты должны как можно меньше различаться по таким свойствам, как модуль упругости и термический коэффициент расширения. Если этот принцип не может быть соблюден, необходимо выбрать такой клей, который снижает эти различия. Если предъявляемым требованиям не отвечает ни один клей, то выбирают систему клеев. Например, при соединении эластичного и твердого субстратов используют со стороны эластичного субстрата эластичный клей с высоким содержанием наполнителя, а со стороны жесткого — жесткий клей, иногда модифицированный эластомером. Оба клея должны быть совместимыми и иметь адгезию друг к другу.
Решающее значение имеет поверхностная обработка металлов перед склеиванием. Однако в этой области остается еще много невыясненных вопросов. Например, влияние шерохова-ния, результатом которого должно быть механическое заклинивание клея, не полностью объяснено. Существует точка зрения, согласно которой клей является прежде всего средством для выравнивания неровностей на поверхности субстратов. В то же время известно, что наиболее высокая прочность достигается лри склеивании металлов, подвергнутых травлению, причем разброс показателей наименьший, что свидетельствует о высокой воспроизводимости. Оставшиеся после травления неровности более мелкие, чем те, что остаются после механического шерохования.
При выборе клея необходимо учитывать совместимость субстрата и клея. В случае металлов это означает, что клей не
158
должен вызывать коррозию металлов (коррозию вызывают, например, клеи, отверждаемые кислотами, или избыток щелочного. отвердителя при склеивании алюминиевых материалов и т. п.), а наполнитель не должен образовывать с металлическим субстратом гальваническую пару. Кроме того, клей должен иметь соответствующие физико-химические и физико-механические, адгезионные и когезионные свойства. Для повышения адгезии используют различные добавки к клеям (силаны, хлорированные каучуки, поливиниловый спирт или адгезионные грунты, которые характеризуются высокой адгезией к субстрату). Они помогают устранить различия в механических константах субстрата и клея.
Некоторые металлы ведут себя как ингибиторы реакций отверждения. В таком случае надо выбрать клей, на отверждение которого металл не влияет, или клей, который не отверждается путем химической реакции (клей с растворителем или расплав).
Металлы, как правило, хорошие проводники тепла. Поэтому клеи, которые под действием тепла существенно меняют свои свойства, можно использовать только в условиях, исключающих повышение температуры. В настоящее время имеется достаточное число клеев для металлов, которые продолжительное время выдерживают температуру от 80 до 110 °С. Для более сложных условий эксплуатации имеются и клеи, которые в течение длительного времени выдерживают температуры от 120 до 180°С и кратковременно — до 500 °С.
Известно, что клеевые соединения хорошо сопротивляются сдвигу, хуже неравномерному отрыву и еще меньше отслаиванию. Кроме того, клеевые соединения относительно плохо противостоят резким ударам. Это необходимо принимать во внимание при конструировании соединения, причем напряжения, вызывающие отдир, или удары, должны приходиться на металлические части соединения. Наиболее подходят для этого конструкции с использованием различных усиливающих устройств.
Клеевые соединения часто эксплуатируются в условиях воздействия воды, ее паров и различных химических реагентов. От этих воздействий необходимо предохранить прежде всего чистую поверхность металла после ее подготовки перед склеиванием. Поэтому склеивают, как правило1, сразу же после проведения химической подготовки. Следует учесть, что обработанная поверхность некоторое время сохраняет кислую или щелочную реакцию, которая может отрицательно повлиять на отверждение клея (например, кислые поверхности после травления замедляют или полностью прекращают отверждение цианакрилатных клеев). Поэтому желательно, чтобы поверхность субстрата имела нейтральную реакцию и была сухой.
Некоторые клеевые соединения имеют низкую долговечность,, так как отвержденный клей в условиях эксплуатации может гидролизоваться или деструктироваться, быстро утрачивая
159
клеящую способность. Другие клеи, через которые могут мигрировать агрессивные вещества, вызывают коррозию субстрата. В таком случае происходит деструкция клея под действием продуктов коррозии. Этого можно избежать, правильно выбрав клей, субстрат или изменив условия работы соединения. Однако наиболее простым способом является применение качественного защитного покрытия на площади всего соединения, главным образом по краям клеевого слоя. Хорошо в этом случае. зарекомендовали себя эпоксидные и силиконовые покрытия, которые одновременно улучшают эстетический вид изделия. Такая обработка целесообразна главным образом в том случае, когда соединение работает в жидкой среде или в очень агрессивной среде.
