Краткие теоретические сведения. Цель работы -Ознакомиться с основными группами клеев; изучить влияние состава и режима отверждения клеевых композиций на структуру и свойства клеевых

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Цель работы -Ознакомиться с основными группами клеев; изучить влияние состава и режима отверждения клеевых композиций на структуру и свойства клеевых соединений.

Задачи:

1. Ознакомиться с основными группами клеев;

2. Изучить влияние состава и режима отверждения клеевых композиций на структуру и свойства клеевых соединений.

Краткие теоретические сведения

По адгезионным свойствам клеи бывают универсальными, склеивающими различные материалы (например, эпоксидные, клеи БФ) и с избирательной адгезией (резиновые, белковые).

По назначению различают конструкционные силовые и несиловые клеи.

Многие клеевые, составы могут служить одновременно лакокрасочными материалами и герметиками.

Клеи по отношению к нагреву делятся на два класса: обратимые (на базе термопластов) и необратимые (на базе реактопластов), отверждающиеся за счет добавления отвердителя.

Необратимые клеи холодного отверждения отвердевают за счет реакции связующего с отвердителем без нагрева; клеи горячего отверждения отличаются тем, что переход полимера из термореактивной стадии в термостабильную осуществляется при повышении температуры. Клеи холодного отверждения белее удобны, так как не требуют применения нагревательного оборудования.

Самыми распространенными конструкционными клеями являются эпоксидные клеи и клеи типа "Спрут" на полиэфирно-уретановой основе, относящиеся к необратимым клеям, имеющие широкие возможности модификации с целью изменения прочностных, эластичных свойств и температурных характеристик.

Термореактивные полимеры, в основном, в отвержденном состоянии имеют глобулярное строение, причем часто структура бывает не детерминирована. Глобулярные полимеры, как правило, хрупки и сравнительно легко разрушаются при ударе (эпоксидные, фенолформальдегидные полимеры), поэтому для повышения пластичности в состав клеев вводят пластификаторы; количество пластификатора должно быть строго оптимальным, так как при избытке пластификатора снижается адгезия и теплостойкость.

Для отверждения эпоксидных клеев применяются отвердители двух видов:

а) отвердители "холодного" отверждения - полиэтиленполиамин, гексаметилендиамин, отвердитель аминофенольного типа АФ-2, смолы - Л-18, Л-19, Л-20 и др.

Отверждение с помощью полиаминов можно вести как при обычной температуре (комнатной), так и при нагревании.

Адгезия - связь приведенных в контакт клеящего вещества (адгезив) и склеиваемой поверхности (субстрата); когезионная прочность (когезия) - сцепление молекул внутри физического тела под действием различных сил притяжения.

П. Теоретические сведения

В последние годы клеевые соединения находят все большее применение в ряде ведущих отраслей народного хозяйства в качестве одного из основных и весьма перспективных способов создания силовых конструкций из металлов и различных неметаллических материалов.

Сборка на клею конструкций из металлов, пластмасс, древесины, бетона, стекла и других материалов имеет ряд преимуществ, по сравнению с другими видами неразъемных соединений: атмосферостойкость и стойкость к коррозии клеевого шва, герметичность соединения. Сварные швы, отверстия под заклепки и болты снижают прочность соединяемых материалов, так как в зоне швов сосредотачиваются напряжения, ослабляющие конструкцию. Клеевые соединения, как правило, лучше выдерживают усталостные нагрузки. Клеи незаменимы при изготовлении трехслойных конструкций и соединений разнородных материалов. При использовании клеев масса конструкций увеличивается незначительно, упрощается технология работ.

Недостатками клеевых соединений является их высокая прочность при неравномерном отрыве и знакопеременных нагрузках, необходимость в ряде случаев применять нагревание при склеивании, невысокая теплостойкость большинства промышленных клеев, склонность к старению.

Основными условиями хорошего качества склеивания являются шероховатость поверхности склеивания и тщательное ее обезжиривание, толщина клеевого слоя (для большинства клеев и типов соединений ее следует выдерживать в пределах 0, 05-0, 25 мм). При толщина слоя более 0, 5 мм прочность соединения резко падает. На качество клеевого соединения влияет также правильный выбор клея, состав композиции, режим отверждения.

Клеи - вещества или смеси веществ органической, элементоорганической или неорганической природы, обладающие хорошей адгезией, когезионной прочностью, достаточной эластичностью, способные отверждаться с образованием прочных клеевых соединений.

По способу изготовления различают природные клеи (казеиновый, столярный, осетровый, гуммиарабик и др.) и синтетические клеи (эпоксидные, фенолформальдегидные, полиэфирные и др.).

По физическому состоянию клеи могут быть жидкими, пастообразными, пленочными, порошкообразными, в виде стержней.

Время отверждения при 18-23°С минимальное - 24-18 ч,

оптимальное - 4-3 суток, при +60°С минимальное - 2-3 ч, оптимальное - 4-5 ч.

Низкомолекулярные полиамиды (Л-18 и др.) играют роль отвердителей и пластификаторов, что увеличивает адгезию на 10-20 %. Они отверждают смолы за 48-72 ч при комнатной температуре. При повышении температуры скорость отверждения резко возрастает, так при температуре 130 °С полное отверждение происходит за два часа:

б) отвердители "горячего" отверждения - ангидрида двухосновных кислот (малеиновой и фталевой).

Отверждение происходит только при повышенных температурах (100-140°С). Во всех случаях ангидриды придают отвержденным композициям более высокую теплостойкость и лучшую адгезию.

Отверждение эпоксидных смол происходит вследствие увеличения молекулярного веса, достигаемого поперечными сшивками молекул смолы. Основной особенностью отверждаемых эпоксидных смол является образование неплавких и нерастворимых продуктов без выделения каких-либо летучих веществ.

Кроме пластификаторов и отвердителей в клеи вводят наполнители.

Наполненные полимеры, в том числе и клеи, - это сочетание полимеров и отверждающихся олигомеров с наполнителями с образованием гетерогенных композиций, обладающих новыми свойствами, отличными от свойств исходных компонентов, по сохраняющих индивидуальность каждого компонента. При наполнении полимер всегда образует непрерывную фазу (матрицу), а наполнитель - дисперсную или другую фазу.

Фазовая структура наполненных композиций задается формой наполнителя и его распределением в полимерной матрице, причем взаимодействие полимер-наполнитель осуществляется преимущественно за счет смачивания и адсорбции на границе раздела.

В зависимости от назначения наполнители подразделяются на усиливающие, или армирующие, улучшающие фрикционные, антифрикционные, диэлектрические, теплофизические и другие свойства.

По форме частиц наполнители делятся на два основных класса - волокнистые и дисперсные (порошковые, зернистые). К дисперсным наполнителям относятся природные или искусственные порошки - неорганические (силикаты, оксиды, гидрооксиды, карбонаты, сульфаты, минеральные стекла и т. п.) и органические (древесная мука, молотая кора деревьев и т. п.). Дисперсные наполнители по форме частиц подразделяются на сферические, пластинчатые и чешуйчатые. Литература: / I /, с. 444-460; / 10 /, с. 196-244.