Лабораторне заняття
Навчальний час - 2 години
Мета заняття: Вивчити склад, класифікацію й асортимент клеїв, знати їх основні показники якості та раціональне призначення кожного виду клею.
Зміст завдання та методичні вказівки щодо його виконання.
1.1. Розглянути визначення поняття "клеї", вивчити їхній склад, призначення окремих компонентів.
1.2. Розглянути основні показники якості клеїв та методики їх визначення.
1.3. Представити в зошиті для практичних робіт у вигляді схеми класифікацію асортименту клеїв за основними класифікаційними ознаками.
1.4. Вивчити асортимент клеїв за каталогами та натуральними
зразками.
1.5. Користуючись відомостями, отриманими у результаті виконання
завдань 1.1 - 1.4 описати 10 зразків клеїв (таблиця 4) та визначити які клеї рекомендуються для склеювання однорідних та неоднорідних матеріалів між собою з урахуванням доцільності використання того чи іншого клею (таблиця 3).
Під час підготовки до практичних занять варто вивчити матеріал основної та додаткової літератури. При виконанні завдання 1.1 необхідно пам'ятати наступне.
Клеї являють собою розчини, дисперсії або розплави переважно високомолекулярних органічних і неорганічних речовин, здатних склеювати між собою різні тіла.
Клеї - це суміш, призначена для нероз'ємного з'єднання поверхонь за рахунок адгезії (прилипання) до них плівки, що утворюється при цьому.
Клеї слугують не тільки для з'єднання деталей і ремонту. Вони використовуються для герметизації, отримання фарб, абразивних, оздоблювальних будівельних матеріалів та інших цілей.
Склад клеїв. Основою будь-якого клею є клейова речовина. Вона визначає всі основні властивості клеїв. Як клейові речовини застосовують переважно органічні високомолекулярні природні та синтетичні речовини.
Розчинники (вода або органічна рідина) необхідні для переводу клейової речовини у в’язкий розчин, зручний для застосування. Розплавляючи або розчиняючи їх у воді або в органічному розчиннику (бензин, ацетон тощо), отримують в’язкі розчини клейкого матеріалу, відомі під назвою клеї.
Для додання клеям необхідних властивостей у них вводять наповнювачі, пластифікатори, затверджувачі, антисептики та інші добавки.
Наповнювачі, які входять до складу клею, зменшують усадку клейової плівки при затвердінні, роблять дешевшим клей, підвищують його твердість, теплостійкість та інші властивості. Як наповнювачі застосовують різні мінеральні та органічні речовини у порошкоподібному вигляді: тальк, каолін, двоокис титану, кварцовий пісок, деревне борошно тощо.
Для додання клейовому шву еластичності та зниження крихкості клейової плівки в розчин деяких клеїв додають пластифікатори. Як пластифікатори зазвичай використовують висококиплячі малолеткі рідини, що являють собою складні ефіри, наприклад: дибутилфталат, трикрезилфосфат, диоктилфталат та ін. Пластифікуючими властивостями володіють і деякі інші речовини, наприклад: кастероль, гліцерин, гліфталеві смоли.
Для прискорення процесу переходу клею у затверджений стан, до складу деяких клеїв уводять затверджувачі (наприклад, уротропін). З цією ж метою в деякі синтетичні клеї вводять каталізатори та ініціатори. Вони прискорюють, ініціюють реакції смолоутворення та підвищують в'язкість розчину. Як каталізатори та ініціатори використовують кислоти, луги, перекис бензоїлу тощо.
Для уповільнення процесів старіння, які розвиваються в полімерах під впливом тепла, кисню повітря, сонячного опромінення, до складу деяких синтетичних клеїв вводять невеликі добавки стабілізатора. Як стабілізатори використовують найчастіше багатоатомні феноли.
У білкові клеї, що піддаються впливу грибків, додають антисептики.
Виконуючи завдання 1.2, необхідно пам’ятати, що якість клеїв визначається в першу чергу їх клейовою (адгезійною) здатністю. Адгезійна здатність клею оцінюється за міцністю з’єднання двох стандартних зразків (брусків, пластин) матеріалу, що склеюється. При цьому визначають міцність під час зсуву або сколюванні, а також проводять випробування на розшарування двох склеєних стрічок матеріалу (шкіри, тканини)
Важливими показниками якості є також в’язкість та життєздатність клею, а для окремих клеїв – стійкість до дії рідини, тепла, хімічних реагентів та інших факторів.
В’язкість клею безпосередньо пов’язана з його адгезійною здатністю. У однотипних клейових речовин клейова здатність тим вище, чим більше в’язкість клейового розчину. В’язкість клею повинна бути такою, щоб його було зручно наносити на поверхню.
Життєздатність клею характеризується часом, протягом якого клей придатний для використання. Зазвичай визначають час для придбання клеєм в’язкості, при якій він вже не може бути нанесений на поверхні, що склеюються. Зі збільшенням кількості добавок, затверджувачів та підвищенням температури зберігання клейового розчину його життєздатність знижується. Життєздатність багатокомпонентних клеїв повинна бути не менше 1,5 – 2 години.
Крім названих вище показників якості клеї також повинні бути зручними для застосування. Строк їх зберігання повинен бути досить великим. Вони не повинні вміщувати токсичні речовини. Важливим показником якості клеїв є також універсальність їх застосування та зберігання у часі.
Під час визначення якості окремого різновиду клею використовуються різні методики та проводяться випробування.
Зовнішній вигляд клейового шару та колір визначають візуально шляхом огляду при денному розсіяному світлі, а також порівнянням з кольором зразка - еталона.
Час і ступінь висихання визначаються відповідно ГОСТ 19007-73. На пластину із клеєм, відступивши від кожного боку 1 – 2 см, накладають паперовий, а на нього гумовий диски. На середину гумового диска на 60 ± 2 с установлюють гирю відповідної маси. Якщо паперовий диск не прилипає до покриття, а поверхня під ним відповідає характеристикам, зазначеним у таблиці ГОСТу, то фіксують час, необхідний для досягнення ступеню висихання 3. За результат випробування приймають час у годинах або добі, необхідний для досягнення певного ступеня висихання нанесеного на пластинку клею при товщині та умовах сушіння, встановлених технічними умовами. При цьому необхідний ступінь висихання вважається досягнутим, якщо із трьох паралельних визначень не менш двох відповідає характеристиці даного ступеня висихання.
Для визначення вологості клею від середньої проби береться наважка 20 г, зважується з точністю до 0,01 г і висушується при температурі (100 ± 2)0С до постійної маси. Висушування вважається закінченим, якщо різниця між двома послідовними зважуваннями, зробленими через 30 хвилин одне після іншого, буде не більше 0,01 г. Вологість клею (W) у відсотках по масі визначають за формулою:
(1)
де m1 – наважка клею, г; m2 – маса сухого залишку, г.
Водневий показник рН вимірюється на рН-метрі будь-якої моделі зі скляним електродом з погрішністю вимірів, що не перевищує 0,1 рН.
Визначення умовної в'язкості різними віскозиметрами здійснюється за ГОСТ 8420-74. За умовну в'язкість клейких матеріалів приймають час безперервного витікання в секундах певного обсягу випробуваного матеріалу через каліброване сопло віскозиметра типу ВЗ-1 або ВЗ-4.
Віскозиметр типу ВЗ-1 з діаметром сопла 5,4 мм призначений для матеріалів з умовною в'язкістю за цим віскозиметром не менш 5 с, а з діаметром сопла 2,5 мм - від 12 до 150 с.
Віскозиметр типу ВЗ-4 призначений для матеріалів з умовною в'язкістю за цим віскозиметром від 12 до 200 с.
Визначення умовної в'язкості віскозиметром типу ВЗ-1 здійснюється наступним чином.
У ванну віскозиметра наливають воду для підтримки температури випробуваного матеріалу 20 ± 0,5 0С, закривають сопло стрижнем і у внутрішній резервуар наливають випробуваний матеріал до рівня гострої частини гачків; за допомогою гвинтів штатива віскозиметр установлюють так, щоб всі три вістря гачків перебували в одній площині та були ледь помітні на поверхні випробуваного матеріалу.
Внутрішній резервуар закривають кришкою, в отвір якої вставляють термометр, під сопло віскозиметра ставлять мензурку. Після підняття бульбашок повітря на поверхню випробуваного матеріалу і при його температурі 20 ± 0,5 0С швидко виймають стрижень, одночасно з появою випробуваного матеріалу із сопла віскозиметра, включають секундомір. Коли випробуваний матеріал у мензурці досягне точно рівня мітки 50 мл, секундомір зупиняють і відраховують час витікання з погрішністю не більше 0,2 г.
Визначення умовної в'язкості віскозиметром типу ВЗ-4 здійснюється таким чином.
Віскозиметр за допомогою гвинтів установлюють так, щоб його верхній край був у горизонтальному положенні. Під сопло віскозиметра ставлять посудину місткістю не менше 110 мл. Отвір сопла знизу закривають пальцями, у віскозиметр із надлишком наливають випробуваний матеріал, щоб утворився випуклий меніск над верхнім краєм віскозиметра. Надлишок матеріалу та бульбашки повітря, що утворилися, видаляють за допомогою скляної пластинки або палички, які зрушують по верхньому краї віскозиметра в горизонтальному напрямку. Потім відкривають отвір сопла та одночасно з появою випробуваного матеріалу із сопла включають секундомір. У момент першого переривання струменя випробуваного матеріалу секундомір зупиняють і відраховують час витікання з погрішністю не більше 0,2 с.
Визначення життєздатності клею здійснюється за ГОСТ 14231-78.
У порцеляновій склянці або чашці зважують 50 г смоли, додають 0,5 г (1%) тонкоподрібненого хлористого амонію та ретельно перемішують. Приготовлений клейовий розчин при періодичному перемішуванні витримують при 20 ± 1 0С до початку желатинізації. Час від моменту додавання хлористого амонію до початку желатинізації клейового розчину визначає його життєздатність.
Визначення часу твердіння здійснюється за ГОСТ 14231-78. У склянку відважують 50 г смоли при 20 ± 1 0С, додають 0,5 г (1 %) тонкоподрібненого хлористого амонію та ретельно перемішують скляною паличкою протягом 5 хвилин. Потім 2 г приготовленого розчину переносять у пробірку діаметром 16 ± 1 мм, з товщиною стінки 1 ± 0,2 мм. Пробірку опускають у киплячу водяну баню, так, щоб рівень розчину в пробірці був на 10-20 мм нижче рівня води у водяній бані та включають секундомір. Клейовий розчин безупинно перемішують скляною паличкою до початку його желатинізації. Час від моменту занурення пробірки в киплячу воду до моменту желатинізації клейового розчину приймають за час твердіння смоли.
Зручність під час нанесення визначається випробуванням у процесі виготовлення зразка: під час нанесення клей не повинен згортатися та тягтися за пензлем або шпателем.
При виконанні завдання 1.3 варто знати, що асортимент клеїв надзвичайно різноманітний. У зв'язку із цим виникла нагальна потреба в їхній класифікації.
Клеї поділяють за рядом ознак:
1. За призначенням - одноцільові і багатоцільові. Розрізняють клеї для деревини, шкіри, порцеляни, тканин, канцелярські, для герметизації, універсальні тощо.
2. За консистенцією - тверді, рідкі, порошкоподібні. Тверді клеї випускають у вигляді плиток, лусочків, порошків і подрібненими. Для спеціальних цілей випускають, крім того клеї у вигляді плівок, олівців.
3. За способом сушіння — холодного та гарячого твердіння.
4. За характером склеювання - зворотні (термопластичні) та незворотні (термореактивні). Зворотні клеї після затвердіння здатні під дією нагрівання й розчинника знову розм'якшуватися або розчинятися. Тому клейовий шов зворотних клеїв може бути порушений шляхом нагрівання або дією підходящих розчинників. Термореактивні клеї готують на основі термореактивних смол, тому клейовий шов не змінює свій стан під час нагрівання або під дією розчинників. Процес твердіння їхньої клейової плівки пов'язаний з хімічними, у результаті яких шов стає неплавким і нерозчинним. Внаслідок цього термореактивні клеї застосовують для постійного склеювання.
5. За водостійкістю клейового шва – висоководотривкі, водотривкі та неводотривкі. Висоководотривкі клеї здатні витримувати вплив киплячої води без зниження міцності склеювання (клеї на основі фенолоформальдегідних смол та епоксидні). Водотривкі клеї під впливом води при кімнатній температурі незначно знижують міцність склеювання (клеї на основі мочевиноформальдегідних смол, альбуміновий клей після термообробки, карбамідні та ін.). Неводотривкі клеї не витримують впливу води, значно знижують при цьому міцність склеювання або гублять її зовсім. До них відносяться: казеїновий, міздровий, кістковий, крохмальний, декстриновий тощо.
6. За природою клейкого матеріалу, або за складом - органічні (тваринного та рослинного походження, синтетичні) та неорганічні (мінеральні). Неорганічні клеї представлені на ринку України силікатним клеєм (рідким склом).
Асортимент синтетичних клеїв дуже різноманітний. Синтетичні клеї являють собою розплави або розчини синтетичних смол в органічних розчинниках. Залежно від основи, що склеює, вони поділяються на три групи:
а) клеї на основі синтетичних каучуків (еластомерів), їх називають гумовими клеями - найритовий клей, СКН, бустилат, гумовий та ін.;
б) клеї на основі термопластичних смол - полівінілацетатні, перхлорвінілові, акрилові, полістирольні тощо;
в) клеї на основі термореактивних смол – фенолформальдегидні, епоксидні тощо.
Під час виконання завдання 1.4 доцільно керуватися відомостями про асортимент клеїв побутового призначення, представлених у таблиці 1, та таблицею 2.
Завдання 1.5 необхідно виконувати за таблицею 3 та таблицею 4.
Таблиця 1
Асортимент клеїв побутового призначення
| № п/п | Назва клею | Торговельні марки | Основні властивості клеїв, їх переважне призначення |
| Клеї тваринного походження | |||
| 1. | Міздровий (столярний) | Випускають у вигляді плиток, лусочків і дробленими | Переваги – висока механічна міцність клейового шву. Недоліки – довготривалість під час приготування клейового розчину та висихання клейового шву, низька водостійкість та теплостійкість (не вище 50 0С), піддані гниттю. Застосування - у виробництві меблевої, а також поліграфічної та в інших галузях промисловості. |
| 2. | Кістковий (малярський) | Випускають у вигляді плиток, лусочків і дробленими | Те ж саме. Застосування – в малярській справі для приготування фарб |
| 3. | Казеїновий | Казеїновий | Більш водостійкий, ніж колагенові клеї. Застосування - для склеювання деревини у меблевому та фанерному виробництві, а також для приготування клейових фарб |
| Клеї рослинного походження | |||
| 1. | Крохмальний | Крохмальний | Застосування – для склеювання паперу, картону. Недоліки - не стійкий до дії води та грибків. |
| 2. | Декстриновий | Декстриновий | Застосування – для склеювання паперу, картону, наклеювання поштових марок, етикеток. Недоліки - не стійкий до дії води та грибків. |
| 3. | Нітроклей | Нітроклей | Застосування – для склеювання шкіри та тканини, нітроглифталевий – для приклеювання лінолеуму до дерев’яних та металевих настилів. Переваги – відрізняється високою вологостійкістю та швидкістю висихання. Недоліки – вогненебезпечний та розм’якшується при температурі більш ніж 60 0С. |
| Клеї мінерального походження | |||
| 1. | Силікатний | Рідке скло, конторський силікатний клей | Застосування – як зв’язуючі речовини силікатних фарб (вогнестійких силікатних фарб), як зв’язуюче абразивних інструментів, для отримання кислототривкої цегли, вогнезахисного просочення деревини, наповнення мил, зм’якшування води, проклейки паперу тощо. |
| 2. | Асфальтобітумний | Асфальтобітумний | Переваги – доступні та дешеві; відрізняються високою вологостійкістю та добре захищають від корозії. Недоліки – недосить теплостійкі. Застосування – переважно у будівництві. |
Продовження таблиці 1
| Синтетичні клеї | |||
| 1. | Гумові клеї: | ||
| А) Наїритові | 88Н, 88НП, 4НБ, КР-5-18, КР-6-18, бустилат, стилит | Переваги – відрізняються високою водо- та вібростійкістю, великою швидкістю схоплювання (4 години), хорошою термостійкістю. | |
| Б) На основі бутадієнакрильного каучуку | Гумовий А та Б | Застосування – для приклеювання гуми на різній основі до металу, дерева, скла та для склеювання вказаних матеріалів між собою. | |
| 2. | Клеї на основі термопластичних смол: | ||
| А) Полівінілацетатний | ПВА (емульсія), УФ -235, Орион | Застосування – для склеювання скла, кераміки, пластмас. Недоліки – мають обмежену теплостійкість (60 0С) та неводостійкі | |
| Б) Акриловий | Пиакрин, КС-609, ПК-10, ПВ-16 | Переваги – універсальні клеї | |
| В) Перхлорвініловий | Виникс, ПВХ, МЦ-1, Ц-1, винилит | Застосування – для полівінілхлоридних пластиків, оргскла, целулоїда, тканини „болонья” та штучної шкіри. Переваги – відрізняються високою адгезією, стійкістю до агресивних середовищ. Недоліки – мають невисоку теплостійкість (700С) | |
| 3. | Термореактивні клеї: | ||
| А) Епоксидні | ЭПД, Л-4, КВ-9, ВК-1, КВ-1М, ВК-7, ЭПД, епоксі | Застосування – універсального призначення. Переваги – відрізняються виключно високою адгезією. | |
| Б) Мочевиноформальдегідні | Синтетичний, столярний, К-17, МФ, М-4, М-48, М-60, М-70 | Застосування – для склеювання деревини. | |
| В) Клеї БФ | БФ-2, БФ-4, БФ-6 | Застосування – клеї БФ-6 для тканин, шкіри; інші – універсального призначення. | |
| Г) Резорциноформальдегідні | ФР-12 | Переваги – відрізняються виключно високою швидкістю схоплювання (2 години). Застосування – для склеювання деревини |
Таблиця 2
| Матеріал | Пластмаси | Кераміка, скло | Дерево | Шкіра, тканина | Деревині матеріали | Папір, картон | Оргскло | Гума | Метали |
| Пластмаси | |||||||||
| Кераміка, скло | 7, 8 | ||||||||
| Дерево | 7, 8 | ||||||||
| Шкіра, тканина | 7, 8 | ||||||||
| Деревині матеріали | 4, 5, 8 | 1, 3 | 1, 8 | 1, 5 | 1, 8 | ||||
| Папір, картон | 3, 4 | 1, 4, 8 | 1, 5 | 1, 5 | 1, 2, 4 | ||||
| Оргскло | 3, 8 | 3, 8 | |||||||
| Гума | |||||||||
| Метали | 6, 7, 8 | 6, 7, 8 | 7, 8 | 7, 8 | 7, 8 | 7, 8 | 7, 8 |
Клеї та матеріали, що склеюються
1 – клеї природного походження, 2 – силікатний клей, 3 – клеї на основі каучуків, 4 – клеї на основі ПВА, 5 – клеї на основі ПВХ, 6 – акрилові клеї, 7 – епоксидні клеї, 8 – фенолоформальдегидні (резорциноформальдегидні) клеї
Таблиця 3
Клеї для склеювання однорідних та різнорідних матеріалів між собою
| Класифікаційне групування | Назва клеїв | Матеріали | |||||||||||||||||
| Гума - гума | Метал – метал | Скло – скло | Дерево – дерево | Папір - папір | Тканина бавов. - тканина бавов. | пластмаси - пластмаси | Лінолеум – дерево | Лінолеум – бетон | Скло – метал | Скло – дерево | Гума – метал | Гума – скло | Папір – дерево | Папір – скло | Тканина бавов. – дерево | Тканина бавов. – папір | |||
| Тваринні | Міздровий (столярний) | ||||||||||||||||||
| Кістковий (малярський) | |||||||||||||||||||
| Казеїновий | |||||||||||||||||||
| Рослинні | Крохмальний | ||||||||||||||||||
| Декстриновий | |||||||||||||||||||
| Нітроклеї | |||||||||||||||||||
| Синтетичні | |||||||||||||||||||
| 1. Гумові | Найритові | ||||||||||||||||||
| На основі бутадієнакрилонітрильного каучуку | |||||||||||||||||||
| 2. Клеї на основі термопласти-них смол | ПВА | ||||||||||||||||||
| Акриловий | |||||||||||||||||||
| Перхлорвініловий | |||||||||||||||||||
| 3. Термореактивні | Епоксидні | ||||||||||||||||||
| Мочевиноформальдегідні | |||||||||||||||||||
| Клеї БФ (фенолоформальдегідні) | |||||||||||||||||||
| Резорциноформальдегідні | |||||||||||||||||||
Таблиця 4
Опис зразків клеїв
| № | Штрихо-вий код | Країна поход-ження | Код за УКТ ЗЕД | Торго-вельна марка клею | ДСТУ або ТУ, за яким випус-кається клей | Група та підгрупа за поход-женням та складом | Колір та консис-тенція клею | Призна-чення та спосіб застосу-вання | Відмінні особи-вості власти-востей клею |
Матеріальне забезпечення:
1. Зразки клеїв.
2. Нормативні документи.
3. Каталоги.
Питання для контролю знань за темою „Асортимент клеїв”:
1. Визначення поняття „клеї”.
2. Склад клеїв та роль кожного з компонентів складу.
3. Назвати основні показники якості клеїв, поясніть їх сутність.
4. Назвати ознаки, за якими класифікується асортимент клеїв.
5. Дати класифікацію клеїв за складом та походженням.
6. Які клеї відносяться до клеїв тваринного походження, їх призначення та властивості.
7. Які клеї відносяться до клеїв рослинного походження, їх призначення та властивості.
8. Які клеї відносяться до клеїв мінерального походження, їх призначення та властивості.
9. Характеристика термопластичних клеїв, їх властивості та призначення.
10. Характеристика термореактивних клеїв, їх властивості та призначення.
11. Клеї на основі каучуков: види, властивості, застосування.
12. Класифікація клеїв за характером склеювання.
13. Класифікація клеїв по відношенню до нагрівання.
14. Класифікація клеїв за призначенням.
15. Класифікація клеїв за фізичним станом та консистенцією.
