Промышленный лизинг Промышленный лизинг  Методички 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Типы соединение

Рекоме;1дуемые формы

Соединения полых профилей

Соединения труб


с формованным гладкпм раструбом

с двухраструбной муфтой

с гладкой надвижной муфтой

различного диаметра

распространен подход к расчету соединений,основанный на использовании эмпирических зависимостей при выборе конфигурации и размеров соединений, с последующим упрощенным анализом напряженного состояния [37].

Приближенный расчет площади клеевого соединения осуществляют, исходя из предела прочности клея и установленного коэффициента запаса прочности. Затем изготовляют образцы с учетом свойств выбранного клея, свойств склеиваемых пластмасс, характера подготовки поверхности склеиваемых пластмасс, требуемой температуры и давления при отверждении клея,толщины слоя клея, конструкции клеевого соединения, условий эксплуатации клеевого соединения.

Для определения длины нахлестки клеевого соединения строят диаграмму зависимости прочности при сдвиге (по средним показателям) от коэффициента качества соединения {t/l), являющуюся результатом испытания образцов с различной длиной нахлестки / и толщиной субстрата t. Эти значения затем преобразуют при расчетах с помощью статистически определенных коэффициентов, вависящнх от разброса данных при испытаниях.

Следует отметить, что полученную диаграмму можно использовать только для полученной серии испытаний, а при изменении любого из вышеуказанных условий она становитсн недействительной.

Эти диаграммы дают возможность рассчитать оптимальную длину нахлестки или оптимальную толщину субстрата с учетом конкретной нагрузки, действующей на клеевое соединение.

Связь между параметрами соединения описывется уравнениями а = P/t; т = Р/1; т = at/l, где а - значения нормальных напряжений в субстрате, Н/мм*; т - значения напряжений сдвига в клеевом шве, Н/мм; Р - нагрузка, приложенная к единице ширины клеевого соединения, Н/мм; t - толщина субстрата в зоне нахлестки, мм; / - длина нахлестки, мм.

ВЫБОР КЛЕЯ

В настоящее время не существует универсальных клеев, способных склеивать любые пластмассы и обеспечивать при этом надежность клеевого соединения в эксплуатации. Промышленностью выпускается множество клеевых композиций, обладающих разнообразными физико-химическими, прочностными и технологическими свойствамп.

Клеи, в зависимости от химической природы главного компонента, делятся на термореактивные и термопластичные [13, 14].

Термореактивные клен представляют собой композиции, которые переходят в неплавкое и нерастворимое состояние под действием тепла, катализаторов или при одновременном их воздействии. Они обладают высоким сопротивлением ползучести и предназначены для применения в высоконагруженных конструкциях, при воздействии жестких внешних условий. Синтетические термореактивные клеи получают на основе эпоксидных, фенолоформальдегидных, полиэфирных и других термореактивных смол. Клеевые композиции, получаемые на основе смесей термореактивпых и термопластичных смол благодаря более высокой эластичности, обладают лучшей работоспособностью, особенно при ударах и циклических нагрузках.

Термореактпвные клеи для соединения пластмасс используются в виде жидких или пастообразных продуктов. Как правило, это одно-или многокомпонентные системы, имеющие сухой остаток 100 % в поставке. Для придания клеевой композиции необходимых технологических свойств .могут вводиться инертные растворители. При добавлении модифицирующих агентов пастообразные клеи приобретают тик-сотропные свойства, позволяющие сохранять равномерную толщину клеевого слоя на наклонных, криволинейных и вертикальных поверхностях детален в процессе сборки и склеивания конструкции.

Термопластичные клен подразделяют на две основные категории: клеи на основе термопластичных смол и на основе термопластичных каучуков. Термопластичные клеи способны растворяться, плавиться и размягчаться при нагревании, склонны к ползучести при нагружении. В отличие от термореактивных клеев, они не изменяют химического строения при формировании клеевого соединения.

Для получения клеев на основе термопластичных смол используются различные синтетические материалы - поливинилхлорид, полистирол, полиамиды, полиметилметакрилат и др. Для придания клеям специфических свойств в смолы вводят различные добавки (пластификаторы, наполнители, армирующие материалы и др.). Жидкие термопластичные клеевые композиции представляют собой растворы, дисперсии или э.мульсии полимера и других модифицирующих компонентов в среде летучих продуктов.

Для получения термопластичных клеев на основе каучуков чаще всего применяются синтетические эластомеры (бутилкаучук, хлоро-преновый, питрильный каучук и др.). Большинство эластомеров вы-



пускается в виде растворов, иногда в сочетании с вулканизирующими агентами. В состав термопластичных клеев на основе каучуков входят наполнители, пластификаторы и другие ингредиенты.

Термопластичные клеи-расплавы представляют собой пленки, для активации которых применяется нагрев собранного клеевого соединения. Они применяются для склеивания пластмасс, обладающих достаточной термостойкостью. Свойства основных типов клеев широко освещены в технической литературе [13, 14, 25].

Эпоксидные клен представляют собой термореактивные синтетические продукты, получаемые при взаимодействии эпоксидной смолы и основного пли кислотного отверждающего агента. Поставляются в впде одно- или двухкомпонентнон композиции. В отечественных эпоксидных смолах на основе дифенилолпропана примерное содержание эпоксидных групп (в процентах) указывается в марке смолы и обозначено числом, стоящим после букв ЭД (ЭД-20 содержит 19,9- 22,0 % эпоксидных групп).

Для отверждения эпоксидных смол прп нагревании в качестве отвердителей применяются ангидриды кислот (тетрагидрофталевой, изо-метилтетрагидрофталевой и др.), а для отверждения при комнатной температуре - азотосодержащие отвердители (полиэтиленпол иамии, Л-20 и др.).

Требуемое количество азотсодержащего отвердителя X может быть рассчитано по формуле Х= К[Э (М/п) I 43], %, где Э - содержание эпоксидных групп в смоле; М - молекулярная масса полиамина; п - число атомов водорода в первичных и вторичных амин-ных группах; 43 - молекулярная масса эпоксидной группы; К - \, 2 ...1,3 - коэффициент, определяемый экспериментальной зависящий от природы полиамина.

Расчет количества ангидрида для отверждения эпоксидных смол X проводят по формуле Х= Л:(ЭМ/43), %, где М - молекулярная масса ангидрида; К= (0,85...1,20) - коэфс]шиент, зависящий от типа отвердителя.

В зависимости от технологических свойств клеев и требований, предъявляемых к клеевому соединению, количество отвердителя может колебаться в широких пределах. Так, для алифатических полиаминов = 0,9-1,3, для полиамипоолигоамидов - до 1,5, для ароматических аминов - 0,8-1,2, для ангидридов ди- и поликарбоновых кислот - 0,6-1,0 от стехиометрического. Оптимальное массовое содержание катализатора подбирают эмпирически, обычно оно составляет 2-10 % на 100 % эпоксидной смолы. Если катализатор используется в комплексе с отвердителем, его содержание понижается до 0,05- 1,5 % на 100 % эпоксидной смолы.

Азотосодержащие отвердители вводят в клеевую композицию непосредственно перед применением, так как жизнеспособность клея ограничена.

Эпоксидные клеи имеют ряд преимуществ перед другими клеевыми кодмпозициямн: высокую поверхностную активность и хорошую адгезию к большинству материалов; высокую когезионную прочность; малую усадку (напряжения, возникающие » клеевом шве при отверждении, незначительны); возможность улучшения требуемых свойств путем lOДифицпpoвaния композиции.

Полиуретановые клеи - термопластичные или термореактивные продукты реакции полифункциональных изоцианатов с многоосновпыми спиртами или некоторыми полиэфирами. Термопластичные композиции - однокомпонентные с растворителем и небольшим количеством катализатора, обеспечивающего определенную степень сшивки полимера.

Термореактивные композиции - двухкомпонентные, с растворителем или без пего, с катализатором, обеспечивающим полимеризацию смеси.

Склеива.ние однокомпонентиой композиции с растворителем производят при контактном давлении после достижения липкости нанесенного клея за счет испарения растворителя. Двухкомпонентные кок-позиции тщательно перемешиваются и полностью отверждаются за 6 суток при 20 °С. Полиуретановые клеи обладают высокой реакционной способностью и адгезией к различным пластмассам. Это обусловлено высокой полярностью NCO-rpynn, которые могут вступать в химические реакции с реакционноспособными группами на поверхности склеиваемых пластмасс (например, амино-, имино-, карбоксильными и гпдроксильными группами). Полиуретановые клеи устойчивы к действию воды и растворителей, имеют хорошую эластичность, особенно прн низких температурах. Однако из-за токсичности изоцианатов и их способности взаимодействовать с влагой воздуха требуется специальная технология склеивания н тщательный контроль содержания исходных компонентов. Изоцианаты используются в качестве адгезионного грунта, а также модифицирующей добавки в другие клеи, для повышения адгезии к пластмассам.

Цианакрилатные клеи - однокомпонентные, низковязкие жидкости на основе амил-2-цианакрилата. Хранение (до 12 мес) осуществляется в герметичных емкостях при температуре 1-5°С. Отверждение осуществляется за счет полимеризации в тонком слое при контактном давлении. Процесс ускоряется при наличии на поверхности следов влаги или слабых оснований гидроксилсодержащих соединений (например, спиртов). Время отверждения зависит от химической природы склеиваемых пластмасс и их состояния. Склеивание цианакрилатными клеями рекомендуется для конструкций, требующих быстрой сборки. Для получения надежных клеевых соединений необходима тщательная подгонка сопрягаемых поверхностей. Клей обладает хорошей стойкостью к воздействию органических растворителей, удовлетворительной влагостойкостью, однако постоянное воздействие воды приводит к постепенному ослаблению клеевого соединения. Следует соблюдать осторожность при работе с клеем, так как он мгновенно прилипает к коже.

Полиакрилатные клеи - представляют собой композиции на основе производных акриловой и метакриловой кислот. Применяются в виде растворов в органических растворителях или мономерах, иногда с введением катализаторов (жидких или порошкообразных). Клеи в виде растворов отверждаются за счет испарения и абсорбции растворителя. Полимерные смеси отверждаются в результате реакции полимеризации прн воздействии тепла или катализаторов. Клеи стойки к воздейстпию щелочей, соляного тумана, нефтепродуктов. Чувствительны к воздействию спиртов, сильных растворителей и углеводородов.

Особую группу составляют клеи на основе олигоэфиракрилатов - анаэробные клеи, способные быстро полимеризоваться в тонком слое при комнатной температуре без доступа воздуха. Используются для склеивания реактопластов и некоторых термопластов. Необходимо учитывать агрессивность воздействия неотвержденных анаэробных клеев на термопласты винилового, акрилового, стирольного, целлюлозного типов.

Поливинилацетатные клеи - малокопцентриро-ванные, высоковязкие растворы синтетических термопластичных смол в органических растворителях. Отверждение осуществляется в результате испарения или абсорбции растворителя. Поливинилацетатные клеи



имеют малую влагостойкость, что ограничивает их применение в конструкциях, контактирующих с атмосферой. Клеи устойчивы к воздействию жиров, масел и нефтепродуктов. Повышение влагостойкости и теплостойкости достигается при модифицировании фенолоформальде-гидными смолами.

Полихлоропреновые клеи - термопластичные эластомеры, состоящие из раствора хлоропренового каучука в смесях ароматических углеводородов. При склеивании пористых пластмасс производят открытую выдержку нанесенного клея в течение 10-20 мин. После соединения поверхностей растворитель постепенно мигрирует из клеевого шва через субстрат. Для непорнстых материалов основную часть растворителя удаляют испарением с открытой выдержкой от 20 мин до нескольких часов (сушку можно ускорить обдувкой горячим воздухом, ИК обогревом и т. п.). Затем производится контактное склеивание липких поверхностей при минимальном давлении. Повышение прочности достигается вулканизацией каучука за счет нагрева, либо введением катализатора. Клеевые соединения обладают хорошей водостойкостью, стойки к воздействию алифатических углеводородов, этилового спирта, слабых кислот и щелочей. Не пригодны для эксплуатации в контакте с ароматическими и хлорированными углеводородами.

Перхлорвиниловые клеи - представляют собой растворы перхлорвиниловой смолы в органических растворителях с добавками модификаторов и наполнителей. Клеи хранят в герметичной таре при температурах 5-35 °С, в помещениях, исключающих попадание влаги и солнечных лучей. Для повышения прочности клеевого соединения клеи модифицируют эпоксидными и фенолформальдегид-ными смолами. Перхлорвиниловые клеи применяются для соединения пластмасс на основе поливинилхлорида.

Клеи иа основе бутилкаучука - термопластичные эластомеры, представляющие собой сополимер изобутилена и изопрена, растворенного в углеводородных растворителях (бензин, циклогексан) или хлорированном углеводороде.

Клеи на основе бутилкаучука стойки к минеральным маслам, кислотам и химическим средам (исключая углеводороды) и обладают низкой газо-, паро- и водопроницаемостью.

Клеи на основе бутадиеннитрильныхкау-ч у к о в представляют собой растворы сополимера бутадиена с нитрилом акриловой кислоты в органических растворителях (обычно ке-тоны и эфиры, хлорированные углеводороды). Отверждение осуществляется удалением растворителя с поверхности покрытых клеем субстратов. Повторное активирование высушенных клеевых пленок перед склеиванием производится нагреванием или растворителем. Клеи имеют хорошую стойкость к маслам, поде и пластификаторам. Из клеев на основе каучуков общего назначения наиболее универсальны клеи на основе бутадиен-нитрильных каучуков. При совмещении их с феноль-ными смолами получают высокопрочные клеевые композиции.

Полиэфирные клеи - синтетические термореактнвные смолы ненасыщенного полиэфира в сочетании с некоторыми мономерами (стиролом, метилметакрилатом, винилацетатом, олигоэфиракри-латами и др.). В качестве отвердителя обычно применяют перекись бензоила. Механизм отверждения - сополимеризация смолы и активного растворителя. Условия отверждения зависят от рецептуры клеевой композиции: открытая выдержка от 5 мин до I ч, температура склеивания 20-110°С; с катализатором клеи отверждаются за относительно короткий срок без предварительной сушки. Заметная объемная усадка при отверждении создает значительные внутренние напря-

жения в клеевом слое, которые могут быть уменьшены введением наполнителей. Клеевые соединения устойчивы к воздействию климатических условий, воды, растворителей.

Полним и дные клеи - представляют собой раствор по-линмидного форполпмера в полярных растворителях (диметилацета-мид, диметилформамид, днметилсульфоксид, пиридин и др.).

Механизм отверждения - реакция поликопденсации при высоких температурах. Удаление растворителя для жидких клеев осуществляется нагреванием, а образование форполимера (частичное отверждение смолы) происходит обычно при температуре 100-150 °С. Окончательное отверждение производят ступенчатым нагревом в интервале температур 150-300 °С. Клеевые соединения в интервале температур от -196 до 260 °С стойки к воздействию органических растворителей, топлив, масел и сильных кислот, но медленно разрушаются при воздействии слабых щелочей.

Клен-расплавы (КР) - представляют собой многокомпонентные системы, содержащие когезионные, адгезионные и целевые добавки. Когезионные компоненты - вещества, придающие прочность, эластичность и жесткость клеевому шву. Они играют роль пленкообра-зователей и имеют, как правило, наибольшую температуру плавления. К ннм относят сополимеры этилена и винилацетата, винилацетата и винилхлорида, винилацетата и акриловой кислоты, полиолефины, полиамиды, полистирол и его сополимеры. Адгезионными компонентак:и служат природные и синтетические смолы с активными функциональными группами, предназначенными для улучшения клейкости адгезионной способности композиции (канифоль, жиры, кумаронинденовые и терпеновые смолы, фенолформальдегидные и другие алифатические и ароматические смолы). Для придания КР требуемых эксплуатацион -ных и технологических свойств в нх состав вводят наполнители, плас тификаторы, антиоксиданты и др. Применение КР основано на повышении смачивающей способности клеевой композиции при расплавлении. Отверждение КР происходит в процессе охлаждения клеевого соединения.

В табл. 47 приведены физико-химические и технологические характеристики ограниченного ассортимента клеев, выпускаемых промышленностью. Технологические параметры склеивания, указанные в табл. 47, рекомендуются разработчиками и изготовителями клеев для получения клеевых соединений, обладающих оптимальной прочностью при определенных условиях. Поэтому при разработке клеевых соединений пластмасс необходимо самостоятельно оценивать целесообразность использования определенных клеев для каждого конкретного материала и существующей технологии склеивания.

При выборе клея для конкретного назначения в первую очередь необходимо учитывать следующие основные факторы: физические и механические свойства склеиваемых пластмасс и возможные способы подготовки поверхности, требуемую прочность соединения с учетом воздействия эксплуатационной среды, технологические требования производства. Указатель типов клеев приведен ниже:

Условный номер типа клея

Марка клея

1. На основе эиохспдных

смол...........КЛН-1, Л-4, Д-9, ГИПК-23-II. ЭД-19,

ВК-9. K-IOO. ГИПК-ИЗ, ГИПК-И6,

УП-5-213, ГИПК-238. ГИПК-117 Пилад Ок, Внлад-11к-1, Внлад-Пк-3, ГНПК-92, ГИПК-21-25, ГИПК-216А, ГИПК-21-18

2. Полпуретаноаы:! .

3. Полиэфир!.о-полиизоцна-натный ........

ПУ-2, ВК-5



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31