Склеювання пластмас

1. Склеювання- поширений спосіб виготовлення нерознімних з'єднань як з термопластичних, так і термореактивних пластмас. Пластмаси мож­на склеювати між собою, а також з іншими матеріалами (металами, дере­виною, тканинами тощо).

Склеювання - це процес з'єднання деталей клеючими речовинами, які за допомогою адгезійного або когезійного зв'язку з'єднують деталі, не змінюючи істотно їх структури і властивостей.

Адгезія проявляється в дії атомарних і молекулярних сил притягання на границі стикування поверхонь різних твердих або рідких матеріалів (рис. VII.22, а).

Когезія проявляється в дії сил притягання між атомами і молекулами одного і того самого твердого або рідкого матеріалу (рис. VII.22, б).

Для склеювання термопластів застосовують різні органічні розчинни­ки, а для реактопластів більш складні речовини - клеї.

Рис. VII.22. Структура клейового шва:

а — адгезійне склеювання; 6 - когезійне склеювання; 1 - з'єднувані деталі; 2 - клейова плів­ка; 3 - граничний шар деталь - клейова плівка (адгезія); 4 - граничний шар, що утворюєть­ся завдяки розчиненню і випаровуванню розчинника (когезія)

Склеювання термопластів ґрунтується на здатності розчинника полег­шувати взаємну дифузію макромолекул полімерів. З цією метою на ста­ранно припасовані й знежирені поверхні деталей наносять щіткою, вали­ком або зануренням розчинник. Після відкритого витримування, достат­нього для набухання поверхонь склеювання на глибину 0,5...1,0 мм і ви­далення надлишку розчинника, деталі складають і витримують певний час під тиском для полегшення взаємної дифузії макромолекул в набух­лих поверхневих шарах і утворення твердого клейового шару.

Для прискорення процесу склеювання і підвищення міцності з'єднання до розчинника добавляють подрібнений наповнювач, яким звичайно є той самий полімер, що і склеюється. Попадаючи на з'єднувані поверхні, такий розчинник активніше дифундує в них і сприяє одержанню більш якісного шва.

Склеювання розчинниками застосовують для з'єднання деталей із ор­ганічного скла, полістиролу, полівінілхлориду, поліаміду та інших тер­мопластів.

Для склеювання органічного скла використовують хлороформ, дихло­ретан, ацетон, толуол. Відкрите витримування деталей з нанесеним роз­чинником має тривати не більш як 2 хв, зібраних деталей до моменту на­вантаження - 15 хв, витримування під тиском 0,2...0,5 МПа - не менше ніж 4 год у разі використання дихлоретану і 8 год - оцтової кислоти.

Для з'єднання поверхонь складної конфігурації застосовують розчин­ник з добавкою 2...5 % подрібненого того самого органічного скла. Це підвищує в'язкість розчинника і зменшує швидкість його випаровування, прискорює процес склеювання.

Для склеювання полістиролу застосовують толуол, бензол, трихлор-етилен, бутилацетат або розчин 1...5 % полістиролу в дихлоретані.

Полівінілхлорид склеюють чистим розчинником або з добавкою до нього перхлорвінілової смоли. Розчинниками є органічні речовини з ви­сокою розчинною здатністю: дихлоретан, трихлоретан, діоксан, метилен­хлорид та ін.

Деталі з поліаміду склеюють концентрованою мурашиною кислотою або 10...20 %-м розчином поліаміду в цій кислоті.

Для склеювання полікарбонатів застосовують метиленхлорид, етилен-хлорид та інші хлоровані вуглеводні або розчини в них 1 ...5 % полікарбо­нату.

Рис. VII.23. Склеювання листових і плівкових термопластів:

а - внапусток; 6 - на вус; в - у стик

Целулоїд та нітроцелюлозний етрол склеюють ацетоном, а ацетилцелю-лозний етрол - мурашиною кислотою.

Склеювання поліетилену, поліпропілену, фторопласту та деяких інших термопластів затруднене і потребує попередньої обробки поверхонь де­талей деякими реагентами. Після такої обробки їх склеюють різними клеями.

Листові й плівкові термопласти склеюють внапусток, на вус і у стик з односторонньою накладкою (рис. VII.23). Довжина напустку має бути не менше чотирьох, вуса - трьох-п'яти і накладки - восьми товщин склею­ваного листа. Товстіші вироби, стрижні, труби можна склеювати у стик без накладок.

Для з'єднання деталей із реактопластів застосовують більш складні речовини - клеї.

Поряд з основою (звичайно полімерною) до складу клею входять різні добавки: наповнювачі, розріджувачі, прискорювачі, затверджувачі.

Клеї класифікують за вмістом, природою і властивостями основи і до­бавок, за агрегатним станом (рідкі, пастові, порошкові) тощо. Розрізня­ють клеї холодного і гарячого тверднення. Клеї холодного тверднення готують безпосередньо перед склеюванням, вони тверднуть при кімнат­ній температурі; гарячого тверднення - при температурі 100...180 °С.

До найбільш поширених належать клеї таких основних груп.

Феноло-формальдегідні клеї модифіковані полівінілбутиралом, БФ2 і БФ4. їх застосовують для склеювання не тільки пластмас, а й металів, кераміки, скла. Зберігаються вони в рідкому стані в герметичне закритій тарі протягом шести місяців. Ці клеї гарячого тверднення.

Клей наносять на підготовлені поверхні деталей тонким шаром і ви­тримують на повітрі близько 30 хв. Потім наносять другий шар і витри­мують (бажано в термостаті) 15 хв при температурі 60 °С і ще 15 хв при 90 °С. Після цього склеювані деталі стискають із зусиллям 0,5...2,0 МПа і протягом 1 год витримують при температурі 140... 180 °С. Після охоло­дження до 40 °С тиск знімають.

Для склеювання деревношаруватих пластиків, текстоліту, пінопластів застосовують феноло-формальдегідні клеї Ф9, ВИАМ Б-3. Після змі­шування компонентів термін придатності цих клеїв при 20 °С становить 2 год. Клей наносять на склеювані деталі і витримують 5...10 хв. Після цього деталі стискають із зусиллям близько 0,5 МПа при кімнатній тем­пературі протягом 2...4 год.

Епоксидні клеї тверднуть при змішуванні з затверджувачами (поліети-ленполіаміном, малеїновим ангідридом тощо). Термін придатності епо­ксидних клеїв холодного тверднення (Л-4, ВК-9, ВК-16 та ін.) при тем­пературі 20 °С становить 20...30 хв, а гарячого (ВК-1, ВК-32-ЗМ, К-153 та ін.) - 4...6 год.

Деталі, склеєні клеями холодного тверднення, витримують під тиском 0,1...0,2 МПа при 20 °С протягом 4 год, а гарячого тверднення під таким самим тиском протягом 12 год.

Завдяки полярності епоксидні клеї мають високу адгезію як до пласт­мас, так і до металів, кераміки, скла.

Для клеєних епоксидних швів характерна достатня міцність, вологостій­кість. Вони не втрачають своїх властивостей при температурі -60...+40 °С.

Поліуретанові клеї (ПУ-2, ВК-5, ВК-11 та ін.) - це композиції із полі­ефірів, поліізоціанатів, стабілізаторів, а іноді й наповнювачів. При змі­шуванні компонентів клей затвердіває. Термін придатності його при тем­пературі 20 °С близько 2 год.

Після нанесення клею ПУ-2 деталі витримують при 20 °С 10...20 хв, стискають із зусиллям 0,05...0,30 МПа і витримують протягом 24 год при температурі 20 °С або 4 год при 100 °С.

Ці клеї стійкі до води, рідкого палива, масел. Добре склеюють різні метали.

Щоб одержати якісний клейовий шов, слід дотримуватись таких умов:

• клей має добре змочувати поверхні склеюваних деталей;

• сили притягання між молекулами клею і поверхнею склеюваної дета­лі мають бути більшими, ніж між молекулами клею;

• фізико-механічні властивості затверділого клею і склеюваних дета­лей мають бути близькими за своїми значеннями;

• клейова плівка має бути якомога тоншою; зі збільшенням її товщини збільшується кількість дефектів у ній;

• температурні коефіцієнти лінійного розширення затверділої плівки клею і склеюваних матеріалів мають бути близькими;

• клей має бути вологостійким.

9. Технологічні основи конструювання деталей з пластмас

При конструюванні деталей з пластмас слід враховувати механічні та технологічні властивості цих матеріалів і способи їх переробки. З ураху­ванням цього потрібно:

• у деталях, які виготовляються пресуванням, передбачати товщину сті­нок не менше ніж 0,5...1,0 мм і не більш як 20 мм; при цьому різностінність у пресованих деталях не повинна перевищувати 1 : 3 та в литих -1:6;

• для запобігання утворенню тріщин у місцях сполучення поверхонь пресованих деталей передбачати заокруглення радіусом 1...2 мм та вили­тих під тиском - 0,5...1,0 мм;

• з метою зменшення товщини фланців і стінок передбачати в конструк­ції деталі виїмки, заглиблення та компенсувати деяку втрату перерізу і міцності введенням ребер жорсткості;

• прагнути виготовляти деталі з великою конусністю та технологічни­ми уклонами;

• прагнути спрощувати форму деталі, уникати гострих країв, бокових виступів, забезпечувати тим самим спрощення дорогих прес-форм та іншої технологічної оснастки;

• враховувати, що мінімально допустимий діаметр різьби в пресова­них деталях з термопластів та прес-матеріалів становить 2,5 мм, а з волок­нистих - 4 мм, при цьому глибина різьбових отворів не повинна переви­щувати трьох діаметрів;

• металеву арматуру розміщувати рівномірно по перерізу деталі або в її центрі і уникати розміщення її перпендикулярно до напряму пресу­вання.