klejenie.pdf

Techniki ł ! czenia tworzyw sztucznych – klejenie

1. Cel " wiczenia

Celem # wiczenia zaznajomienie studentów z zagadnieniami dotycz cymi metod ł czenia

2. Okre % lenie podstawowych zagadnie & oraz opis metod ł ’ czenia.

zatrzaski). Tworzywa termoplastyczne mo $ na dodatkowo ł czy # technikami zgrzewania i spawania.

Wybór metody ł czenia zale $ y od postaci ł czonych elementów, zastosowania, warunków eksploatacji

a tak $ e od budowy chemicznej i wła ( ciwo ( ci fizycznych ł czonych materiałów.

2.1. Klejenie

Klejenie jest to proces ł ) czenia materiałów polegaj ) cy na naniesieniu mi * dzy ł ) czone

poł czenia zale $ y od rodzaju zastosowanego kleju oraz rodzaju ł czonych elementów. Technik

klejenia mo $ emy trwale ł czy # ze sob materiały o ró $ nych wła ( ciwo ( ciach np. tworzywa sztuczne,

metale, drewno, szkło itp. Kleje s to najcz ,( ciej substancje polimerowe zawieraj ce przewa $ nie

dodatki takie jak rozpuszczalniki, napełniacze, utwardzacze, plastyfikatory, stabilizatory itp.

Kleje mo $ na podzieli # ze wzgl , du na sposób utwardzenia na:

¾ rozpuszczalnikowe (po odparowaniu rozpuszczalnika pojawiaj si , oddziaływania fizyczne

¾ reaktywne (w kleju zachodz reakcje chemiczne i powstaj wi zania kowalencyjne mi , dzy

atomami cz steczek kleju),

¾ termotopliwe (po obni $ eniu temperatury termoplastyczny klej si , ponownie zestala).

2.1.1. Poj * cia adhezji i kohezji.

odpowiedzialna jest za „trzymanie” si , kleju ł czonej powierzchni, natomiast kohezja za spójno (+#

samego kleju tzn. jego wytrzymało (+# . Na adhezja wpływaj oddziaływania mechaniczne jakie pojawiaj

si , po wnikni , ciu kleju w mikropory i nierówno ( ci a tak $ e oddziaływania mi , dzycz steczkowe (siły

przyci gania Van der Waalsa) a czasami równie $ siły wi za - chemicznych jakie w niektórych

przypadkach powstaj mi , dzy klejem a powierzchni ł czon . Na kohezj , składaj si , : siły Van der

Waalsa oraz powstanie wi za - chemicznych miedzy ła - cuchami polimerowymi (sieciowanie).

Zwi , kszenie sił kohezji nast , puje po utwardzeniu kleju.

Techniki ł czenia tworzyw sztucznych – klejenie

Instytut In ynierii Materiałowej – Zakład Tworzyw Polimerowych

tworzyw sztucznych, a tak $ e wykonanie poł czenia próbek wybranymi metodami .

Tworzywa sztuczne mo $ emy ł czy # poprzez klejenie, poł czenia mechaniczne (nity, gwinty,

powierzchnie warstwy kleju, który po stwardnieniu trwale ł ) czy spajane elementy. Wytrzymało (+#

mi , dzy cz steczkami kleju),

W procesie klejenia wykorzystuje si , dwa zjawiska fizyczne: adhezj , , i kohezj , . Adhezja

9 : 4 : 3 4 1 ;< 7 8

Instytut In = ynierii Materiałowej – Zakład Tworzyw Polimerowych

Rys. 12. Obrazowe przedstawienie adhezji i kohezji.

osi > gn >DC pełny kontakt mi E dzycz > steczkowy), jak i od jej wła A ciwo A ci adhezyjnych. Mo B e si E zdarzy C ,

B e pomimo dobrej adhezji kleju do powierzchni nie została ona dostatecznie zwil B ona co zasadniczo

obni B y poł > czenie. Przy podanym napi E ciu powierzchniowym kleju zwil B alno A+C zale B y od napi E cia

powierzchniowego detalu i lepko A ci kleju. Tak B e zanieczyszczenia powierzchni mog > spowodowa C

obni B enie stopnia jej nawil B enia klejem.

Bardzo wa B nym aspektem od którego zale B y dobra przyczepno A+C jest polarno A+C kleju i

substancji sklejanej. Nie mo B na uzyska C wytrzymałego poł > czenia dwóch materiałów polarnych,

sklejonych klejem o charakterze niepolarnym i odwrotnie. Siły przyci > gania mi E dzy ró B noimiennymi

biegunami dipoli kleju i podło B a s > cz EA ci > ogólnej siły adhezji mi E dzy polarn > powierzchni > i polarnym

klejem. Gdy na powierzchni kleju osi > gnie si E zorientowanie przynajmniej wi E kszo A ci grup polarnych w

kierunku powierzchni klejonej, siły adhezji staj > si E do AFC znaczne. Zorientowanie takie uzyskuje si E tym

łatwiej, im wi E ksz > płynno AFC wykazuje klej, gdy B wtedy jego cz > steczki s > bardziej ruchliwe i ich grupy

polarne łatwiej ulegaj > działaniu sił przyci > gaj > cych grup polarnych powierzchni klejonej.

Poza odpowiedni > przyczepno A ci > istnieje szereg wymaga G stawianych dobrym klejom. A wi E c

powinny si E one odznacza C dostateczn > spójno A ci > , by poł > czenie klejone wykazywało wystarczaj > c >

wytrzymało A+C na działanie czynników mechanicznych. W takiej sytuacji nale B ałoby raczej stosowa C

kleje na bazie tworzyw termoutwardzalnych. Poza tym klej przeznaczony dla konstrukcji bardziej

obci >DB onych nie powinien wykazywa C znaczniejszego płyni E cia pod wpływem długotrwałych obci >DB e G

statycznych, a jego starzenie powinno by C nieznaczne, aby nie wpływało w powa B niejszym stopniu na

rozszerzalno A ci cieplnej zbli B onym do współczynnika podło B a. Je A li współczynniki kleju i podło B a ró B ni >

si E znacznie, to przy zmianach temperatury w spoinie wyst E puj > du B e napr EB enia wewn E trzne, mog > ce

spowodowa C zniszczenie wi > zania.

Z punktu widzenia mechanicznej teorii przyczepno A ci substancja klej > ca powinna spełnia C trzy

warunki: 1) by C ciekł > , 2) dobrze zwil B a C sklejane powierzchnie, 3) odznacza C si E zdolno A ci > t EB enia,

przy czym najistotniejsze znaczenie ma zdolno A+C zwil B ania. Zale B y ona przede wszystkim od lepko A ci i

napi E cia powierzchniowego. Miar > zwil B alno A ci powierzchni jest k > t zwil B ania q , zawarty mi E dzy

zwil B an > powierzchni > a styczn > do powierzchni zwil B aj > cej cieczy. W miar E wzrostu adhezji kleju do

powierzchni k > t zwil B ania maleje a B do momentu zrównania si E siły adhezji z sił > spójno A ci kleju. Wtedy

k > t ma warto A+C równ > zeru.

Techniki ł > czenia tworzyw sztucznych – klejenie

2.1.2. Warunki powstania prawidłowego zł ? cza klejowego.

Pó @ niejsza wytrzymało A ci zł > cza zale B y zarówno od nawil B enia klejem powierzchni (aby

jego wła A ciwo A ci mechaniczne. Wa B n > kwesti > jest dobór substancji klej > cej o współczynniku

Nacisk, temperatura i czas klejenia s X to parametry wywieraj X ce wpływ na ostateczn X

wytrzymało Y+Z kleju. Dwa ostatnie czynniki decyduj X o tym, kiedy błona zostanie ostatecznie wysuszona

lub zestalona. Nacisk natomiast decyduje o grubo Y ci warstwy klejowej i niekiedy o braku w niej

defektów (p [ cherzyków i sp [ ka \ ).

2.1.3. Mechanizmy utwardzania klejów reaktywnych

Wi [ kszo Y+Z klejów to kleje na bazie polimerów reaktywnych. Wi X zanie takich klejów odbywa si [

reaktywnych:

a. reakcja anaerobowa

b. na Y wietlanie promieniami uv (tak ] e jako wtórny system utwardzania)

c. reakcja anionowa (cyjanokrylany)

d. system aktywacyjny (akrylany modyfikowane)

e. utwardzanie wilgoci X (silikony, uretany)

a) KLEJE UTWARDZANE ANAEROBOWO

pozostaje w kontakcie z tlenem atmosferycznym. Kiedy klej zostanie pozbawiony dopływu tlenu, np.

przy monta ] u cz [Y ci, wówczas utwardzanie nast [ puje bardzo szybko, szczególnie przy równoczesnym

kontakcie z metalem. Proces utwardzania mo ] na wyobrazi Z sobie w sposób nast [ puj X cy: kiedy

powstaj X wolne rodniki, które zapocz X tkowuj X proces polimeryzacji.

Płynny klej jest w stanie całkowicie wypełni Z poł X czenie i wnikn XDZ w najdrobniejsze nawet

szczeliny dzi [ ki swej kapilarno Y ci. Nast [ pnie utwardzony klej "zakleszcza si [ " w mikronierówno Y ciach

klejonych cz [Y ci. Proces utwardzania jest tak ] e stymulowany przez kontakt kleju z powierzchniami

metalowymi, które działaj X jak katalizator. Materiały pasywne maj X słabe (lub ] adne) wła Y ciwo Y ci

katalizuj X ce, wymagaj X wi [ c - dla szybkiego i pełnego utwardzenia - zastosowania aktywatorów. W tych

przypadkach, jeszcze przed naniesieniem kleju, trzeba pokry Z aktywatorem jedn X lub obie klejone

powierzchnie. Nie ma tu konieczno Y ci mieszania składników ani ] adnych ogranicze \ zwi X zanych z

czasem przydatno Y ci takiej mieszaniny.

Techniki ł X czenia tworzyw sztucznych – klejenie

S T N T M N K UV Q R

Instytut In W ynierii Materiałowej – Zakład Tworzyw Polimerowych

poprzez polimeryzacyjne reakcje chemiczne. Obecnie produkuje si [ wiele klejów o specjalnych

mechanizmach utwardzania, przeznaczonych dla ró ] nych zastosowa \ . Sposoby utwardzania klejów

Kleje anaerobowe to jednoskładnikowe materiały, które utwardzaj X si [ w temperaturze

pokojowej przy wyeliminowaniu kontaktu z tlenem. Składnik utwardzaj X cy nie aktywizuje si [ , dopóki

zostanie wył X czony dopływ tlenu atmosferycznego, pod wpływem działania jonów metalu (Cu, Fe)

i j d j c d a kl g h

Instytut In m ynierii Materiałowej – Zakład Tworzyw Polimerowych

W stanie płynnym klej zachowuje stabilno o+p dzi q ki stałemu

kontaktu z tlenem nadtlenki w reakcji z jonami metalu,

zamieniaj n si q w wolne rodniki.

Nast q pnie wolne rodniki inicjuj n formowanie si q ła r cuchów

Posta p utwardzona przedstawia zwart n struktur q z wi n zaniami

Rys. 13. Proces zastygania kleju utwardzanego anaerobowo.

Kleje utwardzane poprzez reakcj q anaerobow n posiadaj n na ogół nast q puj n ce cechy:

- szybkie utwardzanie

- poniewa s s n jednoskładnikowe, łatwo je dozowa p dozownikami automatycznymi

do 40 µ m (Rz)

- równoczesne działanie uszczelniaj n ce przy doskonałej odporno o ci chemicznej

- dobra odporno o+p na obci nDs enia dynamiczne

Wpływ materiałów pasywnych i aktywnych na utwardzanie anaerobowe

Techniki ł n czenia tworzyw sztucznych – klejenie

dopływowi tlenu

Kiedy zostanie zamkni q ty w szczelinie zł n cza i pozbawiony

polimeryzacyjnych .

poprzecznymi ła r cuchów.

- bardzo wysoka wytrzymało oFp na o cinanie

- dobra odporno o+p na temperatur q (od -55°C do maks. +230°C)

- nie jest tu konieczna precyzyjna obróbka cz qo ci; dopuszczalna chropowato o+p powierzchni wynosi 8

- dobra odporno o+p na wibracje

€ z € y z w ‚ } ~

Instytut In ƒ ynierii Materiałowej – Zakład Tworzyw Polimerowych

Materiały aktywne

Szybkie utwardzanie

Materiały pasywne

Wolne utwardzanie*)

Mosi „ dz

Powłoki anodowe

Aluminium (z nisk „ zawarto ‡ ci „ Cu)

elazo

Stal

chromowane

Szkło

Stal

wysokostopowa

Nikiel

Warstwy

tlenkowe

Tworzywa

sztuczne

Srebro

Stal

nierdzewna

Cyna

Cynk

*) aktywator przyspiesza proces utwardzania

Czas utwardzania tych klejów zale ‰ y od nat Š ‰ enia i długo ‡ ci fal ‡ wiatła UV. Dlatego prawidłowa

polimeryzacja wymaga zawsze doboru … ródła promieniowania UV do danego produktu. Promieniowanie

polimeryzacj Š .

Procesy utwardzania UV dzieli si Š na trzy rodzaje:

- utwardzanie wskro ‡ ne przez promieniowanie UV

- utwardzanie powierzchniowe przez promieniowanie UV

- wtórne systemy utwardzania

Techniki ł „ czenia tworzyw sztucznych – klejenie

Br „ z

Mied …

Ceramika

Warstwy

b) KLEJE UTWARDZANE ˆ WIATŁEM UV

UV powoduje rozszczepianie fotoinicjatorów. Z kolei tak powstałe wolne rodniki rozpoczynaj „

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: