Клеи

Клеи, природные или синтетические вещества, применяемые для соединения различных материалов за счёт образования адгезионной связи клеевой плёнки с поверхностями склеиваемых материалов. Прочность клеевого соединения зависит от адгезии К. к склеиваемым поверхностям, когезии клеевой плёнки и свойств склеиваемых материалов. При склеивании необходимо обеспечить хорошее смачивание клеем соединяемых поверхностей, их плотное прилегание друг к другу и максимальную поверхность склеивания. Это достигается специальной обработкой соединяемых поверхностей (механической очисткой, обезжириванием, шероховкой и т.п.) и конструированием склеиваемых деталей с учётом получения большей поверхности склеивания и работы клеевого шва при благоприятном распределении нагрузок, т. е. на сдвиг или равномерный отрыв, а не на изгиб или отслаивание. Обычно адгезия клея к склеиваемой поверхности превышает когезию внутри клеевой плёнки, поэтому желательно получить клеевой шов минимальной толщины. Склеивание происходит в результате отвердения клеевой плёнки вследствие испарения растворителя из клея-раствора, охлаждения ниже температуры текучести клея-расплава или за счёт химических превращений компонентов клея.

По физическому состоянию К. представляют собой жидкости различной вязкости (жидкие мономеры, растворы, суспензии и эмульсии), плёнки, порошки или прутки, расплавляемые перед употреблением или наносимые на горячие поверхности.

По природе основного компонента различают неорганические, органические или элементоорганические К. К неорганическим К. относятся жидкие стекла (водные растворы силиката натрия и калия) и клеи-фритты (водные суспензии композиций, содержащих окислы щелочных и щелочноземельных металлов). Жидкие стекла применяют для склеивания целлюлозных материалов, клеи-фритты — для склеивания металлов и керамики.

К органическим К. относятся композиции на основе природных и синтетических полимеров. В производстве К. на основе природных полимеров используют: вещества животного происхождения — продукты переработки мездры, костей и чешуи (коллаген), крови (альбумин) и молока (казеин); растительного происхождения — камеди, смолы, крахмал, декстрин, натуральный каучук, гуттаперчу, зеин и соевый казеин. К. на основе природных полимеров применяют для склеивания древесины, бумаги, кожи, текст, материалов и т.д. Эти К. обладают невысокой устойчивостью к действию микроорганизмов и воды. В крупнотоннажном производстве они в значит, мере вытесняются синтетическими К. Для изготовления синтетических К. используют большинство синтетических полимеров, производимых в промышленном масштабе. Эти К. обеспечивают высокую прочность склеивания различных материалов, обладают устойчивостью к факторам внешнего воздействия и находят широкое применение при склеивании металлов, стекла, керамики, пластмасс, древесины, текстильных, целлюлозных и др. материалов (см. Карбамидный клей, Полиакриловые клеи, Полиуретановые клеи, Резиновые клеи, Феноло-альдегидные клеи, Эпоксидные клеи).

Элементоорганические К. изготовляют на основе кремнийорганических, борорганических, металлоорганических и других полимеров. К. этой группы обладают очень высокой термостойкостью и термостабильностью (обеспечивают высокую прочность соединения различных материалов при кратковременном нагреве до температуры порядка 1000 °С и выше и выдерживают длительное нагревание при 400—600 °С). Элементоорганические К. используют для склеивания металлов, графита, термостойких пластмасс и др. Наиболее широкое применение нашли кремнийорганические клеи.

В таблице приведены свойства и технологические характеристики типичных клеевых композиций на основе природных и синтетических термореактивных и термопластичных полимеров (см. Реактопласты и Термопласты). Клеевые соединения, полученные с использованием синтетических К., обладают хорошей устойчивостью к длительному воздействию бензина, минеральных масел и алифатических растворителей. К. на основе термореактивных синтетических полимеров, кроме того, устойчивы к воздействию ароматических растворителей. Водостойкость клеевых соединений этого типа также достаточно высока, за исключением соединений на основе мочевиноформальдегидных, карбинольных и поливинилацетатных К.

Режим склеивания и свойства клеевых соединений при использовании синтетических и природных клеев

 

 

Условия склеивания

Свойства клеевых соединений

Тип клея

Склеиваемые материалы

темп-ра, °С

время, ч

избыточное давление, Мн/м2

(кгс/см2)

прочность при сдвиге при 20°С для металлов, Мн/м2 (кгс/cм2)

теплостойкость, °С

Синтетические термореактивные клеи

Феноло-формальдегидный

Древесина, фенопласты, графит

20

50—60

4—6

0,5—1,5

0,2—0,4

(2—4)

10—15

(100—150)

75—100

Фенольно-каучуковый

Металлы, термореактивные пластики, силикатные стекла

150—200

1—2

0,8—2

(8—20)

15—25

(150—250)

200—300

Фенольно-поливинилацетатный

Металлы, пластмассы, керамика и др.

140—200

0,5—1,0

0,8—2

(8—20)

15—30

(150—300)

200—250

Эпоксидный

Металлы, неметаллические материалы

20

120—200

24

0,5—0,7

0,03—0,3

(0,3—3,0)

10—30

(100—300)

60—125

Полиэфирный (на основе ненасыщенного полиэфира со стиролом)

Металлы, неметаллические материалы

20

80

24

0,5

контактное

7,5—12,5

(75—125)

60—125

Полиуретановый

Металлы, неметаллические материалы

20

100

24

4

0,05—0,5

(0,5—5)

10—20

(100—200)

75—125

Резиновый (на основе полихлоропрена)

Резины, неметаллические материалы, металлы, стекло

12

24

0,02

(0,2)

1,3а

(13)

50—60

Карбамидный (мочевиноформальдегидный)

Древесина

20

4-6

0,1—0,5 (1,0—5,0)

10—13б (100-130)

75—125

Кремнийорганический

Металлы, неметаллические материалы

150—250

1—3

0,3—0,8

(3—8)

10—17,5

(100-175)

350—1200

Синтетические термопластичные клеи

Карбинольный

Металлы, керамика, пластмассы

20

24

0,15

(1,5)

10—15

(100—150)

50—60

Полиакриловый

Неметаллические материалы, металлы

20

80

24

4—6

0,01—0,3

(0,1—3)

15—25

(150—250)

60—100

Полиамидный

Неметаллические материалы, металлы

150

 

0,1—0,5

(1,0—5,0)

15—25

(150—250)

50—60

Поливинилацетатный

Бумага, кожи, ткани, пластические массы

20

1 0,5—1

контактное

5—12в

(50—120)

60

Перхлорвиниловый

Пластифицированный и непластифицированный поливинилхлорид, ткани, пластмассы

20

6—24

0,01—0,3

(0,1—3,0)

4—8г

(40—80)

60

Полибензимидазольный

Металлы, стеклопластики

150—350

3—5

1,5—4,0

(15—40)

15—30

(150—300)

350—540

Полиимидный

Металлы, стеклопластики

180—315

1,5—8,0

0,14—0,3

(1,4—3)

15—30

(150—300)

300—375

Природные клеи

Казеиновый

Древесина, бумага, кожа, ткани

20

60

48

12

0,3—1,5

(3—15)

6—8б

(60—80)

50

Глютиновый (столярный)

Древесина

20

48

0,3—1

(3—10)

5—8б

(50—80)

50

а Прочность на отрыв резины к металлу. бИспытания на образцах древесины сосны. вИспытания на образцах этрола. гИспытания на образцах непластифицированного поливинилхлорида.

По функциональному назначению К. подразделяются на конструкционные, неконструкционные и специальные. К конструкционным К. относят композиции, обеспечивающие передачу динамических и статических нагрузок от одной части детали или изделия к другой, сопряжённой с ней посредством клеевой плёнки. Основные требования, предъявляемые к К. этой группы: достаточно высокая прочность при различных видах нагружения в интервале температур эксплуатации изделия, отсутствие ползучести под действием длительной нагрузки и т.п. Неконструкционные К. — композиции, применяемые для приклеивания декоративных, облицовочных или изоляционных материалов и покрытий, контровки резьбовых соединений, крепления мелких ненагруженных деталей (датчиков различного назначения, токопроводящих элементов электронных приборов и т.п.). К специальным К. относят композиции, обладающие дополнительными функционально важными свойствами, например токопроводящие К., оптические К., медицинские К. и т.п.

Основное достоинство К. — простота технологии и малая трудоёмкость их применения. Клеевые соединения обладают высокой прочностью, вибростойкостью, герметичностью и другими ценными показателями, что обусловливает всё возрастающие масштабы применения К. в различных областях народного хозяйства и быту. Широкий ассортимент современных К. позволяет решать самые разнообразные задачи — от создания железобетонных мостов со склеенными конструкциями до производства миниатюрных электронных приборов, от изготовления клеёной одежды и обуви до наложения клеевых швов при операциях на внутренних органах человека, от склеенных игрушек до винтов современных вертолётов и деталей космических кораблей.

Лит.: Кардашов Д. А., Синтетические клеи, 2 изд., М., 1968: Берлин А. А., Басин В. Е., Основы адгезии полимеров, М., 1969; Хрулев В. М., Синтетические клеи и мастики, М., 1970; Handbook ot adhesives, ed. by 1. Skeist, N. Y. — L., 1962.

А. Б. Давыдов.