Клеевое соединение

Клей  наносят равномерно на обе склеиваемые  поверхности. Нанесение клея только на одну сторону клеевого шва не обеспечивает равномерного смачивания другой стороны, что приводит к непроклеенным пятнам и снижению прочности всего изделия. Так же не рекомендуется и через чур, обильное нанесение клея. Это приводит к его выдавливанию при запрессовке и затрате времени на его удаление. После нанесения клея, склеиваемые изделия выдерживают некоторое время, определенное изготовителем клея. За это время из клея испаряется излишняя влага, а концентрация клеящего вещества нарастает. Особенно выдержка необходима для жидких клеев или при высокой температуре клея и воздуха помещения. Поспешная склейка приведет к чрезмерному выдавливанию клея и образованию «голодной» склейки. И наоборот, в холодном помещении или густом клее время выдержки должно быть уменьшено, вплоть до немедленной склейки. В холодном помещении рекомендуется прогреть склеиваемые детали, но не более чем до 45°С, т.к на перегретой древесине клей может быстро высохнуть, образуя сухие пятна. По той же причине в помещении не допускаются сквозняки и запыленность.

После нанесения клея детали соединяют, плотно прижимают друг к другу и стягивают  струбцинами, тисками или кладут под пресс. Самая примитивная  струбцина получается из двух досок  с просверленными отверстиями и  вставленными в них болтами. Для  костных клеев рекомендуется  поддерживать давление от 0,1 до 0,4 МПа, при склеивании мездровым клеем  давление может быть от 0,1 до 1,2 МПа. Величина давления во многом зависит  от густоты клея. Давление более 1,2 МПа не рекомендуется, так как ведет к усадке древесины и требует сложного оборудования.

После склеивания досок на боковых поверхностях элементов образуются провесы, которые  удаляют фрезерованием. Предел прочности  клеевых швов на растяжение невелик, он примерно соответствует прочности  древесины растяжению поперек волокон. Необходимо тщательно соблюдать  технологию склеивания. В этом случае адгезия (сцепление клея с древесиной) будет достаточна и возможные разрушения будут проходить не по клею, а по древесине.

Характеристика и области применение соединений деревянных элементов

»

Способ соединения	Характеристики соединений	Области применения
Клеи  водостойкие и средневодостойкие.	Соединение, не дающее ослаблений в  соединяемых элементах и обеспечивающие монолитность их работы. Отсутствует  податливость соединения. Требуются сухие (до 15% влажности) и тонкие (до 50 мм) строганные доски или бруски. Требуется особо тщательное изготовление клееных  конструкций и изделий в отапливаемых помещениях при квалифицированном  техническом надзоре.	Индустриальные сборные и сборно-разборные  конструкции заводского изготовления: балки, стойки, фермы, арки, рамы, щиты покрытий и перекрытий и т.п. Для конструкций, не защищенных от увлажнения, применяют водостойкие клеи, а  для защищенных — может быть применен средневодостойкий клей. Клеи  не водостойкие для изготовления несущих деревянных конструкций  не допускаются.
Клеестальные  шайбы.	Дорогостоящее и металлоемкое соединение, требующее  специального заводского оборудования и особо тщательного контроля в процессе изготовления. Обладает большой  грузоподъемностью. Дает малые деформации.	В узлах  и стыках сборных и сборно-разборных  конструкций заводского изготовления.

"Факторы, влияющие  на прочность клеевых соединений"

В технологии вопрос о прочности клеевых соединений, как правило, рассматривается на феноменологическом уровне. При таком  подходе целесообразно выделить ряд наиболее существенных факторов, на которые технолог может влиять непосредственно, например, изменяя состав клея, технологические параметры склеивания, конструктивные параметры клеевого соединения.

Прочность клеевого крепления зависит от конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов.

Конструктивные факторы: конструкция клеевых швов (геометрические размеры и характер соединения), структура и свойства материалов адгезива и субстрата.

Технологические факторы:

   характер  поверхностей склеиваемых материалов;

   концентрация, вязкость, время и вид сушки  клея;

   количество  остаточного растворителя;

   температура и время активации клеевых  пленок;

   время и давление прессования;

   время выстоя после прессования и др. 

 

Эксплуатационные факторы:

   характер  статических и динамических деформаций клеевых соединений при эксплуатации изделий из кожи;

   температурные и атмосферные воздействия;

   действие  воды и агрессивных сред, длительность эксплуатации и др. 

3.1 Конструктивные  факторы

Конструкция однотипных клеевых соединений влияет на их прочность, поскольку при прочих равных условиях от нее зависит концентрация напряжений (рисунок 4.1)

Существенное  влияние на прочность клеевых  соединений оказывает толщина слоя адгезива (рисунок 4.2). Достаточно общей закономерностью является снижение прочности по гиперболическому закону с увеличением толщины слоя адгезива. Исключение составляет лишь испытание на расслаивание, при котором с увеличением толщины в диапазоне малых толщин (иногда до 50—70 мкм) прочность сначала возрастает, а затем, пройдя максимум, начинает снижаться по общей закономерности.

Повышение прочности с увеличением  толщины слоя адгезива в области малых толщин можно объяснить спецификой испытания, при котором с увеличением толщины существенно повышается деформационная и релаксационная способность адгезива, что и оказывает упрочняющий эффект. С некоторых значений толщины, когда адгезив в направлении перпендикулярном плоскости склеивания уже обладает достаточной деформационной способностью, этот фактор перестает доминировать.

Снижение  прочности с увеличением толщины  слоя адгезива можно объяснять с позиций статистической теории прочности как проявление своего рода масштабного эффекта.  

 

 

 

Рисунок 4.1-  Влияние конструкции клеевых соединений на коэффициент концентрации напряжений (номера вариантов соединений на схеме (а) соответствуют номерам кривых на графике (б) 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.2-  Влияние толщины слоя адгезива В в клеевом соединении на его прочность Р:

1 — для всех испытаний, кроме расслаивания; 2 — для испытания на расслаивание

При склеивании пористых материалов, каковыми в основном являются обувные материалы, поры заполняются  сначала клеящим веществом, а  затем на поверхности материала  образуется клеевая пленка. Поэтому, если толщина пленки меньше оптимальной (поверхностные пленки не сплошные), происходит так называемая "голодная" склейка, прочность которой мала.  Когда же образуются сплошные поверхностные пленки, тогда и наступает оптимальное состояние. Оптимальная толщина клеевых пленок для обувных материалов колеблется в пределах 0,15-0,3 мм. Дальнейшее увеличение толщины клеевых пленок снижает прочность склеивания.

3.2 Технологические  факторы

3.2.1 Характер поверхности  склеиваемого материала

Главная цель подготовки поверхности к склеиванию—ее тщательная очистка от загрязняющих веществ субстрата и обеспечение максимального смачивания клеем поверхности материалов.

Различают физико-механическую обработку, химическую модификацию поверхности, ионизирующее облучение поверхности полимерных материалов.

Механическая обработка поверхности обувных материалов обеспечивает очистку поверхности от загрязнений и способствует увеличению площади контакта между клеем и материалом (в итоге реализуется более полное межмолекулярное взаимодействие между адгезивом и субстратом). В результате механического воздействия возможна механодеструкция полимеров (разрыв молекулярных цепей и образование свободных радикалов), что также способствует более сильному взаимодействию клея с материалом. Если же  взъерошенный  субстрат склеивают после некоторой выдержки (в течение суток и более), прочность клеевого соединения будет ниже, чем прочность такого же клеевого соединения, полученного при склеивании без выдержки. Это объясняется тем, что свободные радикалы во время выдержки вступают во взаимодействие с кислородом воздуха, в результате чего молекулярное взаимодействие адгезива с субстратом снижается. Следовательно, намазку клея нужно производить сразу после взъерошивания и удаления пыли.

При механической обработке кожи для верха обуви (взъерошивание затяжной кромки) должно быть удалено отделочное полимерное покрытие, чтобы обеспечить взаимодействие клея с дермой кожи. Взъерошивание затяжной кромки верха обуви целесообразно проводить на расстоянии 0,5—1 мм от грани следа обуви. Это обеспечивает необходимую водостойкость клеевого соединения и исключает повреждение материалов в местах соприкосновения подошвы с верхом обуви.

Склеивание  без предварительной механической обработки затяжной кромки возможно только тогда, когда адгезия отделочного полимерного покрытия к коже соизмерима с прочностью клеевого шва (не ниже его прочности). Например, высокая адгезионная прочность достигается при отделке кожи полиуретановым покрытием.

Кожи для  низа обуви (кожаные подошвы) следует  взъерошивать до получения коротких волокон. При рыхлой структуре кож  низкого качества, обладающих характерной  ворсистой поверхностью, клей вступает в контакт лишь с поверхностными волокнами, склеиваются заготовка верха и ворс, неплотные длинные волокна кожи не выдерживают постоянного сильного натяжения во время ходьбы, что приводит к разрыву по волокнам кожи при низких показателях прочности крепления подошв. Рыхлые слои кожи, в частности мездра, должны быть полностью удалены, клей надо наносить на дерму.

Механическая  обработка поверхности необходима перед склеиванием подошв из полимерных материалов — резины, поливинилхлорида, полиуретана. Поверхность полимерных подошвенных материалов загрязнена посторонними веществами, осаждающимися из воздуха. Но и сами полимеры являются источником загрязнений поверхности. Различные примеси (мягчители, парафин, воск, стабилизаторы, пластификаторы, эмульгаторы) из объема материала постепенно мигрируют на поверхность и концентрируются там. Поверхностная концентрация некоторых примесей превышает объемную в десятки и сотни раз. Концентрируясь на поверхности, эти вещества создают ослабленную зону, механические свойства ее оказываются низкими, что резко ухудшает адгезионную прочность. Поэтому удаление посредством взъерошивания подобных «слабых граничных слоев» — эффективный способ повышения прочности склеивания.

В результате механического взъерошивания поверхности резиновых подошв происходит разрыв молекулярных цепей с образованием свободных радикалов. Такие радикалы обладают повышенной химической активностью и способствуют более сильному взаимодействию с адгезивом.

В настоящее  время широко применяют синтетические  кожи для верха обуви, подготовка поверхности которых к склеиванию имеет специфику. Для подготовки поверхности синтетических кож их взъерошивают и удаляют отделочное покрытие. Для обеспечения чистоты поверхности синтетических кож, не подвергающихся механической обработке, ее можно обезжирить органическими растворителями. Синтетические кожи без армирующей ткани не взъерошивают, чтобы не ослабить полимерные материалы, но чистят поверхность этилацетатом или ацетоном. Исключение составляют корфам и барекс, затяжная кромка которых должна быть взъерошена.

Химическая модификация поверхности склеиваемых материалов значительно повышает прочность склеивания. Известны различные способы химической модификации поверхности материалов. При обработке окислителями (серной кислотой) поверхности резин на основе слабополярных каучуков и галогенировании термоэластопластов на обработанной поверхности появляются реакционноспособные группы, которые взаимодействуют с функциональными группами клея, что в конечном итоге существенно  повышает   прочность   склеивания.

Широкое применение получили подошвы на основе дивинилстирольных термоэластопластов (ТЭП). Вследствие термопластичной природы формованные подошвы на основе ТЭП нельзя подвергать механической обработке, так как возможно образование «наплывов» и изменение формы подошв.

Поверхность формованных подошв из ТЭП необходимо обработать галогенирующим составом (операция галогенирование): 3 %-м раствором дихлорамина в ацетоне или этилацетате с последующей сушкой в течение 10 минут. Эффективность галогенирования поверхности ТЭП подтверждается следующими данными: прочность склеивания до и после галогенирования соответственно составляет 7 и 131 Н/см. Можно также галогенировать подошвы из кожволона и стиронипа. После галогенирования подошвы приклеивают к верху обуви по обычной технологии полиуретановыми клеями.

Существенным  недостатком галогенирования является ухудшение условий труда в  цехе из-за загрязнения рабочего места галогенирующими составами с последующим выбросом органических растворителей в атмосферу.

Современная технология позволяет осуществить  подготовку поверхности формованных из ТЭП подошв воздействиемионизирующего облучения. Этот процесс можно легко автоматизировать, новая технология обеспечивает социальный и экономический эффект.

Все рассмотренные  способы подготовки поверхности  к склеиванию требуют нанесения  клея на подготовленную поверхность  непосредственно после механической или химической обработки. 

3.2.2   Реологические свойства клея. Нанесение клея на склеиваемые поверхности

Важным  технологическим процессом, влияющим на прочность склеивания, является нанесение клея на поверхности деталей. Основными параметрами процесса нанесения клеев являются вязкость и концентрация клея, толщина клеевой пленки.

Вязкость влияет на смачиваемость клеем поверхности материалов и растекание его по поверхности. Характер микрореологических процессов на границе раздела адгезив — субстрат во многом определяется вязкостью клея. В процессе растекания клея по поверхности материала происходит ориентация макромолекул адгезива по поверхности субстрата, определяющая степень контакта клея с материалом и характер межфазных взаимодействий на границе раздела. Повышенная вязкость клея препятствует его прониканию в структуру материала, заполнению пор и углублений, снижает площадь контакта между клеем и материалом. Низкая вязкость клея может привести к образованию тонкого клеевого слоя, так как прониканию низковязкого клея препятствует воздух, находящийся в порах и углублениях материала, в результате клей будет стекать с поверхности деталей, не образуя сплошной клеевой пленки.