Что ограничивает применение клеевых соединений

Преимущества и недостатки клеевых соединений

Использование синтетических клеев и мастик в строительстве, в деревообрабатывающей промышленности, а также при ремонте строительных машин дает значительный экономический эффект. Не требуя значительного увеличения сечения в месте соединения, склеивание способствует не только экономному расходованию материалов, но снижает вес и уменьшает габариты изделий. Метод склеивания позволяет получать конструкции и детали сложной формы с меньшими затратами труда и времени, чем при других способах. При этом расходы на клей и технологическое оборудование для склеивания по сравнению с обычными материалами и сборочными приспособлениями (сварочными аппаратами, припоями, болтами) также значительно сокращаются. Э кономия достигается, кроме того, за счет сокращения расхода энергии, так как вместо подвода ее извне используется энергия химических реакций, например при холодном способе отверждения клеев. Все это снижает стоимость производства, особенно при поточном серийном выпуске продукции. Соединение деталей склеиванием позволяет механизировать и автоматизировать процессы сборки, например балок, оконных блоков, трехслойных конструкций, стеновых и кровельных панелей, щитовых дверей, передвижных перегородок и т. п., что, в свою очередь, повышает производительность труда. При этом может быть сэкономлено до 50% времени по сравнению с существовавшей ранее технологией изготовления этих изделий (при помощи заклепок, болтов, гвоздей, шипов и т. п.).

Себестоимость ремонта строительных машин снижается на 30-40%, так как при склеивании сверление, нарезка, сварка, стопорение, а также количество крепежных деталей сведены к минимуму. Экономия иногда достигается и за счет расширения допусков на изготовление сопрягаемых деталей, снижения требований к чистоте механической обработки их поверхности и т. п.

Успешно внедряют новые методы ремонта цилиндровых блоков, радиаторов, топливных баков при помощи синтетических клеев. Специальные клеи используют для ремонта устройств энергоснабжения и электродвигателей строительных машин, для монтажа и ремонта санитарно-технических систем, для крепления деталей, отличающихся высокой износостойкостью, для посадки подшипников, шпилек, втулок и т. п.

Синтетические клеи и мастики используют в транспортном, промышленном, гидротехническом и жилищном строительстве. Склеиванием присоединяют резиновые амортизирующие прокладки к бетонным и каменным опорам, соединяют бетонные и стальные элементы в комбинированные сталежелезобетонные конструкции, изготовляют высокоэффективные клееные деревянные балки, фермы, сваи, стойки, шпалы, брусья, пролетные строения малых мостов и т. п. При сооружении затворов плотин и оросительных каналов также используют различные клеи. Исключительно важную роль играют клеи и мастики при отделке зданий современными декоративно-отделочными материалами. Они обеспечивают стойкость покрытий к ударам, изменениям температуры, действию моющих средств, а в производственных условиях и к действию агрессивных сред.

В настоящее время определились два основных направления в использовании синтетических клеев и мастик в строительстве. Первое охватывает области конструкционного применения, включая не только изготовление собственно конструкций (деревянных, пластмассовых, металлических и др.), сборку водопроводных и вентиляционных систем в зданиях, топливоподающих, охлаждающих и других систем в строительных машинах, но и ремонт узлов и деталей приводных механизмов, электродвигателей, аппаратуры управления и двигателей внутреннего сгорания строительных машин. Второе направление включает использование клеев и мастик для крепления отделочных, футеровочных, антикоррозионных, тепло- и звукоизоляционных материалов к строительным конструкциям и технологическому оборудованию.

Однако синтетические клеи имеют недостатки, которые влияют на оценку надежности клееных изделий и конструкций и не позволяют применять их для многих конструкций.

Так, соединения на синтетических клеях обладают низкой прочностью при неравномерном отрывающем усилии, что ограничивает применение их в силовых узлах.

Технология склеивания требует большой точности в выполнении операций, поэтому необходим поэтапный или пооперационный контроль качества исходных материалов, параметров режима и т. п. Проверка готовых изделий не всегда позволяет выявить дефекты склеивания. Кроме того, в большинстве случаев качество готовых изделий часто нельзя проверить без их разрушения. Поэтому практическая оценка каждого нового вида клея обычно производится при помощи контрольных (ускоренных) испытаний, включающих жесткий режим термовлажной обработки образцов (выдерживание в холодной или горячей воде, замораживание, кипячение, высушивание), а затем сопоставление результатов испытаний с аналогичными данными ранее апробированных клеев, характеристики долговечности которых известны.

Для получения удовлетворительной прочности многие конструкционные клеи необходимо отверждать горячим способом, что не всегда возможно, например при крупных габаритах конструкций.

Существенным недостатком синтетических клеев, и особенно мастик, является склонность их к старению, которое тем интенсивнее, чем более высокая температура действует на клеевое соединение. Некоторые клеи и мастики токсичны.

Из-за этого применение таких эффективных клеев, как, например, полиуретановые, ограничено. Многие клеи хрупки при низких температурах или имеют ограниченную теплостойкость.

Появление новых синтетических полимеров, обладающих улучшенными характеристиками, несколько затрудняет систематизацию клеев и разработку общих правил обращения с ними. Для работы с клеями и мастиками необходимо приобрести определенные навыки и знания, которые нужны для освоения физических, химических и технологических основ процессов склеивания.

Практическая ценность клеев определяется совокупностью таких данных, как прочность, долговечность, стойкость к температурным, химическим и влажностным воздействиям, простота технологии. Выбор клея производится только после всестороннего анализа всех этих данных.

Источник

Достоинства и недостатки клеевых соединений

Клеевые соединения широко применяются в машиностроении и строительстве. Преимущества способа склеивания, по сравнению с другими методами образования неразъемных соединений, следующие:

1. Соединение разнородных материалов, отличающихся по физико-механическим свойствам.

2. Возможность склеивания тонкостенных деталей.

3. Равномерное распределение напряжений при склеивании. Отсутствие больших остаточных напряжений, как при сварке, и концентраторов напряжений (отверстий под крепежные элементы). Многие клеи обладают эластичностью, что позволяет поглощать и перераспределять внутренние напряжения.

4. Быстрый и экономичный способ сборки.

5. Широкая номенклатура клеевых материалов позволяет применять их во многих технологических процессах.

6. Высокая прочность клеевых соединений.

7. Низкая себестоимость и простота технологии; отсутствие необходимости в использовании дополнительного оборудования.

8. Возможность снижения металлоемкости и массы конструкции за счет применения клея вместо крепежных элементов.

9. Возможность соединения материалов, чувствительных к нагреву или разрушающихся при сварке или пайке.

10. Хорошие герметизирующие, звуко-, тепло- и электроизоляционные свойства.

11. Стойкость клеев к влаге и химическим реагентам.

12. Универсальность многих клеев позволяет использовать ограниченную номенклатуру клеящих материалов в производстве.

13. Уменьшение электролитической коррозии при склеивании разных металлов.

Клеевые соединения имеют также некоторые ограничения в применении и недостатки:

1. Необходимость подготовки (очистки) поверхностей перед склеиванием.

2. Длительное время отверждения некоторых клеев приводит к необходимости применения приспособлений для поддержания нагрузки при склеивании.

3. Невозможность получения номинальной прочности соединения сразу же после проведения работ, как это происходит при сварке (необходимость высыхания или отверждения клея).

4. Низкая теплостойкость клеевых соединений.

5. Низкая стойкость некоторых клеев к ударным нагрузкам.

6. Трудность контроля качества неразъемных клеевых соединений.

7. Невозможность демонтажа клеевых соединений.

8. Токсичность и пожароопасность большинства клеевых материалов.

9. Термопластичные клеи имеют склонность к ползучести.

10. Термореактивные клеи имеют низкую прочность на отдир.

11. Невозможно точно определить долговечность клеевого соединения в реальных эксплуатационных условиях.

12. Прочность клеевых соединений ниже, по сравнению со сварными.

Склеивание материалов, благодаря своим особенностям, находит все более широкое применение в химической, автомобильной, авиационной, судостроительной и других отраслях.

Источник

Преимущества и недостатки клеевых соединений

Склеивание различных материалов синтетическими полимерными клеями значительно расширяет возможности применения пластмасс. Синтетические клеи – это своеобразные расплавы или растворы полимерных композиций, и поэтому склеивание по праву относится к технологии переработки пластмасс. С другой стороны, склеивание – это прогрессивный метод соединения различных деталей из металлов и неметаллических материалов, применяющийся во всех отраслях народного хозяйства и обеспечивающий прогресс этих отраслей (например, создание многослойных материалов, сотовых конструкций, труб, пространственных инженерных сооружений и др.). Основное преимущество склеивания заключается и том, что оно не ухудшает механических свойств соединяемых элементов, их внешнего вида. С высокой прочностью и надежностью можно склеивать изделия большой площади, и большое число малых элементов.

Все возрастающий спрос на полимерные клеи объясняется рядом преимуществ клеевых соединений по сравнению с механическими, сварными, паяными и др. Применение клеев повышает надежность конструкций, снижает их массу, обеспечивает герметичность швов. Производство и потребление клеев из года в год увеличивается в связи с возникновением новых областей их применения. В дальнейшем предусматривается постоянное увеличение выпуска клеев и широкое применение их в машиностроении, строительстве, в быту и т. д. Будет создан большой ассортимент клеев с заданными свойствами, отвечающих требованиям современной техники.

Накопленный опыт доказывает возможность эксплуатации клеевых соединений в различных условиях. Например, в автомобильной промышленности клеи применяют вместо заклепок, для приклеивания фрикционных накладок к тормозным колодкам. Клеевое соединение выдерживает повышенные температуры (до 250 °C), воздействие воды, бензина и масел, что позволяет увеличить срок эксплуатации фрикционных накладок на 50–60 %. При сборке автомобилей для крепления резьбовых соединений широко применяют специальные анаэробные клеи. Стекла для автомобилей изготовляют путем склеивания двух силикатных стекол поливинилбутиральной клеевой пленкой. Таким образом получают так называемые триплексные стекла. В случае аварии такое стекло растрескивается, но не разлетается на осколки.

Развитие авиации и космической техники невозможно представить без применения синтетических клеев. Клееные сотовые и слоистые конструкции получили применение в самолетостроении и в ракетно-космических системах. К применяемым клеям предъявляют высокие требования, так как они должны обеспечить достаточную прочность при температурах от –185 до +260 °C. Самолет состоит более чем наполовину из клееных конструкций; это позволяет уменьшить его массу за счет исключения большого числа крепежных элементов. Наилучшими для этой области техники оказались модифицированные эпоксидные и кремнийорганические клеи.

Применение склеивания в машиностроении и приборостроении позволяет в ряде случаев повысить производительность труда, сэкономить дорогостоящие материалы и добиться повышения надежности изделий. При изготовлении инструментов из твердых сплавов или синтетических сверхтвердых материалов применение склеивания модифицированными эпоксидными и фенольными клеями вместо пайки и сварки на 30–40 % снижает расход твердых сплавов и на 50–60 % – расход быстрорежущих сталей. Кроме того, склеивание повышает стойкость инструмента в 1,5–4 раза и улучшает качество обработанной поверхности.

Для заделки дефектов металлического литья, ремонта различных машин и оборудования применяют эпоксидные клеевые композиции холодного и горящего отверждения. В производстве приборов для крепления узлов и деталей применяют клеи типа БФ или Циакрин. Токопроводящие клеи могут быть использованы вместо пайки и сварки для соединения элементов электрических цепей.

Некоторым областям техники требуются клеевые материалы, способные отверждаться в неблагоприятных погодных условиях, например, в дождь, под водой. Они нужны для ремонта металлических, деревянных и пластмассовых изделий в полевых условиях или находящихся в плавании судов. Для этого выпускаются специальные эпоксидные клеи холодного отверждения. Применение этих клеев для ремонта конструкций корпусов судов, настилов палуб, надстроек и систем трубопроводов позволяет получить экономический эффект около 160 тыс. рублей в год. Одним из крупнотоннажных потребителей клеев является строительство. Разнообразные клеевые композиции используют для создания клееных конструкций из дерева, металла, пластмасс, что позволяет ускорить процесс строительства. В настоящее время построено около сотни мостов через реки, элементы конструкций которых склеены с помощью синтетических клеев.

Таким образом, преимущества склеивания очевидны и основные из них приведены ниже.

1. Способность соединять самые разнообразные металлы, которые могут существенно отличаться по свойствам, модулю упругости и толщине. Склеиванием можно соединять тонколистовые детали, тогда как другие способы соединения обычно неприемлемы.

2. Более равномерное распределение напряжений в склеиваемых элементах, чем при сварке, клепке, резьбовых соединениях. Это обусловлено значительной концентрацией напряжений, возникающих при сварке, а также отсутствием отверстий под заклепки и болты.

3. Возможность экономичной и быстрой сборки, замены нескольких видов сборки единым способом склеивания, одновременной сборки многих элементов конструкции.

4. Многообразие адгезивных материалов по форме и способам нанесения позволяет приспособить их ко многим производственным процессам.

5. Прочность клееной конструкции часто выше, а стоимость ниже, чем прочность и стоимость той же конструкции, выполненной альтернативными методами сборки. Применение клееных соединений вместо заклепочных и болтовых может привести к значительному снижению веса конструкции.

6. Деформационная способность многих адгезивных материалов обеспечивает возможность поглощать, перераспределять или более равномерно передавать напряжения от одного элемента конструкции к другому.

7. Возможность соединять чувствительные к нагреву материалы, деформирующиеся или разрушающиеся от сварки или пайки.

8. Клеи могут служить герметизирующим средством, предотвращающим воздействие влаги и химических реагентов. Во многих случаях клеевой шов является тепло-, звуко- и электроизолятором, а также может существенно уменьшить электролитическую коррозию между разнородными материалами.

9. Специальные клеи позволяют выполнять работы по склеиванию в различных климатических условиях без применения сложного оборудования и подвода тепла.

Однако, синтетические клеи имеют недостатки, которые влияют на оценку надежности клееных изделий и конструкций и не позволяют применять их для многих конструкций.

Так, соединения на синтетических клеях обладают низкой прочностью при неравномерном отрывающем усилии, что ограничивает применение их в силовых узлах.

Технология склеивания требует большой точности в выполнении операций, поэтому необходим поэтапный или пооперационный контроль качества исходных материалов, параметров режима и т. п. Проверка готовых изделий не всегда позволяет выявить дефекты склеивания. Кроме того, в большинстве случаев качество готовых изделий часто нельзя проверить без их разрушения. Поэтому практическая оценка каждого нового вида клея обычно производится при помощи контрольных (ускоренных) испытаний, включающих жесткий режим термовлажной обработки образцов (выдерживание в холодной или горячей воде, замораживание, кипячение, высушивание), а затем сопоставление результатов испытаний с аналогичными данными ранее апробированных клеев, характеристики долговечности которых известны.

Для получения удовлетворительной прочности многие конструкционные клеи необходимо отверждать горячим способом, что не всегда возможно, например, при крупных габаритах конструкций.

Существенным недостатком синтетических клеев, и особенно мастик, является склонность их к старению, которое тем интенсивнее, чем более высокая температура действует на клеевое соединение. Некоторые клеи и мастики токсичны.

Из-за этого применение таких эффективных клеев, как, например, полиуретановые, ограничено. Многие клеи хрупки при низких температурах или имеют ограниченную теплостойкость.

1. Процесс склеивания может оказаться сложным из-за необходимости осуществлять тщательную подготовку поверхности склеиваемых элементов и сохранять их в чистоте, приготавливать и наносить клей на склеиваемую поверхность, поддерживать определенную температуру, давление и влажность в процессе склеивания, а также вследствие длительного времени отверждения (иногда с обеспечением длительного нагрева и приложения нагрузки) и применения различных приспособлений.

2. Необходимо весьма тщательно проектировать клеевое соединение, устранять воздействие на него отслаивающих и растягивающих нагрузок, а также напряжений, возникающих в результате различия в коэффициентах термического расширения склеиваемых элементов и клеевого шва.

3. Недостаточная теплостойкость клеевого шва ограничивает применение клеевых конструкций до определенных температур, в то время как клепанные, сварные и паянные соединения удовлетворительно работают при более высоких температурах. Некоторые клеи недостаточно стойки к тепловому и механическому удару.

4. Невозможно сразу получить оптимальную прочность соединения, как это, например, можно сделать при сварке. Часто очень трудно обеспечить требуемый уровень контроля качества клеевых соединений.

5. Возможное ухудшение прочностных характеристик соединения при действии тепла, холода, биосреды, химических реагентов, пластификаторов, радиационного облучения и других эксплуатационных факторов, несовместимость клея с материалом склеиваемых элементов и, как следствие, возможность появления коррозии.

6. Трудность демонтажа соединения при необходимости полной разборки или ремонта конструкции.

7. Тенденция к ползучести под постоянной нагрузкой, характерная для термопластичных клеев; низкая прочность при отслаивании, присущая многим термореактивным клеям; часто неизвестная величина долговечности клеевых соединений в условиях воздействия жестких эксплуатационных факторов.

8. Некоторые конструкции более экономично изготавливать, используя другие методы сборки, особенно в тех случаях, когда для этих целей имеется необходимое оборудование

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Источник

Клеевые соединения

Клеевые соединения находят возрастающее применение в различных конструкциях летательных аппаратов. Наиболее часто используются в конструкциях из композиционных материалов и конструкциях с заполнителями различного типа (сотовых, пенопластовых, гофровых, ячеистых).

Возрастающее применение клеевых соединений привело к созданию большого количества марок клеев на основе синтетических смол (фенольных, полиуретановых, эпоксидных, и пр.) с различными модифицирующими добавками. Клей должен обладать высокой адгезией, хорошо смачивать поверхности деталей и заполнять зазоры, быть стойким к воздействию бензина, керосина и масел, иметь близкий к материалу конструкции коэффициент термического расширения. Клей не должен вызывать коррозии и оказывать вредное влияние на здоровье рабочих.

Клеевые соединения хорошо работают на срез (сдвиг) и чистый отрыв. Плохо – на отдирание (неравномерный отрыв). Концы швов следует усиливать заклепками либо сварными точками. В ряде случаев используют комбинированные соединения – клеесварные, клееклепаные. Вследствие высокой способности клеев поглощать энергию клеевые соединения хорошо работают на усталость.

Нанесение клея. Клей наносится не позднее 6-8 часов после обезжиривания поверхностей. Допускается больший срок при условии хранения деталей в специальных боксах, резиновых мешках, полиэтиленовых пакетах.

Способ нанесения клея определяется характером и размерам и поверхностей
сопряжения, конфигурацией деталей, маркой и состоянием клея. Большинство
клеев жидкие. Наносят напылением пульверизаторами кистью, окунанием, поливом. Наносят на одну либо обе сопрягаемые поверхности, в один, либо несколько слоев (зависит от марки и вязкости клея).

Общая толщина клеевого слоя (прокладки) лежит обычно в пределах от 0,05 до 0,10 мм. Увеличение этого параметра снижает прочность соединения. Уменьшение может явиться причиной непроклея. Обычно толщина слоя выдерживается за счет регламентирования расхода клея (1 слой – 40–50 г/м 2 ).

Наиболее технологичными в смысле обеспечения равномерности и толщины клеевого слоя являются клеевые пленки – клей с наполнителем либо без наполнителя в виде тонкой ленты, свернутой в рулон с прокладкой. Лента разрезается (кроится) при сборке. Наносится клей как прокладка между деталями с предварительным нанесением подслоя.

После нанесения клея производят подсушивание клеевого слоя на воздухе.

Рис. 1.21. Схема процесса образования клеевых соединений

Сборка под склеивание производится в сборочном приспособлении либо по СО. Чаще в сборочные сборочном приспособлении. Сборочные приспособления должны:

1) Обеспечивать требуемую точность расположения деталей. Доработка конструкции (правка) после отверждения клея не допускается.

2) Обеспечивать возможность запрессовки деталей. Базовые элементы должны быть достаточно жесткими чтобы выдерживать соответствующие давление без искажения формы и размеров.

3) Обеспечивать возможность нагрева конструкции. При этом должны быть учтены искажения формы и размеров, обусловленные температурным расширением.

1) Применение механических, пневматических, гидравлических зажимных устройств (рис. 1.22, а). Общий недостаток — неравномерность запрессовки.

2) Метод избыточного давления (рис. 1.22, 6). Резиновые мешки заполняются воздухом или жидкостью. Основные достоинства: простота реализации при сложной конфигурации изделия и равномерность давления запрессовки. Способ используется при жестком каркасе изделия.

Рис. 1.22. Способы запрессовки деталей при склеивании:

а – прижимными устройствами; б – метод избыточного давления; в – метод вакуума

3) Метод вакуума (рис.1.22, в). Специальные резиновые накладки герметично устанавливают на изделие, воздух откачивают вакуумным насосом. Достоинства аналогичны методу избыточного давления. Способ используется при малой жесткости каркаса (p_max 2 ).

1) Нагрев горячим воздухом (паром) в автоклавах, электрических печах.

2) Нагрев электронагревателями (ТЭНами), встроенными в сборочное приспособление.

3) Радиационный нагрев излучателями, экранами.

Сложность контроля качества клеевых соединений обусловила необходимость создания разнообразных приборов и установок — дефектоскопов, использующих различные принципы обнаружения непроклея.

Методы контроля клеевых соединений:

1) Метод свободных колебаний – обнаружение дефекта по изменению частоты колебаний в местах непроклея.

2) Резонансный метод – обнаружения дефекта по изменению амплитуды колебаний в местах непроклея.

3) Импедансный метод – обнаружение дефекта по изменению силы реакции в местах непроклея.

4) Вакуумный метод – обнаружение дефекта по деформации тонкой обшивки в местах непроклея.

5) Контроль по образцам-свидетелям. Образцы изготавливают вместе с изделием в тех же условиях, при тех же режимах.

Источник