KLEJENIE

1. Definicja klejenia

Klejeniem nazywamy łączenie materiałów za pomocą kleju. Klej to substancja organiczna lub nieorganiczna mająca właściwości trwałego łączenia materiałów. Wielość tworzyw, ich różnorodność struktury, powierzchni i własności powodują, że ich klejenie nie jest proste. Niektóre tworzywa mogą być klejone tylko z użyciem dodatkowych chemicznych, fizycznych lub mechanicznych środków i procedur.

Istota klejenia oparta jest na dwu podstawowych zjawiskach. Są to:

Adhezja (przyczepność powierzchni granicznych)

1. Podstawy procesów klejenia

Kleje - podstawowym ich składnikiem jest spoiwo ( lepiszcze ), czyli substancja nadająca skleinie przyczepność do łączonych powierzchni i wymaganą wytrzymałość mechaniczną. Poza tym, kleje mogą zawierać substancje pomocnicze, jak rozpuszczalniki napełniacze itp. Kleje dzielimy według różnych kryteriów. Istotne znaczenie ma jednak z przetwórczego punktu widzenia podział klejów ze względu na:

Do sporządzania klejów można używać tylko tych polimerów, które mają znaczną adhezje do materiałów łączonych i odpowiednią kohezje po utwardzeniu lub zestaleniu. Kleje muszą się odznaczać małym napięciem powierzchniowym w chwili zwilżania powierzchni materiału. Klejalność zwiększa obecność w kleju grup silnie polarnych. I tak:
- w polimerach fenolowych i epoksydowych grupą silnie polarną jest grupa -OH
- w polimerach mocznikowych i melaminowych takimi grupami są =CO i -NH2
- w polimerach poliestrowych grupą polarną jest -C-O-
- w polimerach chlorokauczukowych C-CL

Kleje dzielimy według różnych kryteriów. Istotne znaczenie ma jednak z przetwórczego punktu widzenia podział klejów ze względu na:

Istotę przechodzenia ze stanu ciekłego lub plastycznego w stan stały
- Kleje utwardzalne (zestalające się poprzez ochładzanie)
- Kleje rozpuszczalnikowe (zastalające się na skutek odparowania lub absorpcji rozpuszczalnika)

Temperaturę utwardzenia lub zestalenia
- Kleje przechodzące w stan stały w temp. normalnej - kleje na zimno
- Kleje przechodzące w stan stały w temp. podwyższonej (na ogół do 250 ^oC) - kleje na gorąco

Stan skupienia przed powleczeniem powierzchni materiału
- Kleje ciekłe
- Kleje plastyczne
- Kleje stałe (proszek, granulat, pałeczki, folie - błony)

Wytrzymałość połączeń klejowych
Wytrzymałość połączenia klejowego zależy od wielu czynników, z których najważniejsze to:
- rodzaj kleju
- przygotowanie warstwy wierzchniej do łączenia
- warunki utwardzenia lub zestalenia kleju
- rozwiązania konstrukcyjne połączenia
- wartość, sposób i czas działania obciążenia

1. Stosowanie obciążeń złącz klejowych

Na ogół połączenia klejowe wykazują największą wytrzymałość na ścinanie i odrywanie. Obciążenia oddzierające oraz zginające w przypadku połączeń doczołowych znacznie zmniejszają wytrzymałość połączeń. W związku z tym połączenia klejowe konstruuje się tak, aby przenosiły w największym stopniu obciążenia ścinające i odrywające, w najmniejszym zaś - oddzierające i zginające. Dąży się również do tego aby naprężenie w sklenie było jak najmniejsze. Można to osiągnąć przez: - powiększenie pola powierzchni klejonych - zaprojektowanie odpowiedniego stanu obciążeń w połączeniach
Podstawowe rodzaje obciążenia połączeń klejowych: a) na odrywanie, b) na ścinanie, c) na oddzieranie, d) na ściskanie, e) na ścinanie ze zginaniem

1. Konstrukcja połączeń klejowych

Na rysunkach pokazano przykłady rozwiązań konstrukcyjnych połączeń klejonych z podaniem w każdym przypadku korzystnych i niekorzystnych kierunków obciążenia połączenia.
Połączenia klejowe teowe i kierunki ich obciążeń: 1-niedopuszczalny, 2-dopuszczalny, 3-najwłaściwszy
Połączenia klejowe rur i kierunki ich obciążeń: a) doczołowe, b) zakładkowe walcowe, c) nakładkowe zewnętrzne, d) nakładkowe wewnętrzne; 1-niedopuszczalny, 2-dopuszczalny, 3-najwłaściwszy

1. Technologia klejenia tworzyw

Tworzywo sztuczne łączyć można za pomocą następujących technik klejowych:
- łączenie za pomocą rozpuszczalników
- zastosowanie klejów w postaci cieczy, past lub błon

Niekrystaliczne, bezpostaciowe tworzywa termoplastyczne można łączyć ze sobą za pomocą odpowiednich rozpuszcalników roztworów polimeru w rozpuszczalnikach lub kompozycji monomerów. W przypadku łączeń dwóch różnych tworzyw sztucznych zaleca się stosowanie roztworów polimerów w rozpuszczalnikach. Elementy z tworzyw sztucznych, którym nadano kształt w formach metalowych, należy zawsze płaskować lub szlifować w celu usunięcia środków rozdzielających, zmniejszających wytrzymałość łącza. Przy klejeniu laminatów należy w miarę możności usunąć jedną warstwę materiału w miejscu sklejenia. W tym celu wciska się cienki nóż pod warstwę laminatu, oddziera odpowiedni fragment i odrywa.

Przede wszystkim przed użyciem kleju należy go odpowiednio przygotować. Sporządzenie kleju utwardzalnego polega najczęściej na zmieszaniu składników kleju w potrzebnych proporcjach i w odpowiedniej kolejności. Sporządzenie kleju w stanie stałym polega głównie na suszeniu, a gdy klej ma postać folii ( błon ) na wycięciu wykrojów o wymiarach i kształcie odpowiadających połączeniu. Powierzchnie przeznaczone do klejenia powinny być pozbawione zanieczyszczeń utrudniających ich zwilżanie przez klej. Wskazane jest także schropowacenie podłoża celem zwiększenia przyczepności kleju. W przypadku elementów z polimerów utwardzalnych - duroplastów stosuje się często oczyszczanie papierem ściernym. Powlekanie klejem powierzchni odpowiednio przygotowanej odbywa się za pomocą ręcznych narzędzi pracy, takich jak pędzle, bagietki, łopatki, bądź za pomącą maszyn zwanych powlekarkami. Po naniesieniu kleju ściska się łączone elementy celem ich wzajemnego unieruchomienia oraz dokładnego przylgnięcia klejonych powierzchni. Folie łączone klejami o dużej przyczepności wystarczy tylko przewalcować wałkiem gumowym. Wyroby o skomplikowanym kształcie skleja się zazwyczaj w odpowiednich formach.

Przebieg procesu klejenia jest zdeterminowany przez:
- temperaturę - temp. klejenia zależy przede wszystkim od temp. polimeryzacji lub topnienia użytego kleju, temp. topnienia albo mięknienia mat. łączonych oraz od żądanych właściwości połączenia
- czas - czas klejenia określonym klejem zależy od temp. klejenia
- nacisk - wywierany podczas klejenia powinien zapewniać właściwy przebieg procesu polimeryzacji, dokładne przyleganie do siebie łączonych części oraz optymalną grubość skleiny. Wartość nacisku zależy od tego czy klej przechodzi w stan stały w wyniku polimeryzacji kondensacyjnej ( 1 MPa ) czy w inny sposób ( 0,05 Mpa ).

Aby otrzymać prawidłowe sklejanie łączonych części należy przestrzegać podanych poniżej zaleceń:
- powierzchnie wyczyścić z brudu, kurzu, resztek farby i innych ciał obcych
- powierzchnie zmatowić przez szlifowanie papierem ściernym
- powierzchnie gruntownie odtłuścić. Nadają się do tego np. aceton, alkohol, rozpuszczalnik nitro
- powierzchnie klejone wysuszyć
- przygotowanych do klejenia powierzchnie nie dotykać dla uniknięcia przeniesienia tłuszczu ze skóry na tworzywo
- klej nanieść równomiernie i cienką warstwą
- niedopuszczać do zabrudzenia brudem lub kurzem świeżo pokrytych klejem
- prace takie jak szlifowanie itp. przerwać, do czasu aż uzyska się wystarczające połączenie

1. Klejenie tworzyw sztucznych

Praktycznie wszystkie dostępne obecnie tworzywa sztuczne można z powodzeniem łączyć za pomocą klejów. Niektóre tworzywa sztuczne można skleić o wiele łatwiej od pozostałych. Powierzchnię wielu tworzyw należy przygotować do klejenia tylko przez piaskowanie, podczas gdy niektóre inne tworzywa wymagają chemicznej obróbki powierzchni w celu uzyskania dobrego zwilżenia.

1. Rozpuszczalniki

Rozpuszczalniki odgrywają poważną rolę przy klejeniu tworzyw sztucznych zarówno wówczas, gdy pożądane jest zmiękczenie podłoża jak też w przypadku wymaganej odporności na rozpuszczalniki. Ponieważ rozpuszczalniki wchodzą w skład znacznej większości klejów, dobór kleju ma decydujące znaczenie w niektórych zastosowaniach. Rozpuszczalniki można podzielić na kilka grup. W pierwszej z nich znajdują się rozpuszczalniki aktywne, tzn. rozpuszczające polimery ( żywice ) wchodzące w skład kleju lub atakujące klejone tworzywo. Drugą grupę stanowią rozpuszczalniki utajone: - wzmagają one działanie rozpuszczające rozpuszczalników aktywnych, nie można ich jednak do rozpuszczalników zaliczyć. Rozcieńczalniki zmniejszają lepkość żywic i klejów. Są one pożądanym składnikiem receptur klejów ponieważ nie wydzielają oparów w takiej ilości, jak typowe rozpuszczalniki aktywne.

1. Techniki łączenia

Tworzywo sztuczne łączy się za pomocą trzech podstawowych grup technologii:

- łączenie za pomocą rozpuszczalników,
- zastosowanie klejów w postaci cieczy, past lub błon,
- spawanie na gorąco lub zgrzewanie.

Niekrystaliczne, bezpostaciowe tworzywa termoplastyczne można łączyć ze sobą za pomocą odpowiednich rozpuszczalników roztworów polimeru w rozpuszczalnikach lub kompozycji monomerów. W przypadku łączenia dwóch różnych tworzyw sztucznych zaleca się stosowanie roztworów polimerów w rozpuszczalnikach. Elementy z tworzyw sztucznych, którym nadano kształt w formach metalowych, należy zawsze piaskować lub szlifować w celu usunięcia środków rozdzielających, zmniejszających wytrzymałość łącza. Przy klejeniu laminatów należy w miarę możności usunąć jedną warstwę materiału w miejscu sklejenia. W tym celu wciska się cienki nóż pod warstwę laminatu, oddziera odpowiedni fragment i odrywa. Części z tworzyw termoplastycznych łączy się najczęściej przez spawanie gorącym gazem i zgrzewanie gorącym narzędziem.