Klejeniem nazywamy łączenie materiałów za pomocą kleju. Klej to substancja organiczna lub nieorganiczna mająca właściwości trwałego łączenia materiałów. Istota klejenia oparta jest na dwu podstawowych zjawiskach. Są to:
Adhezja (przyczepność powierzchni granicznych) Kohezja (wewnętrzna wytrzymałość warstwy kleju)
Kleje - podstawowym ich składnikiem jest spoiwo ( lepiszcze )-substancja nadająca skleinie przyczepność do łączonych powierzchni i wymaganą wytrzymałość mechaniczną. Poza tym, kleje mogą zawierać substancje pomocnicze, jak rozpuszczalniki napełniacze itp.
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 podzał 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 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
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 rozpuszczalników- roztworów polimeru w rozpuszczalnikach lub kompozycji monomerów. 2 różne tworzywa sztuczne-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.
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 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
Powierzchnię wielu tworzyw należy przygotować do klejenia tylko przez piaskowanie, podczas gdy niektóre inne tworzywa wymagają chemicznej obróbki powierzchni w celu uzyskania dobrego zwilżenia.
Rozpuszczalniki zmiększają podłoża oraz nadają odporność na rozpuszczalniki.
Rozpuszczalniki można podzielić:.
aktywne, tzn. rozpuszczające polimery ( żywice ) wchodzące w skład kleju lub atakujące klejone tworzywo.
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.
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.
Tworzywa akrylowe - tworzywa termoplastyczne wywodzące się z kwasu akrylowego i metakrylowego. Można je łatwo kształtować na gorąco, a także wytłaczać, formować wtryskowo, obrabiać mechanicznie, przecinać. Powierzchnie tworzyw akrylowych przed klejeniem można zmiękczać dwuchloroetanem, chlorkiem metylenu, acetonem. Do klejenia tworzyw akrylowych stosuje się zazwyczaj kleje polisiarczkowe, poliuretanowe, akrylowe i modyfikowane epoksydowe. Spośród tworzyw akrylowych najczęściej klei się polimetakrylan metylu.
Poliwęglany-można łączyć między sobą za pomocą rozpuszczalników lub klejów a także przez zgrzewanie gorącym gazem. Najprościej jest jednak kleić rozpuszczalnikiem. Poliwęglany można łączyć z większością metali; do tego celu najlepiej nadają się kleje epoksydowe, poliuretanowe, polisiarczkowo- epoksydowe, epoksydowo- fenolowe, topliwe. Przy łączeniu poliwęglanów za pomocą rozpuszczalników jest rzeczą ważną, żeby nie stosować rozpuszczalnika w ilości większej niż to jest niezbędne w celu zwilżenie jednej lub obu powierzchni. Nadmiar rozpuszczalnika może spowodować powstawanie pęcherzy i zmniejszenie wytrzymałości złącza.
Polipropylen jest tworzywem termoplastycznym o dużej odporności na uderzenia i małym ciężarze właściwym. Ma wyjątkowo dobrą odporność na pękanie, dobra odporność chemiczną, bardzo dużą twardość powierzchniową. Dzięki tym własnościom fizycznym oraz dzięki temu, że łatwo się go przetwarza i formuje można go kleić, zgrzewać, spawać, itd.. Przed klejeniem należy zmienić charakter powierzchni polipropylenu poprzez np. utlenianie go płomieniowo lub obrabianie chemicznie. Do klejeni polipropylenu wykorzystuje się następujące kleje:
- epoksydowe
- poliamidowe
- nitrylowo-fenolowe
- poliurytanowe.
Poliamidy- dużą wytrzymałością mechaniczną, odpornością na ścieranie, niskim współ. tarcia i dobrymi własnościami elektrycznymi. Można je zgrzewać, spawać lub kleić, lecz adhezje do powierzchni poliamidów trudno byłoby określić jako bardzo dobrą. Przed klejeniem należy części poliamidowe dokładnie wysuszyć, nawet z lekkim podgrzaniem. W celu uzyskania lepszej adhezji zaleca się stosowanie podkładów nitrylowo-fenolowych, winylowo-fenolowych, silanowych. Na powierzchnie metali nanosi się epoksydy a następnie przykleja się poliamid do epoksydu. Zaleca się stosowanie klejów nitrylowo-fenolowych, poliuretanowych, modyfikowanych epoksydowych.
Polistyren
Termoplast ten produkuje się z węglowodorów uzyskiwanych ze smoły węglowej i gazu ziemnego. Jest on jednym z najtańszych tworzyw sztucznych. Polistyren można kleić rozpuszczalnikami: toluenem, ksylenem, trójmetylobenzenem. Piankowy polistyren klei się łatwo. Powierzchnie powinny być suche i czyste, a klej powinien mieć lepkość od średniej do dużej i zawierać niewielką ilość rozpuszczalnika.
Polisulfon- odznaczają się przezroczystością, dużą wytrzymałością mechaniczną i wysoka odpornością termiczną. Dobre wyniki uzyskuje się przy łączeniu polisulfonów klejami epoksydowymi i poliuretanowymi. Przygotowanie powierzchni polega najczęściej na przemyciu alkoholem, lekkim opiaskowaniu lub na obu tych operacjach po kolei. W celu polepszenia adhezji można stosować podkłady winylowe, poliuretanowe lub silanowe.
Amoinoplasty (tworzywa mocznikowe i melaminowe) Są to twarde sztywne tworzywa termoutwardzalne o dużej odporności na ścieranie. Odznaczają się ponadto dobrą odpornością na rozpuszczalniki i wodę, oraz na pełzanie. Klejenie dotyczy zazwyczaj kształtek prasowanych. Można je łączyć klejami epoksydowymi, epoksydowo-fenolowymi, poliestrowymi i elastomerowymi. Powierzchnie przed klejeniem należy przetrzeć detergentem z dodatkiem ścierniwa, stosowanym zazwyczaj w gospodarstwie domowym; Następnie zmywa się je wodą, suszy, piaskuje, przemywa izopropanolem, znowu suszy, po czym nanosi się podkład lub od razu klei.
Połączenia klejowe blach: a) doczołowe, b) zakładkowe proste o elementach ściętych prosto, c) zakładkowe proste o elementach ściętych ukośnie, d) zakładkowe skośne, e) f) zakładkowe odsadzane, g) przekładkowe, h) nakładkowe jednostronne o nakładce ściętej prosto, i) nakładkowe jednostronne o nakładce ściętej ukośnie, j) nakładkowe dwustronne o nakładkach ściętych prosto, k) nakładkowe dwustronne o nakładkach ściętych ukośnie, l) nakładkowe ścienione