1468551204

Zbigniew Mirski Tomasz Piwowarczyk

Podstawy klejenia, kleje i ich właściwości

Principles of gluing, adhesives and their properties

Streszczenie

W artykule przedstawiono podstawowe zjawiska fizykochemiczne występujące podczas klejenia materiałów: adhezję, kohezję i zwilżalność. Omówiono zalety i wady technologii klejenia w porównaniu z innymi metodami łączenia. Scharakteryzowano czynniki wpływające na powstanie połączeń klejowych. Przedstawiono metody przygotowania powierzchni elementów łączonych do klejenia oraz podstawowe kryteria podziału klejów i ich rodzaje. Zamieszczono zasady projektowania i badań wytrzymałościowych połączeń klejowych.

Abstract

Fundamental physical chemistry phenomena occurring in materials gluing: adhesion, cohesion and wettability, are presented in this paper. Advantages and disadvantages of gluing technology in comparison with other methods of bonding are discussed. Factors influencing the gluing joints forming are characterized. Methods of preparation of bonded materials surfaces for gluing are discussed. Fundamental criteria of adhesives division and kinds of adhesives are presented. Design rules and shear-strength tests of adhesive joints are inserted.

Wstęp

Klejenie materiałów jest nowoczesną technologią łączenia, jej problematyka łączy w wielu aspektach elementy z różnych dziedzin naukowych: mechaniki, fizyki, termodynamiki i chemii. Stosowana jest szczególnie w przypadku łączenia materiałów różnoimiennych, których spajanie stwarza problemy wynikające z ich zróżnicowanych właściwości fizykochemicznych oraz mechanicznych. Polska norma PN-EN 923:2008 Kleje. Terminy i definicje, definiuje klejenie jako technikę łączenia materiałów przy użyciu substancji niemetalicznej - kleju, przez zespolenie ich powierzchni (adhezja), przy zachowaniu odpowiedniej wytrzymałości wewnętrznej złącza (kohezja).

Odkrycie na początku XX wieku makromolekularnej budowy substancji spowodowało dynamiczny rozwój klejów syntetycznych na bazie żywic sztucznych, które wyparty spoiwa oparte na bazie składników pochodzenia naturalnego. Umożliwiło to otrzymywanie połączeń spajanych, jednak nakładem mniejszych kosztów i pracy. Klejenie stało się realną alternatywą tych technik, oferującą szereg zalet, niemożliwych do uzyskania metodami spawania, lutowania czy zgrzewania. Duża różnorodność spoiw przeznaczonych do klejenia oraz wynikająca z niej możliwość uzyskiwania pełnej gamy właściwości w zależności od potrzeb, stawia tę technologię w czołówce najbardziej przyszłościowych metod spajania. Połączenia klejowe, obok swojej podstawowej roli łączenia elementów, często pełnią też funkcje wspomagające, takie jak: uszczelnianie, mocowanie lub zabezpieczanie, mogą być również wykonywane jako kombinowane z innymi technikami spajania.

Zalety i wady klejenia

Inżynierskie podejście do problemu klejenia wymaga szczegółowego poznania wszelkich zagadnień związanych Dr hab. inż. Zbigniew Mirski, prof. nadzw. PWr, dr inż.

Tomasz Piwowarczyk - Politechnika Wrocławska.

z tą techniki jeszcze przed rozpoczęciem wstępnych czynności wykonywania połączeń. Szczegółowe opanowanie problematyki klejenia, ze zwróceniem uwagi na jej zalety oraz wady, pozwala na projektowanie funkcjonalnych złączy przy względnie małych nakładach finansowych.

Poprawnie zaprojektowane i wykonane połączenia klejowe wykazują dużo zalet [1+6], W wielu przypadkach technologia ta oferuje nam złącza o właściwościach znacznie przewyższających możliwości konwencjonalnych technologii. Zastosowanie jej nie tylko zmniejsza do minimum naprężenia i odkształcenia w połączeniach, ale także je uszczelnia oraz chroni przed wnikaniem wilgoci i powstawaniem korozji. Równomiernie obciążone złącze klejowe pozbawione jest strefy wpływu ciepła, a dzięki dużej elastyczności kleju może przejmować niekorzystne zmiany współczynnika rozszerzalności liniowej spajanych materiałów. Istotną cechą klejenia jest możliwość łączenia materiałów o bardzo zróżnicowanych właściwościach, dzięki czemu możliwe jest m.in. uzyskiwanie lekkich konstrukcji. Bardzo ważną zaletą jest łatwość automatyzacji oraz eliminacja dodatkowych obróbek powierzchniowych po procesie klejenia. Dodatkowo stosunkowo łatwo jest przyuczyć pracowników do operacji związanych z klejeniem.

Podstawowe wady klejenia to głównie ograniczona odporność na działanie wysokich temperatur, szczególnie powyżej 150°C oraz mała wytrzymałość mechaniczna połączeń, zazwyczaj nie przekraczająca 35 MPa. Połączenia klejowe zwykle nie wykazują bezpośrednio po klejeniu 100% wytrzymałości mechanicznej, a czas składowania klejów jest ograniczony. Dodatkowo wykazują one skłonność do żelowania, rozwarstwiania i sedymentacji. Podczas procesu klejenia bezwzględnie należy przestrzegać warunki bhp, gdyż składniki klejów często zawierają związki niebezpieczne dla zdrowia użytkowników.

Jak wynika z analizy literatury [1+3], autorzy wielokrotnie próbowali dokonać syntezy porównawczej podstawowych technik łączenia. W wielu przypadkach technologia klejenia wykazuje przewagę zalet, w porównaniu z lutowaniem, spawaniem, zgrzewaniem czy łączeniem mechanicznym. Nie oznacza to jednak, że klejenie jest w stanie zastąpić

12	PRZEGLĄD SPAWALNICTWA 8/2008