Содержание страницы
1.Общие свойства клеев и клеевых соединений
Клеи предназначены для создания из различных материалов неразъемных соединений, которые в общем виде состоят из двух склеиваемых материалов (субстраты) и клеевого слоя (адгезива) между ними. Способность клея соединять отдельные детали обусловлена адгезией.
Клеевые соединения имеют ряд преимуществ по сравнению с заклепочными, сварными и болтовыми: возможность соединять разнородные материалы; более равномерное распределение напряжений в склеиваемых элементах из-за отсутствия отверстий под болты и заклепки; атмосферостойкость, сопротивление коррозии. В ряде случаев клеевые соединения обеспечивают хорошую герметичность конструкций. Технология склеивания в большинстве случаев обладает относительной простотой, особенно при использовании клеев холодного отверждения; в некоторых случаях склеивание возможно при пониженных температурах окружающей среды и под водой.
Основными недостатками многих клеев являются низкая теплостойкость, невысокая прочность клеевых соединений при неравномерном отрыве (чувствительность к высокой концентрации напряжений), необходимость во многих случаях осуществлять нагревание при склеивании.
Об адгезионных свойствах клеев судят по результатам механических испытаний клеевых соединений. Основным показателем механической прочности клеевых соединений металлов является предел прочности при сдвиге по ГОСТ 14759-69 (фактически среднее разрушающее напряжение). Современные клеи в большинстве случаев представляют собой композиции на основе высокомолекулярных соединений и чаще всего на основе олигомеров, которые после склеивания деталей превращаются в полимерный материал клеевого слоя.
Выбор клея определяется многими условиями и прежде всего физико-химическими свойствами адгезива и субстрата. Далее наиболее важным фактором, определяющим выбор клея, является уровень напряжений, который должно выдержать клеевое соединение.
Прочность клеевого соединения зависит от вида нагружения (от характера деформаций) клеевого шва, которые по влиянию на прочность в порядке уменьшения можно расположить в следующем порядке; равномерное сжатие; равномерный отрыв; сдвиг со сжатием; сдвиг; неравномерный отрыв; отслаивание или расслаивание. Поэтому при выборе клея необходимо в первую очередь решать вопрос как склеить, а затем – чем склеить.
Другим не менее важным фактором является интервал температур, при котором эксплуатируется клеевое соединение. Определяющим в этом отношении служит температура стеклования полимера клеевого шва. Обычно термопласты выдерживают более низкие рабочие температуры, чем реактопласты.
При склеивании необходимо строго соблюдать указания по подготовке поверхностей и нанесению клея, а также режим отверждения, учитывать гарантийные сроки хранения клея и его компонентов, жизнеспособность, требования техники безопасности и действующей технической документации.
2. Клеевые композиции для ремонтных целей
Большинство из рассмотренных выше клеев имеют низкую вязкость, требуют открытой выдержки при склеивании, создания большого давления на склеиваемые элементы и повышенных температур при отверждении, в результате чего такие материалы находят ограниченное применение в ремонтном производстве, чаще применяются высоконаполненные клеевые композиции на основе олигомеров (эпоксидных, полиэфирных и др.).
Клеевые композиции используются для заделки вмятин, раковин, трещин и пор, пробоин на деталях машин, а также для восстановления посадочных мест под подшипники качения и втулок или поверхностей скольжения в трущихся парах.
Вмятины и раковины заделывают после предварительной подготовки поверхности детали путем заполнения композиций с последующим ее формованием в неотвержденном состоянии.
При заделке трещин и пор на тонколистовых деталях (радиатор, топливный бак, панели кузова) композицию наносят на поверхность детали ровным слоем толщиной 1,5-2,0 мм или накладывают стеклотканевую накладку. Кромки слоя должны быть скошены, наплывы композиции и утолщение кромок не допускаются. Композиция на сварных швах повышает их герметичность.
Трещины на стенках рубашки охлаждения двигателя длиной до 150 мм засверливают на концах сверлом диаметром 2,5-3,5 мм, затем снимают фаску под углом 60º на глубину не более половины толщины стенки (2-3 мм) и после подготовки поверхности вокруг трещины заделывают композицией с накладкой из стеклоткани. При длине трещины до 20-30 мм накладки не применяют. В местах, неудобных для снятия фасок и сверления, поверхность вокруг трещины только зачищают. Отремонтированный блок цилиндров должен выдерживать гидравлические испытания в соответствии с ТУ. Блоки цилиндров с заделанными композицией трещинами длиной более 200-300 мм не выдерживают гидравлических испытаний, в этом случае стенку рубашки охлаждения необходимо усилить постановкой резьбовых штифтов вдоль трещины или сваркой короткими швами (5-10 мм) через 50-80 мм. Накладки из стеклоткани обычно прикатывают роликом для удаления воздуха и лучшего их прилегания к стенке детали. Ткань накладки является армирующим компонентом, в результате чего на поверхности детали образуется своеобразный пластик (композит с анизотропными свойствами).
Пробоины на корпусных деталях заделывают композициями путем наложения стеклотканевых или металлических накладок внахлестку или заподлицо. Небольшие пробоины (площадью 1-2 см2) заполняют только композицией. В случае сложной формы поверхности детали по контуру пробоины сверлят отверстия и при помощи мягкой очищенной проволоки создают сетку, на которую наносят композицию и несколько слоев стеклотканевых накладок.
Восстановление геометрии изношенных циилиндрических отверстий или валов (осей) осуществляют путем формования калибром (калибрование) частично отвержденного слоя композиции на поверхности детали с последующим полным отверждением. Наилучшим моментом калибрования является период гелеобразования олигомера композиции.
Эпоксидные композиции. В ремонтном производстве наиболее широкое распространение получили клеевые композиции на основе эпоксидных олигомеров, которые содержат реакционно-способную эпоксидную группу. Эпоксидные олигомеры представляют собой термопластичные вязкие жидкости плотностью 1,15-1,21 гс/см³. За счет высокой реакционной способности эпоксидные группы легко вступают в различные реакции присоединения с веществами, содержащими подвижный атом водорода (фенолы, спирты, амины, кислоты и т. п.). В результате отверждения может произойти увеличение длины макромолекул и образование поперечных сшивок, и термопластичный олигомер превращается в термореактивный полимер.
Для ремонтных целей получили распространение диановые эпоксидные смолы ЭД-20 и ЭД-16 по ГОСТ 10587-84, алифатическая эпоксидная смола ДЭГ-1 (ТУ 6-05-1823-77) и алкилрезорциновая эпоксидная смола ЭИС марок А и Б (ТУ 38-1091-76), а также модифицированные эпоксидные смолы К-153 (ТУ 6-05-1584-86), К-115 (ТУ 6-05-1251-75), УП-563 (ТУ 6-05-1869-79).
Отвердители бывают горячего и холодного отверждения. При ремонте автомобилей применяют отвердители холодного отверждения. Наибольшее распространение получили полиэтиленполиамины (сокращенно НЭПА) по ТУ 6-02-594-85. Более реакционноспособными, чем ПЭПА, являются отвердители АФ-2 (ТУ 6-05-1663-74) и УП-583 (ТУ 6-09- 4227-76). Эти продукты отверждают композиции при температурах, близких к 0 ºС, а также на влажных поверхностях и под водой. Отвердителем и пластификатором одновременно являются низкомолекулярные полиамидные смолы Л-18, Л-19, Л-20 (ТУ 6-05-1123-74).
Процесс полимеризации с участием комплексов трехфтористого бора протекает значительно быстрее, чем процесс отверждения аминными отвердителями. Для отверждения эпоксидных олигомеров используют эфират трехфтористого бора BF3О(С2Н5)2 (ТУ 6-09-804-77), который растворяется в этиловом спирте, бензоле, разлагается в воре. Для ускорения отверждения эфират растворяется в полиоксипропилендиоле с молекулярной массой 1000, содержащей 3,2-3,8% групп ОН. Оптимальным содержанием комплекса трехфтористого бора в эпоксидной композиции является 1-1,5%.
Для уменьшения хрупкости эпоксидные смолы пластифицируют или модифицируют сложными эфирами, низкомолекулярными смолами, полисульфидами и другими соединениями. В практике приготовления композиций применяют следующие пластификаторы: дибутилфталат (ГОСТ 8728-77), полиэфир № 1 (ТУ 6-05-1122-76), полиэфир МГФ-9 (ТУ 6-05-17-56), эпоксидную смолу ДЭГ-1 (ТУ 6-05-1823-77), тиокол НВБ-2 (ГОСТ 12812-80). Существенное повышение прочности и теплостойкости клеевых соединений достигается при введении в эпоксидный олигомер низкомолекулярного каучука ПДИ-ЗАК (ТУ38-103410-85).
Введение большого количества пластификаторов приводит к снижению теплостойкости композиции, уменьшению прочности на изгиб, снижению электрических характеристик. Количество вводимых пластификаторов колеблется обычно в пределах 5-30% поотношению к олигомеру.
Путем введения наполнителей в композиции можно повысить теплопроводность, уменьшить усадку, увеличить механическую прочность, изменить коэффициент трения и электропроводность материала. В качестве наполнителей применяют порошкообразные, тонкоизмельченные (из стали, чугуна, алюминия, графита, талька, слюды, дисульфида молибдена, двуокиси кремния и т. д.) и волокнистые материалы (стекловолокно, углеродное волокно, хлопчатобумажные ткани).
В практике ремонта автомобилей наибольшее распространение получили многочисленные композиции на основе эпоксидных смол ЭД-20 и ЭД-16 с дибутилфталатом в качестве пластификатора, хотя такие составы и не являются наилучшими.
Для приготовления небольших количеств композиции (1-5 г) в полевых условиях могут быть использованы эпоксидные составы в тубах. Аналогичный способ расфасовки применен для клея ЭПО (ТУ 38-00972-77), состоящего из алкилрезорциновой эпоксидной смолы, дибутилфталата, молотой слюды, аэросила и полиэтиленполиамина. Для ремонтных целей выпускаются также следующие материалы и наборы: универсальный эпоксидный клей ЭДП (ТУ 84-606-80); эпоксидная шпатлевка (ТУ 6-15-662-85); ремонтный эпоксидный автонабор (ТУ 6-15-1002-76); ремонтная аптечка полимерных материалов комбайнера АРПК ГОСНИТИ (ТУ 6-09-13-519-76); набор синтетических материалов для ремонта сельскохозяйственной техники (ТУ 6-09-4090-80).