Клей для склеивания разнородных материалов

Исследуется проблема соединения разнородных материалов для конструкций, подверженных импульсным нагрузкам. Установлено, что традиционный подход к выбору высокопрочного клея не обеспечивает работоспособность соединения. Предложен вариант реализации соединения на основе склеивающего слоя с высокой деформационной способностью. Экспериментально подтверждено, что при импульсных нагрузках поведение конструкций определяется упругопластическими характеристиками склеиваемых материалов.

В практике эксплуатации изделий возможны случаи воздействия на конструкции импульсных нагрузок. Импульсное нагружение возникает при соударении самолета с птицей, падении тяжелого предмета на конструкцию, попадании пули в бронезащиту или, например, в космосе, при взаимодействии с метеоритом. Импульсное нагружение характеризуется практически мгновенным нарастанием нагрузки, которое существенно отличается от условий статического нагружения при испытаниях клеевых соединений на растяжение или сжатие.

Степень повреждения при импульсном нагружении определяется величиной нагрузки и характером ее нарастания. Повреждаемость склеенной конструкции возникает не только при непосредственном импульсе, но и после его воздействия, поскольку возникает волна разгрузки, при которой на клеевое соединение действуют усилия отрыва.

Особенно критично при воздействии импульсных нагрузок поведение клеевых соединений разнородных материалов, поскольку к напряжениям, возникающим при воздействии ударной волны, в процессе эксплуатациидобавляются напряжения, связанные с различием температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) склеенных материалов [1].

Для оценки работоспособности клея в системе из разнородных материалов, которая подвержена действию импульсной нагрузки, использовалась конструкция из керамики на основе карбида кремния, соединяемого с алюминиевым сплавом. Импульсное нагружение осуществлялось стальным индентором со стороны керамических элементов при скорости соударения

Поскольку при соударении возникают значительные напряжения отрыва, то для склеивания представлялось целесообразным применение наиболее высокопрочного эпоксидного пленочного клея, обеспечивающего надежное соединение керамики и алюминиевого сплава [2, 3]. Для соединения карбида кремния и алюминиевого сплава использовался эпоксидный пленочный высокопрочный клей ВК-51.

Свойства соединения на основе клея ВК-51, полученного при склеивании листов из алюминиевого сплава Д16-АТ, приведены в табл. 1.

Свойства клеевых соединений и пленок из клея ВК-51 и герметика У-2-28

Предел прочности при сдвиге, МПа, при температуре испытаний, °С

Прочность при отслаивании, кН/м

Относительное удлинение отвержденной пленки, %

Для оценки эксплуатационной работоспособности клеевых композиций при соединении разнородных материалов необходимо учитывать температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР), значения которых приводятся в табл. 2.

Температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР)

Карбид кремния (SiC)

Применение высокопрочного клея ВК-51 не дало положительного результата, поскольку волна разгрузки привела к отслаиванию керамики от алюминиевого сплава. На рис. 1 приведен характер отслаивания керамики из карбида кремния от алюминиевой подложки после воздействия на клеевое соединение данной конструкции высокоскоростным (v=754 м/с) стальным индентором.

Рисунок 1. Характер разрушения при отслаивании пластины из карбида кремния от алюминиевого сплава

Попытки применения опытных клеев с более высокими адгезионными и прочностными характеристиками также не дали положительных результатов. Деформационная волна разгрузки не только неизбежно приводила к разрушению клеевого соединения, но и к расколу самой керамики. Насколько велика упругая отдача можно судить по разрушению керамической пластины, находящейся вне зоны соударения с индентором. Разрушение соседней керамической пластины от волны разгрузки иллюстрируется рис. 2.

Рисунок 2. Разрушение керамической пластины вне зоны импульсного нагружения

Решение проблемы получения работоспособного соединения керамики и алюминиевого сплава найдено не в направлении повышения прочности склеивания, а путем повышения деформационной способности клеевого слоя. В качестве модельного материала соединения был выбран герметик У-2-28, удлинение отвержденной пленки которого составляло не менее 275% [4]. Склеивание герметиком У-2-28 проводилось с применением подслоя П-11 [5]. Свойства клеевых соединений и пленок из герметика У-2-28 представлены в табл. 1. Сопоставление герметика У-2-28 с клеем ВК-51 показывает, что при более низкой прочности при сдвиге (почти в 20 раз) герметик У-2-28 превосходит высокопрочный клей по деформативности более чем в 45 раз. Высокая деформационная способность герметика позволила сдемпфировать волну разгрузки, что обеспечило работоспособность клеевого соединения. При данном решении удалось избежать отслаивания керамики от металла. На рис. 3 представлен характер неизбежного хрупкого разрушения керамики, но при этом фрагменты разрушенной керамики частично остаются приклеенными к алюминиевому сплаву. Однако из-за высокого упругого последействия алюминиевой составляющей и больших пластических деформаций крайне сложно избежать раскола керамических пластин, даже находящихся вне локальной зоны приложения импульсной нагрузки.

Читайте так же:

Как определить тип стали

Рисунок 3. Фрагменты разрушенного керамического элемента после импульсного нагружения

Решение проблемы разрушения хрупких керамических пластин при создании конструкции из разнородных материалов, подверженной импульсным нагрузкам, возможно как благодаря использованию высокодеформативного склеивающего слоя с вариацией его толщины, так и при переходе на конструкцию с другими упругопластическими характеристиками. Поскольку невозможно повысить прочность клея до уровня, обеспечивающего сохранение соединения при импульсной волне разгрузки, то естественным и логичным решением данной задачи является возможность погасить данную волну самим композиционным материалом, имеющим сложную структуру [6–9]. При переходе от металлической составляющей к полимерному композиционному материалу существенно уменьшается упругая отдача и остаточная пластическая деформация конструкционной составляющей для клеевого соединения разнородных материалов.

Импульсные испытания клеевого соединения, выполненного с применением клея ВК-51, в слоистой конструкции, состоящей из пластин карбида кремния и полимерного композиционного материала – Органита 7Т, основу которого составляет эпоксидная матрица, упрочненная арамидными волокнами, выявили его низкую работоспособность. Как и в случае склеивания керамики с металлом, использование высокопрочного клея при импульсном нагружении привело к отслаиванию керамики от Органита 7Т.

Решение проблемы работоспособности при импульсных нагрузках сложной конструкции из карбида кремния с полимерным композиционным материалом было реализовано переходом с клея ВК-51 на герметик У-2-28 и использованием Органита ВКО-2ТБ, в котором высокопрочные арамидные волокна связаны относительно эластичной матрицей. Дополнительная гетерогенизация материала по толщине привела практически к ликвидации волны разгрузки, и определяющей характеристикой стало сопротивление отрывным нагрузкам при прямом нагружении [10].

На рис. 4 проиллюстрирована высокая работоспособность композиции с использованием герметика У-2-28 и Органита ВКО-2ТБ. Две пластины из карбида кремния в детали, подвергнутой пяти импульсным нагружениям стальным индентором по соседствующим элементам, не отслоились от подложки и не были разрушены.

Рисунок 4. Характер разрушения конструкции из карбида кремния и Органита ВКО-2ТБ

В ряде случаев, когда применение полимерного композиционного материала с высокими демпфирующими характеристиками невозможно, для обеспечения работоспособности детали при импульсных нагрузках целесообразно использовать полиуретановые клеи [11]. Полиуретановые клеи позволяют решить проблему живучести слоистой композиции из разнородных материалов в условиях импульсного нагружения при обеспечении определенной толщины склеивающего слоя. Следует учитывать, что возможность относительного перемещения склеиваемых материалов обусловлена не только деформационными характеристиками склеивающего слоя, но и его толщиной. Этот фактор определяет также соединение материалов, имеющих разные ТКЛР. При этом у клея должна быть хорошая адгезия к склеиваемым поверхностям для реализации когезионного разрушения по клею.

Исследование импульсных возмущений полезно и при проектировании полимерных композиционных материалов [12]. Повышение прочности полимерных композиционных материалов достигается, в том числе, путем повышения прочности и, как следствие, жесткости матрицы. При этом снижается живучесть полимерных композиционных материалов, характеризуемая расслоением углепластика при незначительных ударах. Для определенных конструкций, работающих на растяжение, проблема живучести, т. е. сопротивление импульсным нагрузкам, могла быть снята применением более деформативной клеевой матрицы.

Читайте так же:

В какую сторону откручивается патрон на шуруповерте

Цианоакрилаты Loctite (Локтайт) для склеивания деталей

/>Цианоакрилаты (широко известны как «супер клеи») очень быстро отверждаются при ограниченном зазоре. Влажность на поверхности склеиваемых материалов вызывает реакцию полимеризации продукта от внешнего слоя поверхности в глубину клеевого соединения. Цианоакрилаты рекомендуются для склеивания мелких деталей и в случаях, когда важна очень высокая скорость фиксации. Из-за ограниченности клеевого зазора (максимально 0,25 мм) необходимо плотное сопряжение поверхностей. Цианоакрилаты имеют превосходные адгезионные свойства ко многим поверхностям, а также очень хорошую прочность на сдвиг и на растяжение. Не подходят для использования на стекле и на деталях, подверженных постоянному воздействию воды.

Типичные области применения цианоакрилатных клеев Loctite (Локтайт)

Цианоакрилаты: являются универсальными клеящими веществами «мгновенного» действия, обеспечивающими высокопрочную склейку двух плотно прижатых поверхностей. Эти однокомпонентные клеи имеют высокую прочность на сдвиг и на отрыв, могут использоваться для склейки почти всех материалов. Современные разработки цианоакрилатных продуктов Loctite (Локтайт) включают клеи, которые являются нейтральными по отношению к поверхностям, резинонаполненными, термостойкими, имеют слабый запах, а также гелеобразными.

Преимущества клеев быстрой полимеризации

Схватывание в течение нескольких секунд
Чистота линии склеивания – эстетичность внешнего вида
Универсальность – возможность склеивания разнородных материалов
Высокая прочность – зачастую прочность клеевого шва прочнее самих склеиваемых материалов
Возможность склеивания небольших деталей

Использование праймеров (primer) для цианоакрилатов

Loctite (Локтайт) также предлагает праймеры и активаторы для использования с цианоакрилатами. Праймеры увеличивают адгезию с полиолефинами типа полипропилена, полиэтилена и другими трудно поддающимися склейке материалами. Активаторы используются для сокращения времени полимеризации, когда важно время процесса.

Предварительная подготовка поверхности является наиболее важным шагом в процессе клеевой сборки. Если она выполнена неудовлетворительно, то адгезивная прочность между клеем и поверхностью будет ослаблена, что приведет к адгезивному разрушению клеевого слоя. При правильно проведенной предварительной подготовке поверхностей любые разрушения будут носить когезионный характер, а адгезивные характеристики клея и/или его комбинаций с праймером будут реализованы. Это является основным фактором не только на этапе набора первоначальной прочности, но и при дальнейшей эксплуатации клеевого соединения и, особенно, его устойчивости к длительному воздействию окружающей среды.

Грунтовки — улучшение адгезии к трудным для приклеивания поверхностям

Loctite 770

Полиолефиновая грунтовка
Наиболее удачно сочетается с полиэтиленом и полипропиленом
Также сочетается с силиконом и тефлоном
Длительное время жизни после нанесения
Флуоресцентный

Активаторы — увеличивают скорость полимеризации моментальных клеёв

Loctite 7457

Может наноситься после склейки
Благоприятно воздействует на срок службы склеиваемых частей
Флуоресцентный

Упаковка

Инженеры компании Loctite постоянно работают над совершенством своей продукции. Это относится и к упаковке. Уже сегодня можно воспользоваться удобным и современным пузырьком для нанесения цианоакрилатных клеев.

Носик – оптимальная точность и экономичность нанесения	Высокая гибкость – легко сжимать и контролировать нанесение клея	Безопасное применение – чтобы закрыть пузырёк, надавите на крышку
/>	/>	/>

В Россию официально поставляются следующие клеи Loctite быстрой полимеризации

Для выбора продукта можно воспользоватсья следующей таблицей или сравнительной таблицей в формате PDF.

Полимерный клей «Дракон»: характеристики, особенности применения

Полимерный клей «Дракон» предназначен для склеивания материалов. Он имеет широкий спектр назначения, подходит как для внутренней отделки, так и внешней. Часто используется для заделки трещин, стыков, активно применяют состав не только в строительстве, но и в бытовых, хозяйственных целях.

Общее описание состава и назначение

Популярность полимерного клея «Дракон» легко объяснима, он универсален, прост в использовании, а его качеству склеиванию могут позавидовать большинство аналогов. Состав надежно приклеивает даже то, что в недавнем прошлом люди фиксировали с помощью шурупов и гвоздей.

Полимерные клеи выпускаются в трех видах:

водорастворимая смесь, это всем известный ПВА, а также Бустилат;
состав, который требует предварительного растворения органическими веществами:
нитроклей, перхлорвиниловый;
отдельно стоят эпоксидные, полиуретановые клеи.

Первые два вида чаще всего применяют в строительной сфере. Внутренние работы проводятся с помощью водорастворимых составов, соответственно для внешних стен используются эпоксидные.

Преимущества клея Drakon выражаются в следующем:

быстрое высыхание;
высокие показатели морозостойкости, клей не потрескается при минусовой температуре;
устойчивость к влаге, поэтому состав разрешается использовать в помещениях с повышенной влажностью.

Эти положительные характеристики позволяют применять клей для отделки внутренних стен, внешней облицовке зданий. Основное назначение состава – это склейка, он отлично справляется с поверхностями из следующих материалов:

гипс;
асбест;
цемент;
бетон;
штукатурка;
кирпич;
дерево.

Кроме этого, клей используется для более надежного фиксирования крепежных элементов в виде саморезов, шурупов. Бесцветная консистенция «Дракона» позволяет склеивать предметы домашнего обихода: вазы, статуэтки, даже ковровые дорожки и вещи из искусственной кожи.

Технические характеристики

Клей представляет собой однородную бесцветную жидкость со специфическим ароматом. В качестве главного компонента выступает синтетическая смола высокого качества, которую разбавляют органическими соединениями. Такая технология производства наделяет состав следующими характеристиками:

высокие показатели эластичности;
негорючесть;
влагостойкость;
прочность;
устойчивость к высоким и низким температурам.

Читайте так же:

Космо клей для пвх

Повышенная эластичность «Дракона» позволяет ему работать даже со сложными материалами, например, с поверхностями, на которых присутствуют неровности, шероховатости. Состав может использоваться в качестве клея для плитки, в том числе и потолочной, даже на кухне и в ванной комнате.

Но для большей надежности и лучшего сцепления необходимо нагревать шов. «Дракон» подходит для отделки внешних стен, так как даже при сильных морозах свойства состава не изменяются и не ухудшаются. Но для этого важно, чтобы во время высыхания температурный режим был не ниже нулевой отметки. Обычно полное застывание наступает через 20 минут.

Стоит отметить еще одно положительное качество клея «Дракон», у материала высокие термостойкие показатели. Даже в случае прямого воздействия открытого огня, он не воспламенится, а это очень важно в доме, квартире и любом другом жилом или промышленном помещение.

Что касается расхода, то для каждого типа материала этот показатель свой, также на расход влияет сама поверхность, то есть имеются ли какие-либо неровности. В среднем на обработку одного квадратного метра требуется от 10 до 500 грамм полимерного состава. Как показывает практика, максимальное количество «Дракона» требуется для соединения предметов с заметной шероховатостью.

Инструкция по применению клея Drakon

Несмотря на то, что полимерный клей славится своими универсальными свойствами и простотой применения, использовать его следуют строго в соответствии с инструкцией. Она указана на упаковке.

Непосредственно перед применением производится подготовка, которая заключается в перемешивание основного состава с денатуратом. Производитель рекомендует применять техническую жидкость той же марки, что и клей. Составы смешиваются до того момента, пока раствор не приобретет однородного состояния.

Также подготавливаются поверхности, которые планируется склеивать. С них в обязательном порядке удаляются следующие элементы:

штукатурка;
лакокрасочное покрытие;
краска или ее остатки.

На материале не должно быть пыли и грязи. После следует действовать по инструкции:

тщательно выровнять поверхность, удалить дефекты в виде неровностей, шероховатостей;
обезжирить склеиваемые стороны, лучше всего это делать бензином, чистым спиртом;
оставить материал на время, поверхность должна хорошо просохнуть, влажность увеличивает время засыхания и снижает цепкость.

Затем можно приступать непосредственно к нанесению клеевой основы. «Дракон» распределяют по подготовленной поверхности, в некоторых случаях может потребоваться повторная обработка.

После нанесения следует соединить оба материала и при возможности положить под пресс. Если сделать этого не возможно, то нужно применить собственную силу. В среднем, чтобы набрать необходимую прочность, понадобится около 20 минут, но для большей надежности материал оставляется на час. В помещение, где проходят работы не должно быть минусовой температуры, комната должна быть теплой.

Меры предосторожности

В составе клея «Дракон» содержатся вещества, которые могут негативно сказываться на здоровье. При контакте с полимерным составом, в особенности если работы проводятся внутри помещения, необходимо принять меры предосторожности:

работать в средствах защиты, надевать респиратор, очки и перчатки;
не допускать прямого контакта клея с кожей;
обеспечить доступ воздуха в комнату;
при попадании частиц клея на слизистые оболочки необходимо незамедлительно промыть их чистой водой.

Соблюдение этих простых рекомендаций позволит избежать многих неприятностей. В том числе возникновения аллергической реакции и интоксикации, развития дисфункции центральной нервной системы.

После проведения работ следует позаботиться об инструментах. Валики легко очищаются растворителем либо ацетоном, нужно просто замочить инвентарь в растворе на 10-15 минут. Руки отмываются обычным мылом и проточной водой.

Полезные рекомендации

Тем, кто впервые собирается использовать полимерный клей «Дракон» будут полезны советы от мастеров. Они помогут избежать самых распространенных ошибок, которые допускают при работе с составом:

Не стоит пользоваться полимерным клеем, если он загустел, что часто случается при неправильном хранении. Проблему легко решить, достаточно добавить в него небольшое количество спирта или раствора, в котором он содержится.
Тот же метод поможет избавиться от пятен при неаккуратном использовании клея. Но удалять остатки необходимо сразу, пока он не успел засохнуть.
Не стоит хранить полимерный состав вблизи открытого пламени, огненного шоу, конечно, не будет, но вот вещества могут утратить свои свойства.

Читайте так же:

Каким клеем клеить пластик к металлу

Клей «Дракон» показал отличные результаты при склейке разных материалов. Его активно используют для монтажа утеплителей, таких как минеральная вата и пенопласт. Подходит он для напольной, потолочной плитки. Незаменим состав и в творчестве, его применяют при изготовлении поделок, безделушек, детали быстро склеиваются и прочно держатся.

КОНСТРУКЦИОННЫЕ, СБОРОЧНЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ КЛЕИ ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Клеящие материалы и решения компании Sika расширяют возможности для проектирования новых коммерческих транспортных средств. Склеенные конструкции повышают долговечность транспортных средств и позволяют соединять разные материалы, например, металлы с композитными материалами. Они дают возможность менять порядок выполнения работ и повышают эффективность процесса сборки кузовов транспортных средств. Вот уже более 40 лет компания Sika оказывает поддержку и содействие производителям транспортной техники во всём мире, предоставляя инновационные решения и технологии для быстрого и надёжного склеивания.

Благодаря своим опытным специалистам, работающим в разных странах по всему миру, и службам технической поддержки на местах, компания Sika предоставляет производителям коммерческих транспортных средств оптимальные решения для устранения конкретных затруднений и проблем, возникающих в процессе промышленного производства транспортных средств.

Инновационные клеящие материалы разработки компании Sika и техническая поддержка на местах помогают предприятиям транспортной отрасли во всём мире повышать качество и наращивать объёмы выпуска транспортных средств.

Компания Sika является стратегическим партнёром для клиентов, занимающихся промышленной сборкой транспортных средств

Высококвалифицированные сотрудники компании Sika, работающие в разных странах по всему миру, обладают обширными знаниями и опытом в области стандартизации производственных процессов для решения сложных задач, обусловленных использованием большого количества самых разнообразных материалов и компонентов в процессе производства. Сеть опытных специалистов компании Sika окажет вам содействие в проведении оценки задач, стоящих на этапе проектирования, а также предложит индивидуальные специализированные решения для оптимизации процесса промышленного производства. Быстро схватывающиеся и затвердевающие клеи сокращают время, требуемое для обработки и подготовки деталей, и обеспечивают быстрое отверждение. Благодаря применению универсальных клеящих и герметизирующих материалов или использованию клеев, требующих минимальной подготовки поверхностей или вообще не требующих такой предварительной подготовки, можно существенно увеличить объёмы выпуска продукции.

В любой точке мира вы можете положиться на компанию Sika – начиная от этапа проектирования и заканчивая производством.

Свобода для проектирования

Клеящие материалы компании Sika позволяют прочно соединять разнородные основания без каких-либо ограничений. Устранение ограничений и неудобств, связанных с использованием механических креплений или сварных соединений, является одной из основных причин, по которым многие клеи нашли широкое применение в промышленном производстве.

Оптимизация производственного процесса

Клеи и герметики Sikaflex® на основе силан-модифицированных полимеров (STP) позволяют сократить операции по предварительной подготовке поверхности. Быстро затвердевающие клеи Sikaflex® с добавкой-ускорителем SikaBooster® позволяют сократить время, требуемое для обработки и предварительной подготовки и тем самым увеличить объёмы выпуска продукции.

голоса

Рейтинг статьи

Клей для склеивания разнородных материалов