Насколько надежны клеевые соединения?

Область применения клея разнообразна, он используется в промышленном производстве, строительстве, ремонте и моделировании. Клеевые соединения применяются в сборочных процессах, на этапе монтажа конструкций и материалов. Наиболее часто клей используется в бумажной промышленности и при обработке древесины.

За свою историю клеящие вещества и смеси модифицировались. Благодаря современным технологиям появились клеи на основе синтетических смол, способные склеивать любые материалы и поверхности. Синтетические клеи обладают повышенной эластичностью, гидроизолируют и герметизируют соединения, а также обеспечивают их продолжительный срок эксплуатации. Примером эффективного использования синтетических клеев можно считать монтаж труб ПВХ под клеевое соединение или использование синтетических клеевых смесей для ремонта и наладки станков (при помощи клея корректируют посадочные поверхности станин и корпусов).

Главным преимуществом клея является высокая надежность соединения различных поверхностей и деталей, достигаемая без излишнего воздействия на конструкционные элементы (сверление, стяжка, сваривание).

Что такое клей и клеевые соединения?

Клей представляет собой смесь или многокомпонентную композицию, используемую для соединения различных конструкционных элементов и материалов. Клеевое соединение неразъемное, прочная связь образуется сцеплением поверхностей с клеевой прослойкой. Клеи различны по своему составу. Композиции состоят из органических и неорганических полимеров. Основу клеевой композиции классифицируют:

• полимеры горячего отверждения;
• полимеры холодного отверждения;
• термостойкие полимеры;
• термореактивные и термопластичные полимеры;
• полимеры, применяемые в обычном температурном диапазоне.

Развитие производственных технологий и химии полимеров дали возможность создавать композиции, обеспечивающие прочные клеевые соединения материалов, поверхности которых ранее не поддавались прочной сцепке: металл, керамика или стекло. Кроме полимерной основы, в состав клея входят различные добавки для придания клеевой прослойке целевых свойств и характеристик (теплостойкость, влагостойкость, прочность, пластичность и т. д.). Добавками целевого назначения могут быть: отвердители, растворители, красители, пластификаторы, а также иные наполнители.

Качественные характеристики и свойства клеевых соединений зависят от выбора клея и четкого следования технологии склеивания.

Клей: условия определяющие выбор

В выборе клея главную роль играют свойства и характеристики материалов, предназначенных для склеивания, условия проведения работ (влажность, температурный режим), расчетный срок службы клеевого соединения и нагрузка на него. При выборе клея следует обращать внимание на стоимость, санитарно-гигиенические параметры, горючесть. Особенностью всех клеевых соединений является ухудшение характеристик сцепления с течением времени, следовательно, на протяжении всего периода эксплуатации разрушаются адгезионные связи.

Снижение показателя прочности и эластичности клеевой прослойки происходит по причине воздействия температурных колебаний, влажности и иных условий. Так, перед склеиванием строительной конструкции, технологического изделия или трубы ПВХ, клеевое соединение интенсивно испытывают на прочность под воздействием прогнозируемых эксплуатационных условий.

Общая технология склеивания поверхностей

Технология склеивания предполагает подготовку поверхностей, смешивание компонентов клеевого состава (если это требуется), нанесение клея тонким слоем на поверхность и ожидание до момента получения жесткой сцепки. Одним из важнейших этапов является подготовка поверхностей перед склеиванием, этим обеспечивается оптимальная сцепка. При нанесении клея на поверхность следует обращать внимание на достаточность толщины пленки. Сборка клеевых соединений завершается отверждением клеевого состава, которое должно проходить в оптимальном технологическом режиме.

На подготовительном этапе обработки поверхности удаляются любые загрязнения, при помощи специальных растворов поверхности обезжириваются, им придается шероховатость. Лучший вариант подготовки поверхностей тот, при котором заметно когезионное разрушение (разрушение по вяжущему слою) клеевых соединений. Для обработки склеиваемых поверхностей используют как химические, так и механические способы повышения прочности соединения.

От способа нанесения клеевого слоя на поверхность зависит качество клеевого шва. Клей должен равномерно распределяться по поверхности, толщина пленки должна быть равномерная и заключаться в пределах от 0,1 до 0,2 мм. Способ нанесения клея зависит от вязкости композиции.

Для примера, рассмотрим особенности выбора клея и технологию монтажа клеевым способом системы водоснабжения состоящей из труб ПВХ.

Выбор клея для труб ПВХ

Труба под клеевое соединение из поливинилхлорида применяется в инженерных коммуникациях для прокладки систем водоснабжения, используется в отопительных системах и канализациях. Существует несколько технологий соединения ПВХ труб и фитингов. Чаще всего применяется диффузионная сварка, однако, большой популярностью пользуется и технология склеивания труб с фитингами, чем также достигается высокая прочность клеевого соединения.

Используемые для склеивания ПВХ труб клеевые составы содержат основной компонент поливинилхлорид, который для получения требуемой консистенции разводится растворителем. Клеевая композиция может содержать дополнительно различные присадки и наполнители, повышающие гидроизолирующие и герметические способности клея. Физический процесс склеивания заключается в нанесении клеевого состава на поверхности изделий, далее выполняется их сведение, с течением времени растворитель испаряется, образуется прочное клеевое соединение. Использование в клее поливинилхлорида обеспечивает надежную сцепку поверхностей на молекулярном уровне.

Чтобы выбрать оптимальную клеевую композицию для ПВХ труб необходимо учесть следующее:

• четко знать для каких целей приобретается клей;
• важно ознакомиться с технологией подготовки клеевого состава, клеи на основе поливинилхлорида могут состоять из двух компонентов, непосредственно влияют на прочность клеевого соединения;
• скорость схватывания, которая у большинства композиций не превышает 1-2 минуты (в зависимости от влажности и температуры воздуха);
• клеевые составы для ПВХ труб имеют различный цвет;
• степень вязкости готовой к применению композиции.

Технология монтажа ПВХ труб клеевым способом

Клеевой раствор тщательно перемешивается. Если основные компоненты требуется соединить самостоятельно, важно соблюдать правильные пропорции. Труба под клеевое соединение подготавливается на участке склеивания, производится очистка и обезжиривание поверхности. Монтаж начинается с нанесения клеевого состава на склеиваемые поверхности. Клей наносится при помощи кисти с равномерным распределением по поверхности, не допускается прерывистость пленки и пропуски отдельных участков. По завершении процедуры смачивания поверхностей клеевым раствором, трубный отрезок совмещается с фитингом.

После совмещения фитинга и трубы, клеевое соединение необходимо жестко зафиксировать на 15-20 секунд, после чего образуется начальная клеевая сцепка и клей загустеет. Важно убедиться, что конструкция зафиксирована в правильном положении еще до склеивания, поскольку проворачивание или иное воздействие не допускается. Клеевое соединение должно пребывать в состоянии покоя на протяжении 15 минут до полного испарения растворителя.

Производится последовательное склеивание всех участков водопроводной системы, состоящей из фитингов и труб ПВХ. Клеевое соединение по истечении 24 часов с момента завершения монтажа проверяется на герметичность и прочность под нагрузкой напора воды.

Надежность клеевых соединений

Требования в отношении надежности клеевых соединений предъявляются в зависимости от характеристик склеиваемых материалов и условий эксплуатации соединения. Однако существует ряд универсальных параметров, которым должно соответствовать любое соединение.

Базовые характеристики надежности для всех типов клеевых соединений:

• равнопрочность склеиваемого материала с клеевым соединением;
• монолитность клеевого шва со склеиваемыми элементами;
• устойчивость адгезионных связей и качество обработки поверхностей определяют показатели долговечности и надежности.

Главным признаком надежности клеевого шва является обеспечение прочности соединения равного или превосходящего прочность монолитной части склеиваемого материала. Критериями надежности клеевого соединения, исходя из особенностей эксплуатации, могут быть:

• водостойкость: способность клеевой прослойки сопротивляться разрушающему воздействию воды;
• теплостойкость: способность клеевого соединения сохранять прочность, монолитность и эластичность под воздействием высоких температур;
• биостойкость: способность клеевой прослойки и всего соединения сохранять первоначальные свойства под разрушающим воздействием биологических процессов.

Преимущества клеевых соединений

Использование клеевых смесей на основе полимеров и синтетических расплавов существенно расширило область использования пластмасс. Синтетический клей, являющийся раствором (расплавом) полимерной композиции, представляет собой продукт переработки пластмассы. Главное преимущество синтетического клеевого соединения – сохранение физических и эстетических параметров склеиваемых материалов. Надежное соединение плоскостей на больших площадях обеспечивают полимерные клеи. Клеевые соединения из полимерных композиций успешно используются как для сцепки больших площадей, так и для точечного склеивания малых конструкционных элементов.

9 причин, по которым выбирают склеивание

1. Клеи способны образовывать прочные соединения между материалами, обладающими различными физическими свойствами и размерами. Технология склеивания превосходит ряд иных технологий, в том числе сварку, поскольку способна соединить тонколистовые элементы и хрупкие материалы.
2. Склеивание позволяет равномерно распределить напряжение по всей плоскости, что сложно достичь, используя сварные или заклепочные соединения. Использование сварных и заклепочных соединений характеризуется высокой концентрацией точечных напряжений только в местах сцепки.
3. Клеевые соединения обеспечивают высокую скорость сборки конструкций, при этом характеризуются экономичностью. Технология склеивания универсальна и способна заменить собой несколько способов соединения элементов.
4. Развитая технология производства и разнообразие клеевых смесей дает возможность их использования на различных этапах производственного процесса.
5. Стоимость клеевого соединения и его прочность часто превосходит соответствующие показатели альтернативных вариантов соединения конструкций и элементов. Соединения, выполненные с использованием клея, обладают меньшим весом в сравнении со сварными или заклепочными соединениями.
6. Адгезивные материалы обладают уникальной способностью поглощения, распределения и передачи напряжений по всей плоскости между элементами конструкции. Эластичность и деформационная способность клеевого слоя повышает надежность сцепки.
7. Клей может успешно соединить материалы и элементы, чувствительные к нагреву, которые способны разрушаться или деформироваться под действием высокой температуры.
8. Клей может выступать в качестве герметизирующего материала, обеспечивая не только надежное соединение конструкции, но и эффективное сопротивление разрушающему действию влаги и химических реагентов. Клеевые швы хорошо изолируют тепло и звук, является превосходными диэлектриками.
9. Существует большое количество клеевых композиций, разработанных для сложных климатических условий, с их помощью получаются особо надежные клеевые соединения. Применение специальных составов дает возможность склеивать конструкции и элементы без нагревательного оборудования в условиях низких температур и высокой влажности.

Недостатки клеевых соединений

Главными недостатками клеевых соединений, в частности, полученных с использованием синтетических клеев, является невозможность их использования в жестких и особо жестких условиях эксплуатации.

Соединения конструкций с помощью клея требует высокой точности и поэтапного контроля их исполнения. Специалистам необходимо следить за параметрами и режимами склеивания, соблюдением технологии отверждения клея, а также покоем конструкции в период формирования сцепки. Проверяя полученные соединения, специалист не всегда способен определить возможные дефекты склеивания.

Для многих промышленных клеев технологический процесс отверждения предполагает использование нагревательных элементов. Склеивание горячим способом часто невозможно выполнить при соединении габаритных сложных конструкций.

Что важно знать, рассматривая клеевые соединения?

1. Все технологии склеивания предполагают проведение тщательной многооперационной обработки поверхностей, что существенно усложняет процесс. Процесс отверждения клеевого соединения должен проходить в условиях определенной влажности, поддержании постоянного давления и температурных режимов. Кроме этого, период полного отверждения может занять много времени. Для некоторых типов промышленных клеев на этапе склеивание выполняется нагрев клеевого соединения.
2. Клеевые соединения тщательно проектируются, специалистами выполняется анализ растягивающих и отслаивающих нагрузок, просчитываются напряжения, возникающие вследствие разницы коэффициентов теплового расширения склеиваемой плоскости и клеевого шва.
3. Клеевые швы, несмотря на свои положительные свойства, обладают существенным недостатком – низкая теплостойкость. Использование клея для сборки конструкций ограничивается в случае эксплуатации конструкции при повышенных температурах. Кроме этого, многие виды клеевых соединений могут разрушаться под воздействием механических ударов.
4. Особенности склеивания элементов не дают возможности в полной мере проконтролировать качество соединения.
5. Соединения, полученные путем склеивания, являются неразборными, по этой причине использование клея значительно усложняет процесс разборки или демонтажа конструкций. В условиях интенсивной эксплуатации в агрессивной среде или жесткой эксплуатации не представляется возможным рассчитать долговечность клеевого соединения.