Ракетная мастерская / Энциклопедия / Клеи

   - растворы, дисперсии или расплавы преим. высокомолекулярных органич. или неорганич. веществ природных или синтетич., применяемые для соединения (склеивания) различных материалов. Склеивание основано на явлении адгезии - прочного прилипания (сцепления) клеящей пленки к склеиваемым материалам. Прочность склеивания определяется также когезией - прочностью самой клеящей пленки. Прочное склеивание может быть достигнуто при использовании клеящего материала с высокими адгезионными и когезионными свойствами. Для склеивания необходимо хорошее смачивание соединяемых поверхностей и их плотное прилегание друг к другу.
   Склеивание происходит в результате затвердевания К. путем испарения растворителя, застуднения, а также за счет химич. превращений, полимеризации или поликонденсации компонентов К. В результате этих химич. превращений компоненты К. часто становятся неплавкими и нерастворимыми. В процессе затвердевания клеевой пленки обычно возникает усадка, отрицательно влияющая на прочность соединения. Для уменьшения усадки в К. вводят наполнители. Иногда с целью повышения эластичности клеевого соединения в К. вводят пластификаторы. Остатки растворителя в клеевом слое способствуют образованию пор и снижают прочность клеевой пленки. Прочность соединения, как правило, повышается с уменьшением толщины клеевой пленки. Для большинства К. оптимальная толщина клеевой пленки - 0,05-0,25 мм. Пористые материалы (древесина, пенопласты и др.) и материалы с шероховатой поверхностью благодаря увеличенной поверхности склеивания, а также за счет "заклинивания" клеящего вещества в склеиваемом материале обладают повышенной прочностью соединения.
   Для получения прочного клеевого соединения поверхности, подлежащие склеиванию, обрабатывают шкуркой или струей песка для придания более развитой поверхности, обезжиривают (ацетоном, спиртом, бензином и др.). Ввиду плохой адгезии известных К. к таким неполярным (инертным) материалам, как полиолефины (полиэтилен), политетрафторэтилен, полиэтилентерефталат, перед склеиванием их поверхности подвергают обработке специальными составами (хромовая смесь, раствор металлич. натрия в жидком аммиаке др.), в результате чего они приобретают способность склеиваться обычными К. Максимальная прочность склеивания обеспечивается правильным подбором К. для данного вида материала и точным соблюдением технологии приготовления К. и склеивания. В случае применения К., содержащих растворители, после нанесения их на склеиваемые поверхности дают "открытую выдержку" на воздухе, необходимую для удаления растворителя из клеевой пленки.
   К. применяются для соединения разнообразных материалов: пластмасс, органич. и силикатного стекла, натуральной и искусственной кожи, резины, фарфора, керамики, бумаги, древесины, природных и синтетич. волокон, стали, серебра, меди, алюминиевых, титановых сплавов и др. металлов, неметаллич. материалов и их различных сочетаний.
   Для испытания К. и клеевых соединений обычно определяют концентрацию К., его вязкость, жизнеспособность и прочность склеивания (клеящую способность). Концентрацию К. находят путем высушивания навески К. до постоянного веса при определенной темп-ре (чаще всего 100-120C). Вязкость испытывается с помощью вискозиметров при 20C. Жизнеспособность К. характеризуется временем, в течение к-рого К. сохраняет вязкость, удобную для нанесения на склеиваемые поверхности. Клеящая способность оценивается с помощью испытаний механич. свойств клеевых соединений на образцах стандартных размеров и формы. Для клеевых соединений металлов определяют предел прочности при сдвиге и при равномерном и неравномерном отрыве. Прочность клеевых соединений металлов при сдвиге в зависимости от примененного К. и склеиваемого металла колеблется от 100 до 300кг/см2; при равномерном отрыве прочность достигает 800-900кг/см2; при неравномерном отрыве 10-50 кг/см2.
   При склеивании органич. стекла, древесины и др. материалов проводят испытания на скалывание; при склеивании тканей, теплоизоляции, пленочных материалов - испытание на отслаивание. Прочность клевых соединений многих неметаллич. материалов обычно равна прочности склеиваемых материалов или превышает ее.
   По происхождению различают К. природные и синтетические.
   Природные К. делят на: животные, растительные и минеральные.

   Природные К.
   Чаще всего не стойки к действию влаги, подвержены гниению и относительно быстро теряют во времени прочностные свойства.
   Животные К. - продукты переработки различных материалов животного происхождения (мездры, костей, кожи, молока, крови и др.). К. животные разделяются на глютиновые, казеиновые, альбуминовые и комбинированные.
   Глютиновые К. делят на: мездровые, получаемые из подкожного слоя шкуры животных, костные - из костей и сухожилий, рыбьи - из плавательных пузырей, чешуи, костей и др. отходов. Глютиновые К. образуют прочные клеевые соединения, обладающие, однако, малой водоупорностью и загнивающие под действием микроорганизмов; применяются при склеивании древесины.
   Сухой глюконовый К. выпускается в виде плиток, таблеток, чешуи и поршка, а К. с влажностью 50-60% (галерта) - в виде студня. Клеящая способность, определяемая испытанием прочности клеевого соединения древесины ясеня или дуба на скалывание, для лучших сортов мездрового К. составляетне менее 100 кг/см2. Жизнеспособность р-ров глютиновых К. ограничивается их недостаточной биологич. стойкостью.
   Основным веществом казеиновых К. является казеин, получаемый из обезжиренного молока осаждением творога при действии сычужного фермента или кислот (молочной, серной или соляной). Водостойкие К. получают обработкой казеина окисями нек-рых тяжелых щелочноземельных металлов (чаще всего гидрата окиси кальция, с к-рым казеин образует нерастворимый в воде казеинат кальция). Для увеличения жизнеспособности в состав казеиновых К. вводят щелочи или натриевые соли. Клеящие свойства, водоупорность, вязкость и др. свойства К. зависят от количества щелочи, извести и воды.
   По способу приготовления казеиновые К. разделяются на жидкосмешиваемые и порошкообразные. Жидкосмешиваемые К. готовят на месте потребления. Примерный состав казеинового известково-щелочного К. (в вес. ч.): 100 казеина, 20-30 Ca(OH)2, 8-10 NaOH, 300-400 воды. Необходимо строго соблюдать порядок смешивания компонентов: набухший в воде казеин размешивается вначале со щелочью, а затем с гашеной известью до получения однородной вязкой массы. К. водостоек, клеящая способность при испытании древесины на скалывание не менее 130 кг/см2, жизнеспособность 5-7 час. Порошкообразные К. состоят из сухих компонентов и готовятся на заводах. Примерный состав таких К. (в вес. ч.): 100 казеина, 27 гашеной извести (пушонка), 12 фтористого натрия, 0,5 медного купороса и 2 керосина. Перед употреблением порошкообразный К. разводят водой. Рабочая жизнеспособность - не менее 4 часов (считая с момента начала размешивания с водой). Предел прочности клеевого соединения древесины при скалывании 100 кг/см2 в сухом состоянии и 70 кг/см2 после 24-часового вымачивания в воде. Прочность казеиновых клеевых соединений выше, чем у глютиновых, но стойкость их к атмосферным воздействиям невысока.
   Альбуминовые К. в качестве основного компонента содержат альбумины крови животных. Примерный состав альбуминового К. (в вес. ч.): 100 альбумина, 900 воды, 7,5 извести гашеной или негашеной.
   Измельченый альбумин замачивают в трехкратном количестве воды и тщательно перемешивают при комнатной темп-ре в течение 2-3 час., затем добавляют известковое молоко и оставшуюся воду, нагретую до 26-30C, и все вместе перемешивают до образования однородной желеобразной массы. Жизнеспособность клеевого р-ра 6-9 час. К. отверждается при нагревании до 100-120C. Применяют также К., содержащие аммиак и параформальдегид и отверждающиеся при нормальной темп-ре. Альбуминовые К. образуют более водостойкие соединения, чем казеиновые, но клеевой шов в воде набухает и поражается микроорганизмами.
   Комбинированные К. состоят из альбумина и казеина и обладают более высокой склеивающей способностью, чем альбуминовые и казеиновые К. в отдельности. Применяются для горячего склеивания древесных материалов в прессах.
   Растительные К. готовят на основе различных камедей, канадского бальзама, крахмала, декстрина, натурального каучука, гуттаперчи и др. веществ. Применяются преим. в виде растворов; затвердевают при испарении растворителя. Основное назначение - склеивание бумаги, кожи, текстильных изделий и др.
   К минеральным К. относятся асфальтовые, битумные и т. п. композиции.

   Синтетические клеи (смоляные К.).
   Основой этих К. служат разнообразные синтетич. полимеры и мономеры. Синтетич. К. представляют собой р-ры полимеров в органич. растворителях или в мономерах, а также эмульсии и дисперсии полимеров, или не содержащие растворителей смолы, отверждающиеся в присутствии специальных добавок т.д. Многие синтетические К. представляют собой композиции из нескольких полимерных веществ. Это позволяет сочетать свойства различных полимеров и получать К. с оптимальными свойствами. К. выпускаются в готовом к употреблению виде или приготовляются на месте потребления смешиванием составных частей. Синтетич. К. применяют в жидкотекучем состоянии, а также в виде поршка и пленок. Синтетич. К. на основе органич. полимеров пригодны для использования до 300-350C; кремнийорганич. К. имеют более высокую рабочую темп-ру. Большинство синтетич. К. хорошо выдерживает воздействие переменных темп-р, они обычно стойки к действию влаги, масел, жидкого топлива и различных грибков. При использовании ограниченно водостойких К. защищают торцы клеевых швов специальными лакокрасочными покрытиями. Синтетич. К. делят на 3 основные группы: термореактивные, термопластичные и К. на основе эластомеров.
   1) Термореактивные К. содержат смолы, необратимо отверждающиеся при нагревании или в присутствии специальных отвердителей. К. этого типа относятся большей частью к числу теплостойких, они образуют прочные, но жесткие и хрупкие клеевые швы. К ним относятся К. на основе след. смол: фенолоформальдегидных, карбамидных, эпоксидных, полиуретановых, полиэфиракрилатных, кремнийорганических и др.
   Феноло-формальдегидные К., не подвергнутые модифицированию (ВИАМБ-3, КБ-3, В-31-Ф-9, ЦНИИПС-1, ЦНИИМОД и др.) применяют гл. обр. с добавками кислых отвердителей (сульфонафтеновые к-ты - так наз. керосиновый контакт, и др.) для склеивания древесины, фанеры, древесных пластиков, пенопластов, органич. стекла и др. материалов (без нагревания или при 50-60C). Эти К. готовят гл. обр. на основе водорастворимых смол резольного типа. Примерный состав К.: (в вес. частях): 100 смолы, 1400-4500 керосинового контакта, 6-12 ацетона или спирта. Феноло-формальдегидные К. получают смешиванием компонентов на месте потребления. Жизнеспособность 2,5-4 час. Прочность клеевых соединений древесины (ясеня, дуба) и древесных пластиков при скалывании - не менее 130кг/см2. К. водостойки.
   Фенолоформальдегидные смолы, модифицированные поливинилацеталями (БФ-2, БФ-4, ВС-10Т, ВС-350, Ридакс-Е), каучуками ( ВК-3, ВК-4, ВК-32-200, ВК-32-250, и др.), полиамидами и другими полимерами, позволяют получать клеевые соединения, обладающие высокой механической прочностью, Эти К. пригодны для склеивания металлов и неметаллов в силовых конструкциях. Феноло-поливинилацетальные К. применяют как в виде расворов фенол-формальдегидной смолы и поливинилацеталя (чаще всего поливинилбутираля) в органич. растворителе (БФ, ВС-10Т, ВС-350, Ридакс-64 и др.), так и в виде композиций, состоящих из р-ра смолы и порошка поливинилформаля (Ридакс-Е). В последнем случае на поверхность склеиваемого материала наносят раствор смолы, а затем посыпают порошкообразным поливинилформалем. Применяют также в виде пленок. Склеивание производят при 150-200C под давлением. Прочность клеевых соединений металлов при сдвиге до 400 кг/см2 , теплостойкость от 60C(БФ-2), до 200-350C (ВС-10Т, ВС-350). Срок хранения растворов - 6 месяцев.
   Феноло-каучуковые К. обычно состоят из двух р-ров: феноло-формальдегидной смолы и резиновой смеси. Готовят на месте потребления смешиванием этих двух р-ров. Жизнеспособность - до 24 часов. Прочность клеевых соединений металлов 200-300 кг/см2 при сдвиге. Клеевые соединения термостойки до 200-300C и отличаются высокой водостойкостью. Склеивание пленочными К. (ВК-3, ВК-4, ВК-32-200) производят под давлением при 170-200C. Применение пленочных К. имеет большое технологич. преимущество при склеивании мало искривленных изделий.
   Карбамидные и меламиновые К. (К-17 и др.) готовят на основе мочевино- и меламино-формальдегидных смол. В отличие от феноло-формальдегидных карбамидные К. не являются водостойкими и используются преим. в произ-ве фанеры и при склеивании древесины (без нагревания, а также и при повышенной темп-ре). К. на основе меламино-формальдегидных смол обладают повышенной водостойкостью. Примерный состав мочевино-формальдегидного К. (в вес. частях): 100 смолы, 0,5-2,0 отвердителя (хлористый аммоний), до 10 наполнителя (древесная мука); жизнеспособность обычно 6-10 часов. Режимы склеивания:3-6 часов при 20C или 3-12 минут при 90-125C. Прочность клеевых соединений древесных материалов при скалывании (фанера) составляет 15-40 кг/см2 (в сухом состоянии) и 0-30 кг/см2 (после выдержки в воде при 20C в течение 48 часов).
   Эпоксидные К. приготовляют на основе полиэфиров, содержащих в своем составе эпокси-группы (см. Смолы эпоксидные). Эпоксидные смолы являются основой К. с высокой адгезионной способностью к большинству материалов. Если в качестве катализаторов применяют вещества основного характера, напр. амины, эпоксидные К. отверждаются без нагревания (Л-4, К-153 и др.). Кислые катализаторы (гл. обр. ангидриды органич. двухосновных к-т) используют при получении эпоксидных К., отверждающихся при нагревании (ВК-32-ЭМ и др.). Известны твердые эпоксидные К. (в виде порошка или сформованных прутков) марок Эпоксид-П и ПР, Аральдит-1 и др. Эпоксидные К. холодного отверждения обычно не содержат растворителей и состоят (в вес. ч.): 100 жидкой эпоксидной смолы и 6-10 полиамина (гексаметилендиамин, полиэтиленполиамины, триэтилентетрамин и др.). Жизнеспособность - 0,5-3 часа. Время отверждения - 1-3 суток при 20C. Прочность клеевых соединений металлов при сдвиге 100-150 кг/см2. К. не теплостойки, обладают невысокой стойкостью к действию воды. К., отверждающиеся при нагревании (в течение 0,5-1 часа при 180-200C), состоят из жидкой смолы (100 вес. ч.), в к-рой перед употреблением растворяют отвердитель (напр., малеиновый ангидрид). Жизнеспособность - до 1 суток. Клеевые соединения металлов имеют прочность 200-300 кг/см2 при сдвиге и до 900 кг/см2 при равномерном отрыве. Теплостойкость - до 100-150C. Водостойкость удовлетворительная. Для склеивания поршковым К. или К. в виде прутка склеиваемую поверхность (нагретую до 100-110C) натирают прутком или посыпают порошком с последующим соединением поверхностей и выдерживанием при 180-200C под давлением 1-3 кг/см2.
   Полиуретановые К. (ПУ-2, ВК-5) используются для склеивания металлов и большинства неметаллических материалов как на холоду, так и при нагревании. Они обычно состоят из р-ров полиэфира и полиизоцианата ( напр., толуилендиизоцианата), смешиваемых непсредственно перед употреблением. Жизнеспособность 2-4 часа. Прочность клеевых соединений металла - до 150 кг/см2 при склеивании в течение 4 часов (100-110С). Теплостойкость - до 60C . Из изоцианатных К. наиболее широко известен лейконит - раствор n, n`, n``-триизоцианата трифенил метана в органич. растворителе. Применяют для крепления резины к металлу. Модифицированный феноло-формальдегидной смолой полиамидный К. МПФ-1 отличается высокой эластичностью и хорошими показателями механич. прочности клеевых соединений и применяются для склеивания металлов в конструкциях силового назначения; недостаточно водостоек; теплостойкость - до 60C.
   К термореактивным К. относятся также: полиэфиракриловые К. применяемые для соединения неметаллич. материалов, напр. органич. стекла (ВК-32-70), а также металлов (ПК-5); кремнийорганические К.(КТ-15,МАС-1, ИП-Э и др.) служат для склеивания резин из кремнийорганического каучука. Кремнийорганич. К. ВК-2 и ВК-6 являются высокотеплостойкими (до 1000C) и используются для соединения металлов и теплостойких неметаллич. материалов.
   2) Термопластичные К. (К. на основе растворов полиамидов, полиакрилатов, поливинилацетата, дополнительно хлорированного поливинилхлорида, эфиров целлюлозы и др. полимеров) при нагревании могут размягчаться, при охлаждении - вновь отвердевать. Эти К. отличаются меньшей прочностью и меньшей жесткостью, чем термореактивные; применяют для склеивания термопластич. материалов при нагревании и на холоду. К термопластичным относятся полиизобутиленовые К., применяемые для изготовления липких лент.
   3) Эластомерные К. - преим. на основе каучуков, сходные с термопластами, но отличающиеся высокой эластичностью (см. Клеи резиновые).

   Лит.:
   Клеи и технология склеивания. Сб. статей, под ред. Д.А. Кардашова, М., 1960; Адгезия, клеи, цементы, припои. Сб. под ред. Н. Дебройна и Р. Гувинка, пер. с англ., М., 1954; Кардашов Д.А. [и др.], Пластические массы, 1959, № 1, 40-49; Эпштейн Г., Склеивание металлов, пер. с англ., М., 1956; Кардашов Д.А., Хим. Наука и пром-сть, 1957, 2, № 5; Бердинских И.П., Клеи и склеивание, Киев-М., 1952; Кротова Н.А., О склеивании и прилипании, М., 1956; Благонравова А.А., Кардашов Д.А., Ж.Всес. хим. Об-ва им. Д.И. Менделеева, 1962, 7, № 2; Klebtechnik. Die Adhasin in Theorie und Praxis, Stutg., 1957, Ullmann, 3 Aufl., Bd 9, Munchen - B., 1957, S.578-609. Д.А. Кардашов.