Свойства и применение эпоксидного клея

Наиболее часто эпоксидные смолы применяются в качестве эпоксидного клея …

ЭПОКСИДНЫЕ КЛЕИ — композиции на основе эпок­сидных смол.

Эпоксидные клеи могут состоять только из смолы и отвердителя или содержать также наполнители, пласти­фикаторы, модификаторы, растворители и др. Эпоксидные клеи мо­гут быть жидкими, пастообразными и твердыми (моно­литными, порошкообразными) или пленочными.

В качестве отвердителей используют ди- и полиамины, аминоамиды (главным обрразом дициандиамид), органические кислоты и их ангидриды, комплексы к-т Льюиса с аминами и эфирами, а также полимерные отвердители-модификаторы (феноло-формальдегидные и кремнийорганич. смолы, каучуки, полиамиды на ос­нове жирных кислот и др.).

Первичные и вторичные амины используют в коли­честве 6—15% от массы эпоксидной смолы, третичные — в количестве не более 5% (при больших концентрациях они могут вызвать побочную реакцию образования про­стых полиэфиров из эпоксидных смол). Наилучшие физико-механические характеристики клеевых соединений достигаются при использовании 30% малеинового ан­гидрида или 40% фталевого. Другие ангидриды и кислоты вводят в эпоксидные смолы в количестве не более 0,85 моль на 1 моль смолы. Модифицированные эпоксидные клеи содержат обычно на 100 мас. ч. эпоксидной смолы 30—50 мас. ч. низкомолекулярных полиамидов на ос­нове жирных кислот, до 65 мас. ч. феноло-формальдегидных смол, 10—50 мас. ч. полисульфидов, до 100 мас. ч. полиамидов.

Наполнителями эпоксидных смол служат порошки (например, окись алюминия, сажа, кремнезем, алюминиевый, никелевый порошки), ткани из стеклянных и синтетических волокон, волокна (стеклянное, углеродное и др.) В зависимости от природы наполнителей их количество составляет 50—300% от массы сухой смолы. Некоторые наполнители (например, окись ванадия, бериллия или цинка) могут действовать как отвердители и стабилизаторы термо­окислительной деструкции.

Растворителями для эпоксидных клеев служат спирты, ксилол, ацетон и другие органические соединения или их смеси в количестве не более 3—5% от массы сухой смолы. Большее количество растворителя нежелательно из-за труд­ности его удаления из клеевого соединения. Некоторые растворители (например, спирты) могут ускорять отверждение эпоксидных клеев аминами.

Наиболее перспективно применение активных разбавителей, которые вступают во взаимодействие с эпоксидной смолой. Монофункциональные активные разбавители берут в количестве, обычно не превышающем 10-20% от массы сухой смолы, т.к. их присутствие в клее ведет к неполному отверждению смолы.

В качестве пластификаторов применяют эфиры фталевой и фосфорной кислот. Олигосульфиды, олигоамиды , каучуки или др. олигомерные и поли­мерные пластификаторы предпочтительнее, т. к. при­менение их позволяет регулировать физико-механические свойства эпоксидных клеев и обеспечивать стабильность клеевых соединений в условиях эксплуатации.

Приготовление клеев. Жидкие и пастообразные эпоксидные клеи готовят смешением отдельных компонентов в смесите­лях (при небольших количествах — вручную). Эпоксидные клеи отверждаемые без нагрева,имеют малую жизнеспособ­ность, их готовят непосредственно перед употребле­нием. Высоковязкие эпоксидные смолы перед смеше­нием прогревают при 25—35°С, а твердые отверди­тели — при более высоких температурах. Это облегчает смешение компонентов. Пленочные эпоксидные клеи получают из расплава поливом на антиадгезионную подложку или окунанием в жидкий клей тонкой стеклоткани с последующей сушкой. Порошкообразные — смешением порошкообразных ком­понентов. Эпоксидные клеи в виде прут­ков изготовляют прессованием или экструзией.

Свойства клеев. Жизнеспособность при комнатной темп-ре жидких и пастообразных эпоксидных клеев, отверждаемых алифатическими первичными или вторичными аминами, составляет 1—6 часов, фталевым или малеиновым ангид­ридом — до 5 суток, дициандиамидом, тетрагидрофталевым или хлорэндиковым ангидридом — несколько ме­сяцев. Жизнеспособность пленочных эпокси-фенольных и эпокси-полиамидных клеев равна 6—12 меяцев при темпеpaтураx от —10 до 4°С и 2—30 суток при комнатной температуре.

Твердые эпоксидные клеи могут храниться при комнатной температуре в течение 1 года, а при температуpax, близких к 0°С, до 3 лет.

Технология склеивания. Соединяемые поверхности пе­ред склеиванием необходимо подвергать механической об­работке (например, шкуркой, песком или дробью), обра­ботке ультразвуком, травлению в кислотной ванне, обезжириванию в жидких органических растворителях или их парах. Физико-механические характеристики клеевых соединений, а также их ста­бильность при эксплуатации зависят от вида этой подготовки. Например, адгезия клея к алюминиевым спла­вам, анодированным в хромовой кислоте, выше, чем к ано­дированным в серной кислоте.

В связи с относительно высокой гидрофильностыо некоторых отвержденных (например аминами) эпоксидные клеи, их клеевые соединения, рабо­тающие в условиях повышенной влажности, особенно чувствительны к качеству предварительной подготовки склеиваемых поверхностей.

Жидкие или пастообразные эпоксидные клеи наносят на склеи­ваемые поверхности кистью, шпателем или напылением с помощью пистолета в количестве 200—250 г/м ² на монолитные поверхности и до 400 г/м ² — на пористые. Эпоксидные клеи с высоким содержанием растворителя можно наносить на склеиваемые поверхности распылением. Пленочные эпоксидные клеи закладывают между склеиваемыми поверхностями или последние нагревают до 120°С и затем натирают прутками; порошкообразные клеи на­носят погружением в них нагретых деталей либо газопламенным напылением.

Эпоксидный клей расплавляется и равно­мерно распределяется по поверхности. Если клеевые пленки хранились при температуpе ниже 0°С, их необхо­димо выдержать в герметичной упаковке при комнатной температуре, чтобы исключить возможность конденсации влаги на их поверхности.
Склеиваемое изделие выдерживают под давлением 0,01—0,15 Мн/м ², или 0,1 — 1,5 кгс/см ² (в случае жидких и пастообразных эпоксидных клеев) и 0,1—0,5 Мн/м ², или 1—5 кгс/см ² (пленочных).

Время выдержки — от нескольких часов до нескольких суток при температуре, зависящей от состава клея и составляющей около 20°С для клеев, отверждаемых без нагрева, 60—120°С для клеев, отверждаемых при уме­ренных температуpax, и 140—300°С для клеев горячего отверждения.

Свойства клеевых соединений Теплостойкость клее­вого соединения на основе эпоксидных клеев зависит от типа при­меняемого отвердителя, например в случае малеинового ангидрида она достигает 150°С, пиромеллитового — 250°С. На прочностные свойства клеевого соединения существенное влияние оказывают температуpa склеивания, время выдержки и повышения температуры.

Клеи, отверждаемые без нагрева, содержат обычно жидкую эпоксидную смолу, алифатич. полиамин или их аддукт, наполнитель и пластифика­тор; их отверждают в течение 24—72 часов при ~20°С. В действительности структурирование подобных клеев протекает более длительно и при температуpax выше температуры стеклования смолы происходит доотверждение клея, от глубины которого зависят прочностные характеристики клеевого соединения. Для повышения проч­ности и стабильности свойств клеевых соединений на основе клеев, отверждаемых без нагрева, целесообразно подвергать такие соединения термообработке при 70—80°С в течение 5—6 часов.

Клеевые соединения, отвержденные без нагрева, обладают невысокими прочностными характеристи­ками. Клеевые соеди­нения атмосферо-, масло- и бензостойки, устойчивы к действию разбавленных кислот и щелочей.
При длительном пребывании клеевых соединений в воде (1—3 месяцев) прочностные характеристики значи­тельно снижаются, особенно при склеивании изделий из древесины и других гидрофильных материалов.

Клеи этого типа не вызывают коррозии анодированных алюминиевых сплавов, хорошо соединяют изделия из винипласта между собой и с дюралюмином. Получен­ные клеевые соединения не нарушаются при механической обработке склеенных изделий.

Эпоксидные клеи, отверждаемые олигоаминоамидами, обеспечи­вают более высокую прочность соединения, чем опи­санные выше эпоксидные клеи, причем прочностные характерис­тики их не изменяются при воздействии в течение 30 суток переменных температур от — 60 до 125°С, но сни­жаются на ~20% после пребывания в воде при 20°С в течение 30 суток. Например, прочность при равномерном отрыве клеевых соединений на основе клея ВК-9 составляет 20 Мн/м ² (200 кгс/см ²). Клеи этого типа хорошо заполняют зазоры между склеивае­мыми поверхностями, имеют незначительную усадку, а клеевые соединения — более высокую эластичность, электроизоляционные свойства и атмосферостойкость.
Эпоксидно-полисульфидные клеи обеспечивают вы­сокую прочность соединения металлов и стеклоплас­тиков между собой и друг с другом.

Клеевые соединения масло-и бензостойки, обладают высокой стойкостью в агрес­сивных средах и высокой эластичностью, однако их прочностные характеристики после пребывания в воде в течение 30 суток снижаются на 15—30%. Максималь­ная рабочая темп-ра 60—70°С. Клеи этого типа про­являют ползучесть под повышенными нагрузками, особенно при температуpax, близких к температурам размягче­ния полимеров.

Эпоксидные клеи для строительных конструкций, образующие эластичные клеевые соединения, готовят на основе жидких эпоксидных смол, модифицированных бутадиеннитрильным каучуком (20—100 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы) и олигоэфиракрилатом на основе фталевого ангидрида, триэтиленглиКоля и метакриловой кислоты. Прочностные характеристики клеев этого типа значи­тельно ниже, чем эпоксидно-олигоэфиракрилатных, од­нако они обладают достаточной эластичностью при низких температуpax и высокой атмосферостойкостью.

К клеям,отверждаемым при 60—120°С, относятся главным образом пленочные модифицированные ком­позиции, а также жидкие и пастообразные компози­ции, применяемые для склеивания металлов и неметал­лов, обладают высокими проч­ностными характеристиками, в частности ударной вязкостью (например, прочность при сдвиге клеевых соеди­нений алюминиевых сплавов 40 Мн/м ² или 400 кгс/см ² , при 20°С и 28 Мн/м ² , или 280 кгс/см ² , при 100°С); стой­костью к действию топлив, масел и органических растворителей.

Клеи горячего отверждения (140—300°С). Клеевые соединения на основе эпоксидно-ангидридных клеев обладают
значительной теплостой­костью, стойкостью к действию масел, бензина и органических растворителей, високими электроизоляционными свойствами.

Применение. Эпоксидные клеи — один из самых универсальных клеев, применяемых практически во всех областях промышленности. В машиностроении эпоксидные клеи служат для изготовления технологичной оснастки, абразивного инструмента и др. В строительстве с помощью эпоксидныхклеев склеивают трехслойные панели, железобетонные конструкции мостов и др., а при строительстве дорог и взлетно-посадочных полос аэродромов — железобетонные плиты дорожного полотна. Эпоксидные клеи используют для создания клеесварных соединений при сборке летательных аппаратов, для приклеивания внутренних силовых конструкций к их обшивке, склеивания сот и сборки сотовых конструкций. Они применяются в космической технике при изготовлении солнечных батарей, для крепления внутренней и наружной теплозащиты, емкостей для хранения жидкого кислорода и др. При помощи эпоксидного клея в судостроении собирают суда из стеклопластиков, монтируют высоконагруженные узлы крепления, создают клеесварные и клеезаклепочные соединения. Эпоксидные клеи используют в автомобильной промышленности для крепления тормозных накладок и других пластмассовых деталей к металлическим; в электронной, радиотехнической и электротехнической промышленности — для монтажных работ и т.д.