Menu główne:

  Technologia klejenia - ABC klejenia

• Adhezja

• Kohezja

• Przykłady prawidłowych złącz klejonych

• Kierunki działania sił na złącza klejone

• Sposoby aplikacji klejów dwuskładnikowych

• Przygotowanie powierzchni do klejenia

     Adhezja

Przez pojęcie adhezji rozumie się siły przylegania powierzchni różnych materiałów. W klejeniu największe znaczenie mają fizyczne siły przyciągania, względnie adsorpcji, zwane siłami Van der Waalsa (siły Van der Waalsa to długozasięgowe przyciągające siły oddziaływania międzyatomowego lub międzycząsteczkowego).

Zakres oddziaływania tych sił międzycząsteczkowych jest znacznie mniejszy niż chropowatości mechaniczne obrobionych powierzchni. Dlatego klej musi wniknąć w chropowatości i całkowicie zwilżyć powierzchnie.

Zdolność zwilżania powierzchni przez płynny klej uzależniona jest od energii powierzchniowej materiałów. Klej zwilża wystarczająco powierzchnię materiału tylko wówczas, gdy jego napięcie powierzchniowe jest przynajmniej równe lub mniejsze od energii powierzchniowej danego materiału. Przykładowe energie powierzchniowe różnych materiałów w temperaturze pokojowej:

• PTFE (teflon): 18 mN/m
• PVC : 40 mN/m
• Poliamid 6/6: 46 mN/m
• Żelazo: 2030 mN/m
• Wolfram: 6800 mN/m

dla porównania:

• kleje anaerobowe: 30-47 mN/m

Tabela wykazuje, że metale dają się łatwo kleić, natomiast przy tworzywach warunki są już często krytyczne. Odpowiednią obróbką wstępną można pozytywnie wpłynąć na energie powierzchniowe klejonych części.

Zniszczenie adhezyjne zachodzi wtedy, kiedy siły adhezji są mniejsze zarówno od sił spójności, jak i sił obciążenia zewnętrznego.

     Kohezja

Kohezją, czyli spójnością spoiny klejowej, określa się jej wytrzymałość mechaniczną, będącą przejawem wzajemnego przyciągania się cząsteczek spoiwa. Zniszczenie złącza klejowego może nastąpić w skutek:

• oderwania warstwy kleju od podłoża - zniszczenie adhezyjne,
• zniszczenia błony klejowej - zniszczenie kohezyjne,
• zniszczenia sklejonego materiału - zniszczenie tworzywa konstrukcyjnego.

Zniszczenie kohezyjne następuje wówczas, gdy siły wiązań międzycząsteczkowych kleju ustępują siłą spójności i siłą obciążenia zewnętrznego.

Zgodnie z regułą, że łańcuch jest tak mocny, jak najsłabsze jego ogniwo, siły adhezji i kohezji powinny mieć zbliżone wielkości.

     Przykłady prawidłowych złącz klejonych

Już w fazie konstruowania należy brać pod uwagę własności i możliwości klejów. Dla optymalnych wyników na połączenie klejowe powinny, w miarę możliwości, działać tylko siły ścinające i (lub) ściskające.

Siły oddzierające działają na połączenie klejowe wyjątkowo niekorzystnie, ale można im zapobiegać odpowiednią zmianą konstrukcji. Aby móc przenosić duże siły należy stosować możliwie duże powierzchnie.

W trakcie montażu części trzeba ciągle uważać, aby naniesiony klej nie został z nich zepchnięty. Części łączone fazować (kąt fazy 15-35°). Należy także kontrolować wzajemne położenie części, gdyż poprawianie ich w trakcie procesu utwardzania niszczy tworzone łańcuchy polimeryzacyjne, co ma wpływ na wytrzymałość końcową połączenia klejowego.

W przypadku pasowania części w otworze nieprzelotowym, sprężające się w nim powietrze może zepchnąć klej z części wsuwanej. Można temu zapobiec stosując otworek odpowietrzający lub dozować klej bezpośrednio w otwór nieprzelotowy. Przy wciskaniu części pasowanej klej zostanie wypchnięty do góry i wypełni dobrze szczelinę.

W sklejaniu części o bardzo zróżnicowanym współczynniku rozszerzalności cieplnej, przy zaistnieniu różnic temperatury pracy w miejscu klejenia mogą powstawać duże siły rozciągające. Klej może przenosić takie siły w połączeniu wał-piasta, jeśli część wewnętrzna posiada większy współczynnik rozszerzalności. W przeciwnym wypadku, aby piasta nie zsunęła się z wałka, trzeba zastosować pasowanie wtłaczane.

 

 

     Kierunki działania sił na złącza klejone

 

Rysunki po lewej stronie obrazują prawidłowy rozkład sił w złączu klejonym. Należy unikać konstrukcji, w których występują siły działające w kierunkach pokazanych na rysunkach po prawej stronie (niecentryczne rozciąganie i oddzieranie).

     Sposoby aplikacji klejów dwuskładnikowych

Klej z utwardzaczem w postaci 'lakieru'. Jedną z powierzchni klejonych można przygotować nawet na długo przed procesem klejenia poprzez naniesienie na nią wcześniej warstwy lakieru-utwardzacza.

Utwardzacz w postaci pasty lub proszku dodawany jest do kleju bezpośrednio przed klejeniem. Tzw. czas otwarcia określa czas, przed upływem którego należy dokonać złożenia części razem. Niektóre kleje wymagają bardzo dokładnego (równomiernego) wymieszania obu składników.

Dozowanie przy pomocy dozownika z automatycznym mieszaniem dwóch składników kleju.

Klej w kartuszach dwukomorowych. Dozowanie przy pomocy ręcznego lub pneumatycznego pistoletu dozującego. Kartusze są "gotowym", prostym i tanim systemem dozowania, zastępującym drogie urządzenia dozujące.

Nakładanie kleju metodą "strużka na strużkę" (ang. bead on bead, kropla na kroplę).

Klasyczny system A/B. Składniki kleju są rozprowadzane na każdej powierzchni osobno, a następnie całość składana razem. Reakcja utwardzania zachodzi dopiero w momencie zetknięcia obu powierzchni.

     Przygotowanie powierzchni do klejenia

Połączenie klejowe jest tym mocniejsze, im gruntowniej zostały oczyszczone powierzchnie w miejscu łączenia.

Siły adhezji mogą być znacznie zwiększone przez:

• usunięcie obcych warstw powierzchniowych, przez odtłuszczanie lub obróbkę mechaniczą.
• utworzenie, obróbką chemiczną, nowych aktywnych warstw powierzchniowych.

Odtłuszczanie powierzchni klejonych

Podstawą niezawodnego złącza jest całkowite usunięcie z powierzchni klejonych oleju, tłuszczu, kurzu i innych zanieczyszczeń. ponieważ zmniejszają one siły przylegania kleju w miejscu łączenia. Nadają się do tego wszystkie rozpuszczalniki, które bezśladowo odparowują z mytych powierzchni.

Obróbka mechaniczna

Powierzchnie metalowe często pokryte są warstwą tlenków, której nie można usunąć samym odtłuszczaniem.

Zaleca się wówczas mechaniczną obróbkę powierzchni piaskowaniem, szlifowaniem lub szorstkowaniem.

Przy szlifowaniu papierem ściernym należy zwrócić uwagę na jego odpowiednią ziarnistość (np. 300 do 600 dla aluminium, 100 dla stali).

Po każdej z tych metod części łączone należy dokładnie odtłuścić. Przy klejeniu części gumowych zalecane jest mechaniczne zdjęcie ewentualnych warstw wprasowanych lub nawulkanizowanych

Piaskowanie tworzyw sztucznych proszkami z utwardzonego żeliwa lub elektrorundu sprawdziło się w praktyce.

Powierzchnie gumowe należy uwolnić od środków antyadhezyjnych za pomocą rozpuszczalnika lub papieru ściernego.

Obróbka chemiczna

Niektóre materiały trudnosklejalne (dotyczy to zwłaszcza tworzyw sztucznych), wymagają obróbki chemicznej. Najczęściej stosowanym zabiegiem jest wytrawianie powierzchni. Skład kąpieli trawiących zalecają w swoich poradnikach producenci klejów.