Склеивание оргстекла

Склеивание - это чаще всего применяемый способ стыкования. Вследствие физических и химических свойств оргстекла при склеивании друг с другом, изделий из этого материала или при склеивании с другими материалами получаются соединения, которые частично показывают очень высокие параметры прочности. Вместе с тем такие соединения представляются очень привлекательными в оптическом отношении, так как благодаря возможности бесшовного, визуально не различимого склеивания получаются конструктивные детали, которые проявляют себя как цельные.

Качество склеивания зависит главным образом от опыта исполнителя. А поэтому в случае с о способами склеивания каждый раз должны проводиться предварительные испытания.

1. Клеящие системы

Для склеивания органического стекла с самыми различными материалами были разработаны специальные клеи. Они подразделяются на две группы, которые отличаются разными механизмами реакции:

• схватывающиеся по химическому типу (двухкомпонентные отверждающиеся клеи): полимеризуемые и полиприсоединяемые клеи;
• схватывающиеся по физическому типу: клеи в виде раствора, клеящие лаки, ленты с клеевым слоем

Клеи, схватывающиеся по химическому типу, в корне отличаются от клеев, схватывающихся по физическому типу. Затвердевание клея происходит в результате химической реакции отвердения разных компонентов клея. Реакция отверждения запускается смешиванием компонентов, притоком тепла или контактированием с вводимыми в смесь инициаторами и отвердителями или влажным воздухом. Поскольку в клее отсутствует растворитель, то прочность клеевого соединения держится только на силах адгезии между клеем и органическим стеклом. Двухкомпонентный отверждающийся клей превосходным образом подходит для склеивания поверхностей по причине того, что он заполняет стык.

1.1 Полимеризуемый клей

Полимеризуемый клей получают на базе полиметилметакрилата и метилметакрилата в одно- или многокомпонентном исполнении. В случае применения этого клея клеевые швы следует формировать, выдерживая такие размеры, чтобы, несмотря на усадку в процессе реакции отвердения клеевая щель всегда была заполнена достаточным количеством клея. Полимеризуемый клей отличается высокой прочностью (до 60-70 % от прочности исходного материала) и атмосферостойкостью.

1.2 Полиприсоединяемый клей

Полиприсоединяемый клей получают на основе уретановых мономеров. Это клей основан на двухкомпонентной рецептуре. Он не содержит растворителя , обладает высокой прозрачностью и легко смешивается. Кроме того, он пригоднен для склеивания с другими материалами. Как и полимеризуемый клей, он показывает хорошую прочность склеивания при высокой атмосферостойкости.

Клеи, схватывающиеся по физическому типу, в химическом отношении считаются уже готовыми к применению, так как не требуется их смешивать. Затвердевание клея происходит по физическому типу вследствие испарения растворителя. Прочность плоскости соединения в этом случае составляет 25-35% от прочности исходного материала.

1.3 Клеи в виде раствора

Клей в виде раствора состоит большей частью из растворителей, которые размягчают склеиваемые поверхности. Время затвердевания соответствует времени испарения растворителя, которое редко происходит полностью.

1.4 Клеящие лаки

Клеящие лаки можно назвать концентрированными растворами клеев в растворителях, которые образуются при добавлении полимеров (измельчённый материал). Поскольку испарение растворителя происходит медленнее, чем в случае с обычными клеями в виде растворов, то обработку можно производить в течение более длительного времени. Клеящие лаки следовало бы применять только в тех случаях, когда не требуется высокой атмосферостойкости и стойкости к химически агрессивным средам.

2. Клеящая способность

Блочное и экструзионное органическое стекло имеют различия в клеящей способности. Поэтому при выборе клея учитываются свойства соответствующего материала.

Для склеивания блочного (высокомолекулярного) органического стекла применяют главным образом полимеризуемые клеи, так как в результате такого сочетания можно получить высокопрочные (вплоть до 75% собственной прочности органического стекла) и полностью отвечающие повышенным требованиям к оптическим характеристикам соединения, которые пригодны для применения даже на открытом воздухе. Чистые растворители размягчают части из литого органического стекла только в слабой степени, вследствие их высокой молекулярной массы, а поэтому применяться могут лишь условно. Для этой цели больше подходят клеящие лаки, в случае с которыми растворитель испаряется медленнее, чем в случае с чистыми растворителями. Таким образом, он дольше находится в клеевом шве и увеличивает время набухания полимера. Вследствие их изготовления при почти полном отсутствии внутренних напряжений соединяемые детали из органического стекла лишь незначительно склонны к образованию трещин в результате внутренних напряжений. А поэтому обычно не требуется производить отжиг соединяемых деталей перед склеиванием, за исключением случая применения для склеивания труб.

Хороших результатов при склеивании экструзионного (низкомолекулярного) органического стекла можно достичь с помощью полимеризуемых клеев и клеев в виде растворов. При применении полимеризуемых клеев, детали, тем не менее, должны быть свободны от внутренних напряжений, чтобы исключить обусловленное ими растрескивание. В некоторых случаях перед склеиванием необходимо производить отжиг при температурах 60-80 С с тем, чтобы уменьшить внутренние напряжения соединяемой детали, вызванные предшествующими этапами обработки, например, распиловкой, фрезерованием, полированием или глубокой вытяжкой.

Наряду со свойствами клеев, которые определяются главным образом молекулярным весом, в случае с блочным и экструзионным стеклом нужно учитывать ещё и другие воздействия:

• Не воспламеняющиеся материалы могут продлевать отверждение полимеризуемых клеев при одновременном уменьшении конечной прочности.
• В случае с окрашенным органическим стеклом существует опасность того, что краситель "полиняет" под действием клея.
• Соединяемые части с высокой концентрацией пигмента, при одинаковых условиях достигают меньшей прочности склеивания.
• Детали, характеризующиеся повышенной ударной вязкостью, могут стать ломкими в области стыка.
• Изделия, полученные способом вытяжки или термоформования, обладают меньшей прочностью склеивания в направлении, перпендикулярном к плоскости вытягивания.

При любых типах органического стекла перед процессом склеивания рекомендуется придавать шероховатость склеиваемым поверхностям, для того, чтобы улучшить прочность склеивания. Это в особенности относится к деталям, используемым в аппаратах и ёмкостях, на которые воздействуют механические нагрузки.

3. Последовательность осуществления процесса склеивания

Обычно процесс склеивания складывается из следующих рабочих операций:

• Предварительная обработка соединяемых частей
  Поверхностям пластин рекомендуется придать шероховатость с помощью водостойкой шлифовальной бумаги (размер частиц 320 - 400). После этого необходимо очистить и обезжирить соединяемые детали, соблюдая при этом указания изготовителя клея. В большинстве случаев перед склеиванием требуется отжиг соединяемых деталей с целью уменьшения внутренних напряжений материала, обусловленных обработкой срезанием, а значит, предотвращения образования трещин. В случае с полиприсоединяемыми клеями отжига, как правило, не требуется. При необходимости для защиты поверхностей от повреждения растворителем или нанесения царапин их можно обклеить соответствующей плёнкой.
• Подготовка клея при двух- или многокомпонентных клеящих системах
• Нанесение клея
  Необходимо проследить за равномерным смачиванием склеиваемых поверхностей и постоянной толщиной слоя. Способ нанесения зависит от вязкости клея.
• Достижение по времени состояния, при котором клей приобретёт способность соединять
• Состыковка и фиксирование деталей
  При склеивании детали нельзя накладывать друг на друга с перекосом, между соединяемой частью и клеем не должно быть заключено воздуха. Нанесённый клей не должен смазываться при соединении частей. После произведённого состыкования возможны лишь условные корректировки. Можно порекомендовать фиксирование соединяемых деталей с помощью соответствующих приспособлений для склеивания, чтобы предотвратить скольжение при затвердевании клея, чтобы можно было точно отрегулировать длину при стыковании внахлёстку и при необходимости устанавливать вставки для прижимания и склеивания. Следует учесть, что растворы клея требуют применения большего давления при соединении, так как усадка при сцеплении больше, чем в случае с двухкомпонентными клеями.
• Отверждение и охлаждение
• Удаление фиксации
• Окончательная обработка

Отжиг после склеивания предназначается для лучшего отвердения клеевого шва и вследствие этого приводит к лучшей прочности склеивания и хорошему, без наличия трещин внешнему виду, сохраняющемуся в течение длительного времени. В случае с полиприсоединяемыми клеями окончательного отжига не требуется.

4. Конструктивное оформление

В зависимости от нагрузки клеевые соединения могут иногда не оправдывать себя. При принятии соответствующих мер и достаточной соразмерности поверхностей склеивания может быть перенесено воздействие очень высоких нагрузок. Следует по возможности избегать возникновения напряжений расслаивания и растяжения. Их можно обойти с помощью несложных конструктивных мероприятий. К последним относятся, в частности, скашивание стыков и использование элементов жёсткости в диапазоне переноса сил между отдельными соединяемыми деталями.

5. Технологии склеивания

Вследствие различных механизмов реакции используемая технология склеивания зависит от соответствующего типа клея.

5.1 Клеи в виде раствора

Края склеиваемых деталей должны быть как можно более короткими, узкими и плоскими. На предшествующем рабочем этапе склеиваемые кромки необходимо обрезать или отфрезеровать, не оставляя следов резки и строжки. Поверхности можно подвергнуть дополнительной обработке способом тонкого шлифования, с помощью цикли или, применив многократное намазывание клеем. Благодаря этому впоследствии уменьшается образование пузырьков. После смачивания поверхностей склеивания вслед за фиксированием и по истечению времени набухания, равного приблизительно 30 секунд, к склеиваемым поверхностям прикладывается давление, составляющее по меньшей мере 100 г/см 2. Для смачивания поверхностей клеем имеются в распоряжении два метода:

• Погружной метод
  Этот метод получил самое широкое распространение. Одна из соединяемых деталей погружается поверхностью склеивания в клей. Время погружения следует избирать таким образом, чтобы началось размягчение поверхности склеивания. Во избежание непреднамеренного размягчения других кромок их следует предварительно обклеить Для этого можно применять нерастворимую ленту из полиэстера или целлюлозы с клеевым слоем. В качестве сосуда для погружения подходят плоские чаши или простые плоские стеклянные диски, которые предварительно смачиваются клеем.
• Капиллярный метод
  Перед смачиванием соединяемые детали состыковываются при выдерживании нужного положения. На втором этапе клей наносится с помощью тонкой канюли на все края склеиваемых поверхностей. Вследствие капиллярного эффекта клей автоматически всасывается в клеевой шов. Этот метод делает возможным стыкование деталей большего размера, чем в случае с погружным способом. Распорные проволоки диаметром 0,3 мм могут стать вспомогательными средствами при осуществлении этого метода для того, чтобы клей легче протекал в клеевой шов.

5.2 Клеящие лаки

Клеящий лак наносится с помощью тюбика, шприца или канюли, возможно также применение погружного метода. Применение капиллярного метода не представляется возможным в этом случае. Нанесённое количество клея должно соизмеряться таким образом, чтобы после соединения деталей с обеих сторон клеевого шва выступал небольшой избыток клея. Последующее состыкование и приложение давления для прижимания осуществляется таким же образом, как это уже было описано в случае с погружным методом. Клеи в виде раствора и клеящие лаки в меньшей степени пригодны для поверхностного склеивания.

5.3 Полимеризуемые клеи

В отличие от клеев в виде раствора и клеящих лаков при склеивании с помощью полимеризуемых клеев клей следует наносить таким образом, чтобы поверх клеевого шва образовалось утолщение, так как при отвердении происходит усадка, т.е. объём клея уменьшается. Клеевой шов формируется таким образом, чтобы на как можно меньшем уровне сохранить разрушение вследствие коррозионных воздействий и воздействий окружающей среды. Клеевой зазор следует избирать при размерах между 0,2 мм и 0,5 мм Фиксация зависит от соответствующего способа склеивания:

• склеивание при соединении встык
  Фиксирование на плоской пластине;
• склеивание под углом
  Фиксирование с помощью крепёжных устройств. Нужно обязательно предотвращать угловое смещение в процессе отвердения. Кроме того, оправдывают себя угловые швы или V-образные швы, так как при этом соединяемые детали могут лежать непосредственно одна на другой;
• склеивание по всей поверхности
  выдерживание соответствующего расстояния между соединяемыми деталями с помощью распорных проволок или блоков;
• склеивание при наличии полых пространств
  допустимы различные расположения

Во время отвердения не следует подвергать соединяемые детали воздействию нагрузок. Загрязнения других изделий клеем можно избежать с помощью оклеивания полиэстерной лентой или самоклеющейся алюминиевой лентой.

5.4 Полиприсоединяемые клеи

Склеивание соединяемых деталей полиприсоединяемыми средствами происходит аналогично склеиванию с помощью полимеризуемых клеев. Однако, в связи с тем, что полиприсоединяемые клеи не содержат растворителей, требуется очень тщательная очистка склеиваемых поверхностей перед процессом склеивания.

5.5 Клеящие ленты

Клеящие ленты представляют собой быстровыполнимую и частично экономически выгодную альтернативу при склеивании органического стекла. В основном, их следовало бы применять на закрытых или не просматриваемых участках. При склеивании по всей поверхности расстояние между отдельными полосами клеящих лент не должно быть больше 300 мм. Условием достаточной прочности склеивания является сухая, очищенная от пыли и обезжиренная склеиваемая поверхность.

6. Рекомендации по технике безопасности при обращении с клеями

Клеи и содержащиеся в них растворители относятся к так называемым "опасным рабочим веществам". При их применении имеется существенная опасность для здоровья, опасность возникновения пожара и взрыва. Поэтому необходимо принимать меры, которые обеспечивают защиту человека, предприятия и окружающей среды. При применении клеев всегда следует соблюдать действующие предписания по охране труда и технике безопасности, предписания по работе с опасными веществами и, в особенности, издаваемые изготовителем специального клея памятки с предупредительными рекомендациями по технике безопасности.

Большинство клеев огнеопасны. Возникающие пары в сочетании с воздухом могут образовывать взрывоопасные смеси

Защитные мероприятия:

• Избегать открытых источников тепла (огонь, электронагревательные приборы) и искрения (искрение при коммутации, электростатический разряд).
• Не курить, не есть и не пить на рабочих местах.

Частое попадание на кожу и постоянное вдыхание паров растворителей возможно могут иметь следствием появление аллергических реакций и нанесение ущерба здоровью.

Защитные мероприятия:

• Работы с клеем следует проводить в хорошо проветренных, очищенных от пыли помещениях, где нет сквозняка.
• Поскольку собственный вес паров растворителей тяжелее, чем воздух, то вблизи с полом необходимо установить аспирационные приспособления. В тех случаях, когда намереваются произвести больший объём работ по склеиванию, то дополнительно следовало бы осуществлять аспирацию непосредственно на рабочем месте.

Растворители уничтожают защитный сальный слой кожи.

Защитные мероприятия:

• Следует избегать попадания на кожу клеев, а также паров и газов.
• Загрязнённые участки кожи промыть водой с мылом (ни в коем случае не применять для этой цели растворители).
• Кожу следует обрабатывать соответствующим образом по завершению каждой рабочей операции.
• Применение одноразовых полотенец.

Отвердители, содержащиеся в клеях, при попадании в глаза могут приводить к разъеданию. Попавший в глаза клей отверждается под действием слёзной жидкости. При этом образуетется теплота, которая поражает роговицу глаза.

Защитные меры:

• В процессе склеивания ни в коем случае нельзя пальцами касаться глаз.
• При переработке больших количеств клея рекомендуется ношение защитных очков.

Первая помощь:

В случае попадания брызг клея в глаза их следует немедленно промыть проточной водой в течение 10-15 минут. После этого необходимо срочно обратиться к специальному врачу.

<< Назад