Клеевые соединения. 
Технологические процессы в машиностроении

По сравнению с другими видами соединений клеевые соединения:

• • позволяют соединять различные материалы в разных сочетаниях;
• • более стойки к коррозии;
• • более технологичны при ремонте изделий;
• • позволяют соединять тонкие изделия и т. д.

Органическая природа многих клеев определяет их низкую длительную теплостойкость (до 350°С). Клеи на основе кремнийорганических и неорганических полимеров имеют повышенную теплостойкость (до 1000°С).

Технологический процесс склеивания деталей предусматривает следующие операции:

• 1) подготовку поверхностей и клея (удаление жирового слоя, очистка поверхности);
• 2) нанесение клея на поверхности;
• 3) подсушивание поверхностей;
• 4) соединение деталей;
• 5) выдержку соединенных деталей под давлением или прогрев;
• 6) зачистку и контроль соединения.

Клеи относятся к пленкообразующим материалам, в состав которых входят:

• • пленкообразующие вещества (термореактивные смолы, каучук), растворители (спирты, бензин);
• • пластификаторы (для устранения усадочных явлений при склеивании и для повышения эластичности пленки);
• • отвердители и катализаторы (для перевода пленкообразующего вещества в термостабильное состояние);
• • наполнители (для повышения прочности и других характеристик клеевого слоя).

Клеи классифицируют по ряду признаков:

• • по составу связки различают клеи органические и неорганические;
• • но пленкообразующему веществу — смоляные и резиновые;
• • по адгезионным свойствам — универсальные и специальные;
• • по отношению к нагреву — обратимые (термопластичные) и необратимые (термостабильные);
• • по условия отверждения — горячего или холодного склеивания,;
• • по внешнему виду — жидкие, пастообразные и пленочные;
• • по назначению — конструкционные силовые и несиловые клеи.

Смоляные клеи изготавливают на основе термореактивных смол (органическая связка), которые отверждаются в присутствии катализатора и отвердителей. Клеи холодного склеивания, как правило, обладают малой прочностью. Клеи горячего склеивания, за счет более полного отверждения, имеют высокую прочность и теплостойкость. Рассмотрим основные виды смоляных клеев.

Клеи на основе модифицированных фенолформальдегидных смол применяют для склеивания металлических силовых элементов, деталей из стеклопластика и т. д.:

• • фенолкаучуковые клеи имеют высокую адгезию к металлам, достаточно эластичны и теплостойки, водостойки, обеспечивают прочное соединение при неравномерном отрыве. Марки: ВК-32- 200; ВК-3; ВК-4; ВК-13;
• • феиолкремиийоргаиические клеи содержат в качестве наполнителя асбест, алюминиевый порошок. Клеи термо-, водостойки, обладают высокой длительной прочностью. Марки: В К-18; ВК-18М (теплостойкость до 600°С).

Клеи на основе эпоксидных смол затвердевают только в присутствии отвердителя (соотношение «смола — отвердитель» составляет (10: 1)—(10: 3)). Они являются силовыми конструкционными клеями, обладают высокой прочностью пленки, хорошей адгезией к металлам, водо-, маслобензостойки, но имеют низкий предел прочности на изгиб и низкую теплостойкость. При увеличении добавки отвердителя уменьшается время отверждения (от 24 до 1 ч). Для повышения изгибной прочности в композицию добавляют пластификатор и волокнистые наполнители.

К клеям холодного отвердевания относят композиции с маркировкой ЭД, а также марки: Л-4; ВК-9; КЛН-1; ЭПО. К клеям горячего затвердевания относят марки: ВК-32ЭМ; К-153; ФЛ-4С. Эпоксидно-кремниевые композиции ТКМ-75, Т-73 применяются для приклеивания режущей части инструментов. Клей УП-5−207М обладает высокой влагостойкостью, стоек к смене температур, вибрациям и старению.

В состав клея полиуретанового холодного и горячего отвердения входят полиэфиры, полиизоцианаты и цементный наполнитель. При смешивании компонентов происходит химическая реакция, в результате которой клей затвердевает. Клеи обладают универсальной адгезией, хорошей вибростойкостыо, прочностью, маслобеизостойкостыо. Выпускаются композиции: ПУ-2, ВК-5, ВК-11. Эти клеи высокотоксичны.

Клеи на основе кремнийорганических соединений обладают высокой теплостойкостью, маслобензостойки, не вызывают коррозии черных сплавов. Применяются для склеивания легированных сталей, титановых сплавов, неорганических материалов, стеклои асбопластиков. Выпускаются композиции: ВК-2, ВК-8, ВК-15.

Резиновые клеи предназначаются для склеивания резины с резиной, резины с металлами (стеклом). Они представляют собой растворы каучуков или резиновых смесей в органических растворителях. Многие из них требуют горячей вулканизации (140— 150°С). Для увеличения адгезии в состав композиции вводят синтетические смолы (клей марки 88НП). Для повышения хладои теплостойкости (от минус 60 до 300°С) в композицию вводят кремнийорганические смолы (марки: КТ-15; КТ-30; МАС-1В).

Неорганические клеи — высокотемпературные клеи. Данные клеи выпускаются в виде концентрированных водных растворов, твердых порошков (после нанесения композиции заготовки нагревают, композиция плавится, потом затвердевает) и дисперсных растворов.

К клеям на неорганической основе относятся фосфатные, силикатные, керамические и металлические клеи.

Фосфатные клеи — растворы фосфатов с инертным или активным наполнителем. Выпускаются композиции: ЛХФС; ЛФС; ЛФХС (алюмохромофосфатная связка). Температура отверждения таких клеев составляет 20—250°С; огнеупорность — 1000— 1800 °C. Фосфатные клеи водои кислотостойки. Применяются для склеивания различных металлов.

Силикатные клеи (жидкое стекло) — минеральное соединение на основе силикатов натрия и калия. Клеящая способность жидкого стекла связана с физической особенностью силикатов — хорошей адгезией практически к любым поверхностям.

Силикатный клей применяется во многих отраслях народного хозяйства:

• • в строительстве — как добавка к бетону для увеличения циклов морозостойкости изделий;
• • в машиностроении — как связующее для покрытий электродов, при производстве литейных форм и стержней, для соединения деталей из целлюлозы;
• • в химической промышленности — как кислотоустойчивое покрытие.

В быту силикатный клей используется для склеивания изделий из бумаги и картона.

Металлические клеи — композиции с использованием различных металлов. В состав клея входят жидкий металл (галлий) и порошки тугоплавких металлов. Они представляют собой пастообразные составы и способны затвердевать при низких температурах.

Основным компонентом металлических клеев служит галлий, отсюда их название — галлиевые пасты. Благодаря способности галлия смачивать различные материалы галлиевые пасты могут быть использованы для склеивания как металлических, так и неметаллических материалов. При этом процесс склеивания в зависимости от состава паст протекает при температурах от 20 до 300 °C.

Галлий имеет температуру плавления 29,8°С, поэтому припоипасты галлия и его сплавов при температуре 20—30°С представляют собой пастообразную смесь галлиевого сплава с порошками металлов, являющихся наполнителями. В качестве наполнителя обычно используют порошки основного металла. Такая паста некоторое время при комнатной температуре сохраняется в твердожидком состоянии, а затем затвердевает подобно амальгамам, образуя сплав, температура плавления которого значительно выше температуры плавления галлия. При пайке припой-пасту наносят тонким слоем на соединяемые детали, которые накладываются друг на друга и выдерживаются до затвердевания припоя-пасты.

Галлиево-серебряные пасты (30,2% Ga, 13,8% In, 6% Sn, 50% Ag) применяют для изготовления вакуумных приборов, работающих при температурах до 800 °C.

В конструкции машин иногда встречаются клеесварные соединения. При их сборке слой клея (например, ВК-9) наносят на сопрягаемую поверхность одной детали, а вторую деталь приваривают точечной сваркой к этому слою.