Лабораторная работа №12
Изготовление клеевых соединений и оценка их прочности.
Цель работы: Овладеть методикой проектирования и расчета клеевых соединений, изучить преимущества и область применения клеевых соединение, исследовать влияние технологических факторов на механическую прочность клеевых соединений и методы оценки прочности клеевых соединений.
Задачи работы
1.Изучить область применения клеевых соединений.
2.Рассчитать клеевое соединение.
3.Спроектировать клеевое соединение, разработать технологический процесс
склеивания заготовок, изготовить образцы и испытать их на прочность.
Инструмент, материалы и принадлежности
Набор образцов.
Приспособление для склеивания образцов.
Расходные материалы.
Приспособление для испытания клеевого соединения
Теоретическая часть общая информация по клеевым технологиям
Структура технологии производства клеев подобна любой другой структуре: в основе лежат соответствующее планирование и всестороннее знание используемых материалов.
Первоначально склеивание разрабатывалось наряду со сваркой, пайкой, клепкой и т.д., как промышленный метод соединения. Для оценки наиболее важных параметров соединения было проведено много исследований и разработок.
Адгезивы (клеи) - это своеобразные соединительные мосты между материалами, независимо от типов их поверхности. Механизм соединения зависит от:
Прочности соединения клея с поверхностью, называемой адгезией; и
Прочности самого клея, называемой когезией (см. рис. 1).
Адгезия
"Адгезия" (от лат. adhaesio - прилипание)- сцепление поверхностей разнородных тел. Физические силы притяжения и адсорбции, которые описаны как Ван-дер-Ваальсовые силы, имеют огромное значение в процессе склеивания. Прочность этих межмолекулярных сил значительно ниже, если адгезивный материал не входит в близкий контакт со склеиваемой поверхностью из-за шероховатости механически обработанной детали.
Адгезив должен быстро и полностью проникать в микронеровности поверхности. На увлажненной клеем поверхности достигается наиболее полный межмолекулярный обмен. Прочность сцепления, таким образом, зависит и от смачивания поверхности (чтобы достичь наиболее полного межмолекулярного взаимодействия), и адгезионных свойств поверхности. При данном поверхностном натяжении клея, смачивание зависит от поверхностной энергии материала, вязкости клея и чистоты поверхности. Смачиваемость также снижается при наличии загрязнения поверхности.
Рис. 1: Склеивающие силы в клеевых соединениях.
"Когезия" (от лат. cohaesus - связанный, сцепленный)- сцепление (притяжение) молекул внутри клея, скрепляющего материалы. Эти силы включают в себя:
межмолекулярные силы притяжения (Ван-Дер-Ваальсовы силы)
сцепление между собой молекул полимеров.
Согласно правилу, что цепочка настолько же сильна, насколько сильно ее самое слабое звено, силы адгезии и когезии в склеиваемом соединении должны быть относительно равны.
Механизм полимеризации клеев
Большинство клеев - реактивные полимеры. Они переходят из жидкого состояния в твердое посредством различных полимеризационных реакций.. В зависимости от механизма полимеризации отверждения клеев можно классифицировать следующим образом:
анаэробная реакция
воздействие ультрафиолетовых (УФ) лучей (также как второй способ полимеризации)
анионная реакция (цианоакрилаты)
активация (модифицированные акрилы)
влажностное отверждение (силиконы, уретаны)
тепловое отверждение (эпоксиды)
Клеи, отверждаемые по анаэробной реакции
Анаэробные клеи - это однокомпонентные материалы, которые отверждаются при комнатной температуре при условии отсутствия контакта с кислородом. Жидкий компонент отверждения остается неактивным до тех пор, пока он находится в контакте с атмосферным кислородом. Если клей лишен доступа атмосферного кислорода, например, при соединении деталей, происходит быстрое отверждение - особенно при одновременном контакте с металлом.
Капиллярный эффект позволяет проникать адгезивам даже в очень маленькие зазоры. Отвержденное клеящее вещество вклинивается в шероховатые поверхности деталей. Процесс полимеризации также стимулируется контактом клея с металлическими поверхностями, выступающими в качестве катализатора. Так как пассивные материалы имеют нулевой или минимальный каталитический эффект, то для ускорения и достижения окончательной полимеризации требуются активаторы. В таких случаях на одну или обе склеиваемые поверхности предварительно наносится жидкий активатор, а затем - клеящее вещество. Заранее смешивать компоненты неактивного клея и активатора нельзя.
Анаэробные клеи обладают следующими свойствами:
очень высокая прочность
хорошая термостойкость (от -55oC до +230 oC)
быстрое отверждение
легкость нанесения автоматическим дозатором, т.к. они однокомпонентны
не требуется финишная обработка частей; допустимая шероховатость поверхности 8 - 40 мкм (Ra)
одновременный эффект герметизации и высокой химостойкости
хорошая вибростойкость
хорошая стойкость к динамическим нагрузкам
Отверждение, особенно скорость отверждения анаэробных продуктов, главным образом, зависит от:
типа склеиваемых поверхностей
величины зазора между деталями
температуры
типа применяемого активатора
Области применения анаэробных клеев
Применение |
Фиксация резьбы |
Герметизация резьбы |
Прокладки (уплотнение фланцев) |
Вал-втулочная фиксация (цилиндр. детали) |
Склеивание |