Хрулев - Синтетические клеи и мастики

Рецензенты:

Кафедра переработки пластмасс МХТИ им. Менделеева (зав. кафедрой доц. Акутин М. С.) X р у л е а В. М. Синтетические клеи и мастики (применение в строительства). Под ред. докт. техн. наук Кардашова Д. А.

В пособии рассмотрены вопросы химии и технологии синтетических клеев и мастик) даны важнейшие понятия теории склеивания, описаны составы и свойства наиболее распространенных клеевых композиций, приведены характеристики клеевых  соединений самых разнообразных материалов и рекомендации по выбору клеев и мастик для различных условий эксплуатации, а  также методы определения качества клеев и клеевых соединений, их прочности и  долговечности.

В пособии рассмотрена технология  применения клеев и мастик в различных  отраслях строительной техники (изготовление конструкций, ремонт машин, монтаж различных систем и др.), описаны  оборудование, режимы обработки при склеивании и т. п.

Учебное пособие предназначено для  студентов инженерно-строительных  специальностей вузов. Может быть использовано специалистами деревообрабатывающей и электротехнической промышленности,  транспорта и связи.

Таблиц 18, иллюстраций 84,  библиографии 106.

Предисловие

С каждым годом синтетические клеи все более  широко внедряются в различные отрасли техники. В  строительстве, машиностроении, приборостроении, радио- и электротехнике, деревообрабатывающей и легкой промышленности склеивание становится важным звеном технологических процессов. Использование  синтетических полимерных материалов и пластмасс в  промышленности настоятельно выдвигает проблему соединения  деталей, изготовленных из этих материалов, поскольку известные способы — сварка, свинчивание, склепывание — часто оказываются неподходящими. При соединении разнородных материалов — пластмасс с металлами, резины;с металлами, пластмасс со стеклом, бетоном, керамикой— применение клеев оказывается более выгодным, а в ряде случаев и незаменимым. Важная роль отводится синтетическим клеям и мастикам в различного рода  облицовочных и противокоррозийных работах, особенно на строительстве объектов химической промышленности.

Учащимся высшей школы часто приходится  сталкиваться с вопросами промышленного применения клеев при курсовом и дипломном проектировании, в  лабораторном практикуме и особенно при выполнении научно-исследовательских работ, удельный вес и значение которых резко возросли в связи с Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О дальнейшем развитии научно-исследовательской работы в высших учебных заведениях», 1964 г.

В курсах специальных дисциплин «Основы  технологии строительных изделий из пластмасс», «Строительные материалы», «Детали машин», «Технология металлов», «Конструкции из дерева и пластических масс»,  «Технология ремонта строительных машин» и других отводится место изучению синтетических клеев, однако объем  сведений о них нередко ограничивается общей  характеристикой. Более подробные сведения студенты вынуждены были искать в источниках, рассчитанных на читателей, подготовленных в области химии полимерных  соединений, и поэтому не всегда усваиваемых без консультаций специалистов.

Наиболее капитальной, доступной для широкого  круга читателей научной монографией, подготовленной на основе обширных исследований по клеям, главным  образом в области машиностроения, является книга Д. А. Кардашова «Синтетические клеи».

Опыт применения синтетических клеев в  строительных конструкциях и исследования в этой области  обобщены в трудах А. Б. Губенко и его сотрудников. Что же касается учебных пособий, то они представлены  редкими малотиражными, иногда внутривузовскими  изданиями, воспроизводящими курсы лекций по технологии  клеев в легкой и деревообрабатывающей промышленности или технологии машиностроения. В качестве примера можно сослаться на небольшое издание Московского  института нефтехимической и газовой промышленности им. И. М. Губкина «Клеи и склеивание», подготовленное в 1959 г. А. С. Суворовым. Ограниченный тираж, давний срок издания, узость тематики и небольшой объем этого пособия практически исключили возможность  использования его для учебных целей. В настоящем пособии сведения о клеях и склеивании изложены в объеме, рассчитанном не только на учебный процесс, но и на научно-исследовательскую работу  студентов строительных специальностей. Разумеется, эти сведения не исчерпывают всех случаев применения  синтетических клеев и мастик в строительстве, так как  современная техника склеивания исключительно многогранна и пределы того, что можно требовать от клеев, непрерывно расширяются. Поэтому излагаемый материал дает общее направление, придерживаясь которого можно  решить конкретную задачу в той или иной отрасли  строительной техники. В книге приведены рекомендации по склеиванию различных материалов и деталей на  основе обобщения результатов исследований и достижений отечественной техники с учетом зарубежного опыта  (например, при составлении рецептуры клея для  определенных условий работы клеевого соединения).

Несмотря на значительный объем экспериментальных работ, многие принципиальные вопросы химии и  технологии клеев остаются еще спорными. Если в основе  некоторых противоречивых выводов скрыты ошибки или расхождения методического характера, то спорность других положений обусловлена различными взглядами на природу сил адгезии и строение полимеров. Поэтому  наряду с общепризнанными положениями в области  склеивания материалов синтетическими клеями в книге  затронут ряд проблем, требующих для всестороннего их  понимания дальнейших исследований и, что также важно,  самостоятельной научной работы учащихся. При подготовке учебного пособия «Синтетические клеи и мастики» наряду с систематизацией результатов исследований, изложенных в трудах советских и  зарубежных специалистов, автором использован опыт  преподавания этого предмета в соответствующих разделах  курсов специальных строительных дисциплин, а также опыт Дипломного и курсового проектирования, проведения лабораторных и научно-исследовательских работ в  Новосибирском инженерно-строительном институте им. В. В. Куйбышева.

Книга построена как учебное пособие при изучении курсов «Основы технологии строительных изделий из пластических масс», «Строительные конструкции»  (деревянные, с применением пластмасс, металлические и  железобетонные), «Технология ремонта строительных  машин», «Технология металлов» и некоторых других  смежных дисциплин.

Автор благодарит М. С. Акутина за полезные советы и замечания, высказанные при рецензировании рукописи, и выражает признательность Д. А. Кардашову за труд по научному редактированию.

ГЛАВА I

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КЛЕЯХ И СКЛЕИВАНИИ

1. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Склеивание —один из эффективных способов соединения современных конструкционных  материалов. Преимущество склеивания по сравнению с  заклепочными и болтовыми соединениями в том, что оно не ослабляет рабочее сечение элементов отверстиями,  врезками и поэтому обеспечивает более равномерное  распределение напряжений в узлах под воздействием нагрузок. Склеивание в отличие от пайки и сварки также  позволяет избежать термического ослабления материалов в  месте соединения. Клеи вводят иногда в заклепочные,  сварные и винтовые соединения для того, чтобы повысить их прочность и несущую способность, особенно при  повторно-статических, ударных и знакопеременных нагрузках.

Синтетическими клеями соединяют разнородные  материалы, для которых другие виды скреплений почти неосуществимы. В некоторых случаях склеивание  использует, чтобы обеспечить герметичность и уменьшить возможность коррозии материалов в месте соединения. Клеи в большинстве своем диэлектрики, поэтому в отвержденном состоянии изолируют соединяемые материалы и  предотвращают, например, появление блуждающих токов.

Для получения токопроводящих клеев вводят  специальные наполнители, которые значительно уменьшают  электрическое сопротивление отвержденных композиций. 

Многие клеи отличаются высокой водостойкостью и хорошо сопротивляются действию агрессивных сред. Использование синтетических клеев и мастик в  строительстве, в деревообрабатывающей промышленности, а также при ремонте строительных машин дает  значительный экономический эффект. Не требуя значительного увеличения сечения в месте соединения, склеивание  способствует не только экономному расходованию  материалов, но снижает вес и уменьшает габариты изделий. 

Метод склеивания позволяет получать конструкции и детали сложной формы с меньшими затратами труда и  времени, чем при других способах. При этом расходы на клей и технологическое оборудование для склеивания по сравнению с обычными материалами и сборочными  приспособлениями (сварочными аппаратами, припоями,  болтами) также значительно сокращаются. Экономия  достигается, кроме того, за счет сокращения расхода энергии, так как вместо подвода ее извне используется энергия химических реакций, например при холодном способе  отверждения клеев. Все это снижает стоимость  производства, особенно при поточном серийном выпуске  продукции. Соединение деталей склеиванием позволяет механизировать и автоматизировать процессы сборки,  например балок, оконных блоков, трехслойных конструкций, стеновых и кровельных панелей, щитовых дверей,  передвижных перегородок и т. п., что, в свою очередь,  повышает производительность труда. При этом может быть сэкономлено до 50% времени по сравнению с  существовавшей ранее технологией изготовления этих изделий (при помощи заклепок, болтов, гвоздей, шипов и т. п.).

Себестоимость ремонта строительных машин  снижается на 30—40%, так как при склеивании сверление,  нарезка, сварка, стопорение, а также количество крепежных деталей сведены к минимуму. Экономия иногда  достигается и за счет расширения допусков на изготовление сопрягаемых деталей, снижения требований к чистоте механической обработки их поверхности и т. п.

Успешно внедряют новые методы ремонта  цилиндровых блоков, радиаторов, топливных баков при помощи синтетических клеев. Специальные клеи используют для ремонта устройств энергоснабжения и электродвигателей строительных машин, для монтажа и ремонта санитарно- технических систем, для крепления деталей,  отличающихся высокой износостойкостью, для посадки подшипников, шпилек, втулок и т. п.

Синтетические клеи и мастики используют в  транспортном, промышленном, гидротехническом и жилищном строительстве. Склеиванием присоединяют резиновые амортизирующие прокладки к бетонным и каменным соединяют бетонные и стальные элементы в  комбинированные сталежелезобетонные конструкции,  изготовляют высокоэффективные клееные деревянные балки, фермы, сваи, стойки, шпалы, брусья, пролетные строения малых мостов и т. п. При сооружении затворов плотин и оросительных каналов также используют различные клеи.

Исключительно важную роль играют клеи и мастики при отделке зданий современными  декоративно-отделочными материалами. Они обеспечивают стойкость  покрытий к ударам, изменениям температуры, действию  моющих средств, а в производственных условиях и к  действию агрессивных сред.

Синтетические клеи все шире применяют в  строительстве. По предварительным расчетам  Научно-исследовательского института пластических масс (НИИПМ),  объем применения пластических масс и синтетических смол в строительстве в 1970 г. приблизится к 30—32% от общего объема потребления их в народном хозяйстве. Основным направлением в использовании этих материалов должно быть изготовление различного рода пленок, покрытий, герметиков, декоративно-отделочных пластиков,  связующих и клеев, т. е. таких продуктов, расход которых на единицу строительных работ (м3, м2) относительно  невелик. При выборе полимерного материала надо иметь в виду не только его технические преимущества, но также I и экономические соображения. В этом отношении  синтетические клеи и мастики представляют собой такие материалы, применение которых оправдано и с технической и с экономической точек зрения. Техническая  необходимость применения синтетических клеев вместо битумных,  цементных, гипсовых и других связующих обусловлена, прежде всего, тем, что промышленность поставляет  строительству новые искусственные материалы — древесные плиты, пластики, пенопласты, пленки, крепление которых невозможно осуществить неорганическими вяжущими.

Кроме того, новые формы и методы комбинированного  использования пластмасс и традиционных материалов  (древесины, металлов, бетона, керамики) также требуют  применения синтетических клеев. В настоящее время определились два основных  направления в использовании синтетических клеев и мастик в строительстве. Первое охватывает области  конструкционного применения, включая не только изготовление собственно конструкций (деревянных,  пластмассовых, металлических и др.), сборку водопроводных и  вентиляционных систем в зданиях, топливоподающих, охлаждающих и других систем в строительных машинах, но и ремонт узлов и деталей приводных механизмов,  электродвигателей, аппаратуры управления и двигателей внутреннего сгорания строительных машин. Второе  направление включает использование клеев и мастик для крепления отделочных, футеровочных,  антикоррозионных, тепло- и звукоизоляционных материалов к  строительным конструкциям и технологическому  оборудованию.

Для первого направления характерно применение клеев высокопрочных, теплостойких, жестких, требующих малой толщины клеевой прослойки и, соответственно,  достаточно чистой обработки склеиваемых поверхностей.

Для второго — использование эластичных и высоконаполненных клеев, которые могут соединять неровные  поверхности без развития усадочных напряжений и  образуют сравнительно толстые клеевые швы, способные  воспринимать ударные нагрузки, воздействие температур и вибрацию оборудования.

Однако синтетические клеи имеют недостатки,  которые влияют на оценку надежности клееных изделий и конструкций и не позволяют применять их для многих конструкций.

Так, соединения на синтетических клеях обладают низкой прочностью при неравномерном отрывающем  усилии, что ограничивает применение их в силовых узлах.

Технология склеивания требует большой точности в выполнении операций, поэтому необходим поэтапный или пооперационный контроль качества исходных  материалов, параметров режима и т. п. Проверка готовых  изделий не всегда позволяет выявить дефекты склеивания. Кроме того, в большинстве случаев качество готовых  изделий часто нельзя проверить без их разрушения.  Поэтому практическая оценка каждого нового вида клея  обычно производится при помощи контрольных (ускоренных) испытаний *, включающих жесткий режим термовлажностной обработки образцов (выдерживание в  холодной или горячей воде, замораживание, кипячение,  высушивание), а затем сопоставление результатов  испытаний с аналогичными данными ранее  апробированных клеев, характеристики долговечности которых известны.

Для получения удовлетворительной прочности многие конструкционные клеи необходимо отверждать горячим способом, что не всегда возможно, например при  крупных габаритах конструкций.

Существенным недостатком синтетических клеев, и особенно мастик, является склонность их к старению,  которое тем интенсивнее, чем более высокая температура действует на клеевое соединение. Некоторые клеи и  мастики токсичны.

Из-за этого применение таких эффективных клеев, как, например, полиуретановые, ограничено. Многие клеи хрупки при низких температурах или имеют  ограниченную теплостойкость. Появление новых синтетических полимеров,  обладающих улучшенными характеристиками, несколько  затрудняет систематизацию клеев и разработку общих  правил обращения с ними. Для работы с клеями и мастиками необходимо приобрести определенные навыки и  знания, которые нужны для освоения физических,  химических и технологических основ процессов склеивания.

Практическая ценность клеев определяется  совокупностью таких данных, как прочность, долговечность, стойкость к температурным, химическим и влажностным воздействиям, простота технологии. Выбор клея  производится только после всестороннего анализа всех этих данных.