INNOVATION AND TECHNOLOGY OF FUTURE

Основные характеристики клеевых материалов


Сегодня рассмотрим основные характеристики клеевых материалов.

Наибольшее количество вопросов, поступающих к нашим специалистам, связано с вязкостью клеев. Вязкость характеризует сопротивление жидкости течению и это наиболее важная характеристика клея. От вязкости зависит способ нанесения, расход, поведение клея на поверхности (например, скорость впитывания в материалы с разным размером пор).

Поведение жидкости с точки зрения течения называют реологическим поведением (реология – это наука о течении). Если вязкость не зависит от скорости течения жидкости, то жидкость называется ньютоновской (она подчиняется закону течения Ньютона). Подавляющее большинство жидких клеев относятся к так называемым псевдопластическим жидкостям. Вязкость у таких жидкостей уменьшается с увеличением скорости течения (они, например, разжижаются при перемешивании). Причем зависимость вязкости от скорости течения у разных клеев различна. Кроме того, вязкость у всех жидкостей зависит от температуры. Отсюда возникает большая неопределенность в способах измерения и выражения вязкости.

В серьезных исследованиях по реологии вязкость обязательно связывают со скоростью течения (скоростью деформации). Но аппаратура и методы, позволяющие измерить одновременно и вязкость и скорость деформации жидкости, довольно сложны и не используются в условиях производственных лабораторий. Чаще измеряют так называемую кажущуюся или условную вязкость, которая измерена при неизвестной скорости деформации, но в воспроизводимых условиях, позволяющих сравнивать друг с другом различные клеи.

Наиболее распространенным методом измерения кажущейся вязкости в странах западной Европы и в США является метод Брукфильда, который является стандартным. Этот метод рекомендуется и в российском стандарте ГОСТ 25271. Метод предполагает использование специальных приборов – вискозиметров Брукфильда, выпускаемых промышленно (пока, к сожалению, только западными приборостроительными фирмами). Принцип определения вязкости по Брукфильду основан на измерении крутящего момента, необходимого для вращения с определенной скоростью специального шпинделя, помещенного в испытуемый продукт. К прибору прилагается целый набор пронумерованных стандартных шпинделей. Выбор шпинделя зависит от диапазона измеряемой вязкости.

Метод Брукфильда не позволяет определить скорость деформации жидкости. Вязкость разных клеев можно сравнивать только в том случае, если она измерена при одинаковой скорости вращения, например, при 20 об/мин. При записи результатов измерения указываются через косую черту тип вискозиметра, номер шпинделя и скорость вращения. Результаты выражаются в единицах вязкости, т.е. в «Па × с» (паскаль-секунда) или «мПа × с» (миллипаскаль-секунда). Например: вязкость по Брукфильду RVT /5/20 = 10000 мПа × с.

Клеи с вязкостью менее 3000 мПа × с относят к низковязким. Они могут наноситься методом воздушного распыления с помощью обычных краскопультов. Средневязкие клеи с вязкостью 5000 – 20000 мПа × с предназначены для нанесения кистью, валиком, вальцовыми клеенаносящими установками. Клеи с вязкостью больше 25000 - 30000 мПа × с - это высоковязкие клеи. Их наносят с помощью шпателей, раклей и других аналогичных устройств. Они практически не применяются в мебельных и деревообрабатывающих производствах. Средне- и, отчасти, высоковязкие клеи можно наносить с помощью специальных клеевых пистолетов и форсунок на агрегатах высокого давления.

Большинство российских предприятий не располагают вискозиметрами Брукфильда и используют для измерения вязкости воронки ВЗ-246 (по ГОСТ 8420) или кружки ВМС (по ГОСТ 18992). В обоих случаях речь идет об измерении условной вязкости, которую характеризуют временем истечения определенного объема жидкости через калиброванное отверстие и измеряют в секундах. Поскольку в процессе истечения уровень жидкости в воронке или кружке понижается, то скорость истечения непрерывно изменяется. Таким образом эти методы характеризуют некоторую усредненную вязкость. Воронки ВЗ-246 применяют для низко- и частично средневязких клеев (в зависимости от диаметра отверстия: 2, 4 или 6 мм ), кружки ВМС – для средне- и частично высоковязких клеев.

Следует отметить, что корреляция между вязкостью по Брукфильду, по ВЗ-246 и по кружке ВМС имеет место только для ньютоновских жидкостей. Для большинства клеев ее не существует. Пересчитать вязкость из одного метода в другой невозможно. Мало того, даже при сравнении двух образцов, вязкость по Брукфильду может оказаться больше у одного образца, а по кружке ВМС – у другого. Поэтому сравнивать вязкость образцов можно только в рамках одного метода.

Другие характеристики, как мы уже отметил выше, указываются производителями клеев не всегда, хотя с точки зрения потребителя они также важны.

Минимальная температура пленкообразования – это температура, ниже которой клей не может образовать сплошную клеевую пленку. Она определяет температуру, при которой с клеем можно работать. Эта характеристика относится только к водно-дисперсионным клеям. Иногда ее называют «белой точкой», или «точкой беления», что является дословным переводом немецкого термина « Weiβpunkt » и обусловлено тем, что ниже этой точки клеевые дисперсии (например, дисперсия ПВА) образуют белый слой, напоминающий снег.

Для измерения этой характеристики применяется довольно сложное оборудование, поэтому в производственных условиях ее не измеряют. Обычно производители клеев стараются, чтобы МТП была не выше 5-7ºС. В этом случае, работать с клеями не рекомендуется при температуре в цеху ниже 12-15 ºС. Производители клеев, часто не указывая МТП, рекомендуют нижний температурный предел работы с клеем. Его необходимо соблюдать, иначе не избежать «непроклеев» и плохого качества склейки.

«Открытое время» или «время открытой выдержки» – это время, в течение которого можно соединять друг с другом детали с нанесенным слоем клея. Если соединить детали по прошествии этого времени, склеивания не происходит или качество склейки сильно ухудшается. Знание открытого времени позволяет определить операционный запас времени в технологическом процессе.

Открытое время для водно-дисперсионных клеев сильно зависит от температуры и влажности воздуха, от пористости поверхности, на которую нанесен клей, от толщины клеевого слоя. Поэтому цифры, которые дают производители клея, являются ориентировочными. Однако это время легко определить самому для конкретных условий склеивания. Для этого на склеиваемую поверхность наносят слой клея с нужным расходом и время от времени касаются этого слоя пальцем, обернутым полиэтиленовой пленкой. По прошествии открытого времени клей перестает переходить на пленку.

Следует отметить, что под термином «время открытой выдержки» иногда подразумевают время обязательной выдержки клеевого слоя перед соединением деталей. Это нужно иметь в виду при знакомстве с инструкцией по применению клея.

Морозостойкость клеев характеризуют числом циклов «замораживание – оттаивание», которое клей выдерживает без потери качества. Ее можно определить по ГОСТ 18992 путем замораживания пробы клея (около 100 мл) в полиэтиленовом стакане в морозильной камере при -40ºС в течение 6 часов с последующим оттаиванием в течение 18 часов при комнатной температуре (не менее 20ºС). Клей считают морозостойким, если после 4-5 циклов замораживания и оттаивания он не изменяет консистенцию (вязкость, однородность) и клеящие свойства.

Нужно иметь в виду, что для водно-дисперсионных клеев замораживание в любом случае – это шок. Замерзание воды, являющейся средой для полимерных частиц клея, влияет на стабилизацию этих частиц, и, в конечном итоге, вызывает коагуляцию клея. Это проявляется появлением полимерных комочков, «створаживанием». Так что, даже если водно-дисперсионный клей декларируется как морозостойкий, это не значит, что его можно замораживать и оттаивать бесконечное количество раз. Замораживание допускается в исключительных случаях, когда без этого не обойтись (например, при транспортировке). Не рекомендуется также хранить клей в замороженном состоянии.

Еще одна важная характеристика клея, о которой я хотел бы упомянуть, - это скорость (или время) схватывания. Она характеризуется или временем образования клеевого соединения, отвечающего определенным требованиям, или прочностью клеевого соединения (часто в % от конечной) через определенные промежутки времени. Характеристика неоднозначная, не стандартизованная, сильно зависит от склеиваемых материалов и условий склеивания. Поэтому производители клеев избегают ее указывать, ограничиваясь терминами «быстросхватывающийся», «медленносхватывающийся». Но потребитель клея может оценить ее сам, производя склеивание в конкретных условиях и оценивая качество склейки через различные промежутки времени.