ВОДОСТОЙКОСТЬ

При длительном действии воды на клеевое соединение происхо­дит уменьшение его прочности. Эффект уменьшения прочности зависит от "вида клея, склеиваемых материалов, технологии склеивания и т. д., а также от отношения площади клеевого соединения к его периметру, открытого действию воды [9]. Механизмы снижения прочности могут значительно различать­ся. В большинстве случаев конечный эффект определяет разви­тие напряжений при увлажнении или сушке независимо от характера разрушения — адгезионного, когезионного или по склеиваемым материалам. Ряд клеев подвержен гидролитиче­ской деструкции, некоторые клеи при длительном действии воды растворяются. Устойчивость адгезионных связей в воде колеб­лется для разных систем, причем, если клей находится в высо­коэластическом состоянии, разрушение связей может иметь об- ратимый^арактер, и после сушки прочность восстанавливается. Это свойственно, например, соединениям резины с древесиной и другими материалами на клее 88НП.

. При определении водостойкости необходимо знать, прони­кает ли вода в клеевой шов по капиллярному или диффузион­ному механизму, каковы поверхностные силы, действующие в клеевом соединении, а также какова смачиваемость клеевого соединения. При этом следует различать проникновение воды по клею (а в некоторых случаях и склеиваемому материалу) и по границе клей — склеиваемый материал.

Ниже рассматривается водостойкость соединений на различ­ных синтетических клеях, главным образом описанных выше. Наиболее подвержены гидролитической деструкции карбамид — ные клеи (УКС, КС-68М и др.). Являясь клеями средней водостойкости при действии холодной воды, они быстро гидро — лизуются пр. и нагревании. Их водостойкость можно повысить модификацией меламином, резорцином или соответствующими смолами [7].

Сравнительно легко гидролизуются полиамидные клеи, по­этому их целесообразно применять для соединения негигроско­пичных материалов. Эпоксидные смолы сравнительно стойки к гидролизу, но присутствующие в отвержденном продукте слож — ноэфирные группировки могут омыляться в присутствии щело­чей. Имеются также данные о возможности гидролиза и других связей в макромолекулах эпоксидных смол [15]. Однако при сопоставлении действия воды на эпоксидные клеи в свободном виде и в клеевом соединении можно сделать вывод о том, что •причиной снижения прочности в основном является не гидролиз полимера, а разрушение адгезионных связей. Клеи на основе ненасыщенных полиэфирмалеинатов (смола ПН-1 .и т. п.) гид­ролитически достаточно устойчивы в большинстве соединений, однако, если склеиваются .материалы щелочной природы, на­пример асбестоцемент и бетон, то может происходить гидролиз полиэфиров. Следует отметить, что в эпоксидно-полиэфирных клеях (К-153 и др.) пониженная водостойкость соединений ме­таллов при длительном действии воды объясняется гидролизом полиэфиракрилата МГФ-9 или разрушением связей полиэфира со склеиваемым материалом. Удаление полиэфира из клеев К-153, К-115 и др. резко повышает водостойкость [9].

Водостойкость соединений металлов зависит от природы са­мого металла и способа подготовки его поверхности. Изменение прочности клеевых соединений при сдвиге после их выдержки в воде в течение 30 сут, камере тропического климата (30—35 °С; 95%-ная влажность) и в других условиях характеризуется дан­ными, приведенными в табл. II. 5 и II. 6.

Таблица П. 5

Изменение прочности при сдвиге клеевых соединений металлов после выдерокки в воде, в тропическом климате и в других условиях

Уменьшение прочности — после выдержки, %

Темпе­

Марка клея

Склеиваемые

Ратура

В воде

В камере

В склад­

На откры­

Материалы

Испы­

В тече­

Тропического

Ских усло­

Той пло­

Тания,

Ние

Климата

Виях в те­

Щадке

°С

‘ <30 сут

В течение

Чение

В течение

(20 °С)

3 мес

5 лет

5 лет

Вк-з

Алюминиевый

20

20

12

5

5

Сплав Д-16

80

15

15

25*

25*

ВК-13М

То же

20

6

10

12

7

200

11

20

30

15

ВК-32-200

»

20

— 0

0

15**

10**

200

0

0

23 **

23**

ВК-13

Сталь ЗОХГСА

20

0

14

13 ***

14 ***

300

9

30

25 ***

14 ***

ВС-ЮТ

То же

20

36

15

30

300

17

20

50

ВС-ЗБО

»

20

5

30

27

350

0

0

12

ВК-16

»

20

5

27

0*

0*

250

20

55

20*

70*

ПБИ-1К

»

20

0

17

0

0

300

14

4

0

0

СП-6К

Спеченный алю­

20

15

20

Миниевый сплав

300

10

15 •

* Продолжительность выдержки 3-года. ** Сталь ЗОХГСА. —

*** Алюминиевый сплав Д-16.

Обычно соединения стали несколько более водостойки, чем соединения алюминия. Оксидирование, особенно электрохими­ческое, алюминия и травление или опескоструивание стали по­вышает водостойкость соединений на эпоксидных клеях. При

Изменение прочности при сдвиге клеевых соединений стали на клеях с температурой эксплуатации 700 °С и выше после выдержки в воде и в тропическом климате

Температура ис­

Уменьшение прочности после выдержки, %

Марка клея

Пытания, °С

В воде в тече­

В камере тропического климата

Ние 30 сут

30 сут

120 сут

ВК-15

20

10

20

425

0

0

ВК-18

20

12

20

400

0

0

Использовании большинства других клеев правильная подго­товка поверхности этих металлов также влияет на водостой­кость, но в гораздо меньшей степени. Повышенную водостой­кость обеспечивает окисление поверхности титана перед склеи­ванием [16, 17]. Снижение прочности всегда пропорционально температуре воды. Повышенная влажность воздуха также влияет на прочность, однако в меньшей степени, чем вода. В тех случаях, когда вода пластифицирует клей, напряжения распре­деляются по-другому и прочность может даже повыситься. Та­ким образом, вода влияет и на остаточные напряжения в клеях, о чем можно судить на примере эпоксидных клеев [9].

Некоторые данные о действии воды на соединения алюмини­евого сплава Д-16 после выдержки его в воде, камере тропиче­ского климата (30—35°С; 95%-ная влажность), в складских условиях и на открытой площадке приведены в табл. II. 7.

Соединения бетона и асбестоцемента на эпоксидных клеях водостойки. Очевидно, это является результатом особенностей химического состава бетона, а не его пористости. Соединения такого пористого материала, как древесина, на эпоксидных клеях ограниченно" водостойки. Достаточно высокой водостой­костью независимо от природы склеиваемых материалов отли­чаются соединения на эпоксидных клеях, отвержденных низко­молекулярными полиамидами (ПО-ЗОО, Л-20 и т. п.), в то время как избыток алифатических аминов против стехиометрического количества приводит к снижению прочности и переходу от коге — зионного разрушения к адгезионному [9]. Модификация эпо­ксидных клеев кремнийорганическими полимерами увеличивает их водостойкость. Достаточно привести в качестве примера эпоксидно-кремнийорганические клеи [29], Клеи-герметики на основе кремнийорганических эластомеров тем не менее без применения специальных грунтов дают ограниченно водостой­кие соединения металлов.

Вообще применение при подготовке склеиваемых материалов грунтов на основе полимеров или особым образом подобранных

Изменение прочности при сдвиге клеевых соединений алюминиевого сплава Д-16 после выдержки в воде, в тропическом климате и в других условиях

Темпера­

Уменьшение прочности после выдержки, %

Уменьшение прочности

При хранении в течение

Марка

Тура ис-

Тткття Ніга

В воде в

В камере тропического климата

5 лет

Клея

Llul Іапііл,

°С

Течение 30 сут

В склад­

На откры­

30 сут

60 сут

90 сут

Ских уело

Той пло­

Внях

Щадке

ВК-24

20

10

30

80

7

25

_

_

_

_

К-153

20-60

10

_

_

_

Л-4

20

40

35

50

27

57

-60

0

0

100

15

47

ВК-32-ЭМ

20

0

5

_

16

27

60

5

0

_

17

0

ПУ-2

20—60

15-25

0—5*

23—25

БФ-2

20

10

12

0

60

55

42

ВК-1

20

28

18

55

55

45

150

37

40

60

60

60

Эпоксид

20

18

37

48

40

48

П и Пр

100

12

38

48

57

50

ВК-9

20

24

7

40

50

125

0

0

77

77

" Отверждение клея выполнено при нагревании; поверхность сплава анодирована.

Поверхностно-активных веществ является эффективным сред­ством повышения водостойкости клеевых соединений. Это объ­ясняется тем, что энергия взаимодействия указанных веществ с субстратом превышает энергию взаимодействия воды с субст­ратом, и при эксплуатации вода не может попасть на границу раздела. Причем имеется в виду, что грунт достаточно активен по отношению к клею и эксплуатационные характеристики со­единений не ухудшатся. Эффективность подобной операции неодинакова для клеев разных типов. Довольно значительно водостойкость повышается при обработке стекла при нанесении полиэфирных и эпоксидных клеев, алюминия при нанесении эпоксидных клеев, при соединении полиэтилена со сталью, тио — коловых герметиков с алюминием и др. Фенольные, фенолокау — чуковые и некоторые другие клеи менее чувствительны к приме­нению грунтов. Помимо полимеров в качестве грунтов можно использовать и такие вещества дифильного характера, как стеа­риновая и олеиновые кислоты, октадециламин, и кремнийорга- нические соединения (ЭС-1, ГВС-9 и т. д.) [9, 19, 20, 41]. Если при добавлении подобных веществ в клей энергия его взаимо­действия с субстратом превысит энергию взаимодействия субстрата с водой, то таким клеем можно склеивать под водой [21, 22].

В ряде случаев клеевые соединения работают в жидких агрессивных средах. В целом стойкость клеевых соединений больше определяется стойкостью клея и склеиваемого мате­риала к действию данной среды и меньше — адгезией. Соедине­ния на термореактивных клеях (ВК-3, БФ-2, К-153, ВК-9 и др.) стойки к большинству углеводородов (топливам, маслам и т. д.). Каучуковые и полиэтиленовые клеи в этих средах ведут себя хуже [9, 39]. Довольно кислотостойкими (до определенной кон­центрации) являются фенольные (в том числе модифицирован­ные) ,’ кремнийорганические, эпоксидные и некоторые другие клеи. Значительно менее стойки клеи к действию щелочей.

Таблица II. 8

Прочность клеевых соединений при сдвиге после выдержки в воде при 20 °С в течение 180—360 сут

Склеиваемые материалы

Вид клея

Марка клея

Остаточная

Прочность,

%

Алюминий

Эпоксидный

ЭПЦ-1

70

К-153

70

Асбестоцемент

Эпоксидный

ЭПЦ-1

80

К-153

80

Резорциновый

ДТ-1

80

»

ДТ-3

60

Древесина

Резорциновый

ФР-12

70

Фенольиый

КБ-3

70

Карбамидиый

К-17

УКС

" 65

М-70

Стеклопластик

Полиэфирный

ПН-1

75

Фенольный

КБ-3

75

Алюминий + пенопласт ПС-1

Каучуковый

88Н

90

В табл. II. 8 приведем данные об изменении прочности кле — ‘ евых соединений различных материалов при длительном дей­ствии воды.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.