Что такое структурные конструкционные клеи и как их применять

Понятие структурного или конструкционного клея относится к его когезионным свойствам, т.е. ко внутренней прочности самого клеевого шва. Конструкционные клеи способны выдерживать нагрузки на сдвиг от 7МПа и выше, а это 70кг на 1см². После полимеризации эти клеи могут быть прочнее, чем многие пластики, дерево, керамика, которые они склеивают. Например, очень популярный наш клей AcriBond 3515NG имеет прочность 23МПа, т.е. более 230кг на 1см².

Применение конструкционных клеев показано в случаях, когда невозможно или нежелательно использовать сварку, пайку, заклёпки, саморезы и прочие механические способы крепежа.

В категорию конструкционных попадают разные типы клеев, например анаэробные вал-втулочные фиксаторы, УФ-клеи, некоторые цианакрилаты, реактивные полиуретаны, но главным образом это 2-компонентные клеи. Именно о них и пойдёт речь.

Какие бывают конструкционные 2-компонентные клеи

Двухкомпонентные структурные клеи работают по принципу химической реакции между полимерной основой и отвердителя. Они также вступают в молекулярные связи со склеиваемыми поверхностями. По своему составу делятся на три группы.

• Эпоксидные – самые прочные, самые стойкие к агрессивным веществам, но долго сохнут и капризные к подготовке поверхности и точному перемешиванию, жёсткие или вязкопластичные.
• Акриловые – быстрые, термостойкие, менее капризные к подготовке поверхности и точному перемешиванию, жёсткие или вязкопластичные.
• Уретановые – подходят для пластиков, дерева и резины, плохо склеивают металлы, эластичные, капризные к подготовке поверхности и точному перемешиванию.

Сейчас новые поколения клеев очень приблизили акриловые клеи по прочности и стойкости к эпоксидным, эпоксидные по скорости полимеризации к акриловым и по эластичности к уретановым. Поэтому перечисленные особенности будем считать условными, при выборе клея лучше учитывать следующее.

Как выбрать конструкционный 2-компонентный клей

Чтобы выбрать двухкомпонентный конструкционный клей, в первую очередь нужно определиться есть ли особые требования по цвету клея, по термостойкости клея, контакту с агрессивной средой. Адгезию к конкретным материалам лучше проверить непосредственно на образцах. Однако, если стоит задача склеить особые материалы, например полиэтилен или полипропилен, выбор значительно сузится. Затем определяемся с технологией применения клея и нужно учесть следующее.

1. Вязкость 

В нашем случае клеи бывают сильновязкими (нетекучими) и средневязкими (текучими). Низковязкие существуют, и их обычно применяют для заливки электронных компонентов. Нетекучие клеи подойдут для вертикальных плоскостей и при необходимости заполнить большие  зазоры. Акриловые клеи фирмы «Акрид» могут заполнить зазор до 10мм, эпоксидные до 3мм. Применение разных добавок делает сильновязкие клеи неньютоновскими жидкостями, т.е. тиксотропными, они в состоянии покоя очень вязкие и не стекают с вертикальной поверхности, но при прижатии хорошо размазываются по поверхности.

Средняя вязкость нужна, когда наоборот клей должен максимально растечься по горизонтальной поверхности, и чтоб клеевой шов получился минимальный.

Используют при работе с клеями показатели динамической вязкости, которая обозначается в сантипуазах (сП) или милипаскалях на секунду (мПа*с), 1сП = 1мПа*с.

Например, нетекучий клей 3М DP490 имеет динамическую вязкость 380.000 мПа*с (380.000сП), а текучий 3M DP810 – 20.000мПа*с. (20.000сП).

2. Время жизни (жизнеспособность) смеси

Этот показатель означает, в течение которого времени готовая смесь обоих компонентов клея пригодна для использования. Быстрота полимеризации не всегда хорошо, часто бывает нужно время, чтобы правильно отпозиционировать склеиваемые элементы, особенно при больших габаритах. Чем меньше время жизнеспособности клея, тем больше может быть отходов, в т.ч. и за счёт быстрого засыхания в носике-смесителе, который также больше будет не пригоден. Необходимо точно определить, в т.ч. и экспериментальным путём, за какой срок вы справитесь совместить и зафиксировать детали. Быстрые клеи рекомендуем для отлаженных процессов по приклейке мелких деталей и без частых перекуров.

3. Время фиксации или время до достижения транспортной прочности

Эта характеристика показывает, сколько времени склеиваемые детали должны находиться в зафиксированном положении, пока клей не полимеризуется до достаточной степени, чтобы детали можно было перемещать. Обычно это 6,9МПа. Свою номинальную прочность клей будет набирать ещё в течение 72 часов.

Подготовка поверхности

Даже если вам кажется, что вы собираетесь клеить абсолютно чистые новые детали, да ещё только что вы сняли с панели или профиля защитную плёнку, ОБЯЗАТЕЛЬНО проведите подготовку поверхности из двух этапов.

1. На пластиковых деталях всегда остаются антиадгезионные вещества, которые используют при экструзии или заливке. Нержавейка также имеет под защитной плёнкой остатки прокатных масел. Алюминий очень быстро окисляется, а его оксидная плёнка очень непрочная (мажется на палец). На стеклопластике гелькоут. Всё это, а также любую ржавчину, остатки старого непрочного лако-красочного покрытия нужно удалить абразивной обработкой.
2. Шлифовка также желательна для придания поверхностям дополнительной шероховатости, чтобы клею было куда затечь и увеличить площадь контакта. Для нетекучих клеев финальная риска должна быть меньше, соответственно зерну Р360, для текучих клеев – Р240, для низковязких клеев – Р120.
3. Следующий  этап ОБЕЗЖИРИВАНИЯ ОБЯЗАТЕЛЕН. После шлифовки протрите поверхность ветошью с обезжиривателем. Не размазывайте, протирайте в одном направлении. Подойдёт всё, что имеет запах ацетона или спирта. Растворители для красок, которые пахнут бензином, не подходят, они наоборот засаливают поверхность.

Если у вас есть сомнения, что проконтролировать качество подготовки поверхностей в дальнейшем будет сложно, человеческий фактор никто не отменял, лучше выбирайте акриловый клей, они менее чувствительны.

Нанесение 2-компонентного конструкционного клея

При смешивании компонентов клея важно соблюдать пропорцию смешивания, она может быть указана в технической документации либо по объёму, либо по массе. Особенно важно это учитывать при работе с эпоксидными и уретановыми клеями. Почти всегда умышленно компоненты имеют разный цвет, достаточным перемешиванием будет считаться то, когда вся масса приобретёт однородный цвет, без расслоений.

Для удобства нанесения и экономии, 2-компонентные клеи также выпускаются в картриджах, которые вставляются в специальный апликатор, используются с носиком-смесителем. Компоненты подаются в нужной пропорции и тщательно перемешиваются в процессе выдавливания.

ВАЖНО!!! При использовании свежего картриджа выдавите сначала небольшое количество клея без носика-смесителя и убедитесь, что оба компонента выходят равномерно. Если в каком-то отсеке есть закупорка, прочистите её.

Пошаговый алгоритм монтажа:

1. Нанесите клей на одну поверхность по удобству. Если при склейке металлов с полимерами имеется возможность нанести клей на полимерную поверхность, воспользуйтесь этим, полимеры более сложные для приклейки, пускай на них пойдёт свежая смесь.
2. В течение времени жизнеспособности смеси совместите склеиваемые детали и зафиксируйте их. Можно прижать грузом, можно использовать струбцинки или зажимы. Сила прижатия влияет только на толщину клеевого слоя, для качества склейки важно соблюдать рекомендованное время фиксации, в течение которого детали должны оставаться неподвижными.

Будет полезно где-то оставить небольшую контрольную полоску готового клея, чтобы пронаблюдать, как он заполимеризуется. Полимеризация происходит засчёт химической реакции, увеличение окружающей температуры может её ускорить и наоборот. В технической документации эти характеристики указаны для комнатной температуры. Влажность воздуха значения не имеет. Толщина клеевого слоя на скорость полимеризации не влияет, реакция происходит равномерно по всему объёму. Предварительные показатели адгезии будут видны сразу, достаточно чуть-чуть нагрузить соединение руками. К конструкционным испытаниям лучше приступить по истечении трёх суток.