Klejenie tworzyw sztucznych - membrany PEHD, PVC, EPDM

Klejenie membran EPDM, PVC, PEHD i innych.

Klejenie to proces łączenia materiałów, w którym pomiędzy łączonymi powierzchniami nakłada się warstwę kleju. Po stwardnieniu klej tworzy trwałe połączenie. Wytrzymałość połączenia zależy od rodzaju zastosowanego kleju i rodzaju łączonych materiałów. Klejeniem można łączyć ze sobą materiały o różnych właściwościach, takich jak tworzywa sztuczne, metale, drewno, szkło itp. Kleje to najczęściej substancje polimerowe, które zawierają dodatki takie jak rozpuszczalniki, napełniacze, utwardzacze, plastyfikatory, stabilizatory itp.

Ile kosztuje klejenie geomembrany?

Zapytaj nas o koszt usługi łączenia arkuszy geomembrany na budowie -> Układanie i spawanie geomembrany

Ile kosztuje zgrzewanie membrany dachowej?

Zapytaj nas o koszt usługi zgrzewania membrany dachowej -> Zgrzewanie membrany dachowej EPDM TPO PCV

Metody klejenia membran

Kleje można podzielić ze względu na sposób utwardzenia na:

• rozpuszczalnikowe - utwardzają się po odparowaniu rozpuszczalnika
• reaktywne - utwardzają się w wyniku reakcji chemicznych
• termotopliwe - utwardzają się po obniżeniu temperatury

Zjawisko adhezji i kohezji

W procesie klejenia wykorzystuje się dwa zjawiska fizyczne: adhezję i kohezję. Adhezja jest odpowiedzialna za przyczepność kleju do łączonej powierzchni, podczas gdy kohezja dotyczy spójności samego kleju, czyli jego wytrzymałości. Adhezję wpływają zarówno oddziaływania mechaniczne, które występują po aplikacji kleju, takie jak wnikanie kleju w mikropory i nierówności powierzchni, jak i oddziaływania międzycząsteczkowe, takie jak siły przyciągania Van der Waalsa. W niektórych przypadkach odgrywają także rolę siły wiązań chemicznych między klejem a powierzchnią łączoną. Natomiast kohezję tworzą siły Van der Waalsa oraz tworzenie wiązań chemicznych między łańcuchami polimerowymi, nazywane sieciowaniem. Wytrzymałość kohezji zwykle wzrasta po utwardzeniu kleju.

Warunki konieczne dla prawidłowego połączenia klejowego:

Ostateczna wytrzymałość połączenia klejowego zależy zarówno od stopnia nałożenia kleju na powierzchnię (aby uzyskać pełny kontakt międzycząsteczkowy), jak i od jej właściwości adhezyjnych. W przypadku, gdy adhezja kleju do powierzchni jest dobra, ale powierzchnia nie jest dostatecznie pokryta, połączenie może zostać znacząco osłabione. Stopień pokrycia (nawilżalność) zależy od napięcia powierzchniowego detalu i lepkości kleju. Dodatkowo zanieczyszczenia powierzchni (np. kurz, brud, tłuszcze) mogą wpłynąć na poziom zwilżania klejem.

Kluczowym czynnikiem wpływającym na jakość przyczepności jest polarność zarówno kleju, jak i materiału sklejanego. Nie można oczekiwać trwałego połączenia dwóch materiałów polarnych przy użyciu kleju o charakterze niepolarnym lub odwrotnie. Siły przyciągania między różnoimiennymi biegunami dipoli w kleju i podłożu stanowią część ogólnej siły adhezji między polarną powierzchnią a polarnym klejem. Gdy większość grup polarnych na powierzchni kleju jest zorientowana w kierunku powierzchni łączonej, siły adhezji stają się znaczące. Zorientowanie to jest łatwiejsze do osiągnięcia w przypadku kleju o większej płynności, ponieważ jego cząsteczki są bardziej ruchliwe i grupy polarne podlegają działaniu sił przyciągających z powierzchni klejonej.

Oprócz odpowiedniej przyczepności, kleje muszą spełniać wiele innych kryteriów. Muszą być wystarczająco spójne, aby połączenie klejone miało wystarczającą wytrzymałość pod wpływem obciążeń mechanicznych. Dla bardziej obciążonych zastosowań lepiej sprawdzają się kleje oparte na tworzywach termoutwardzalnych. Ponadto, klej przeznaczony do zastosowań, w których występują długotrwałe obciążenia statyczne, nie powinien wykazywać znacznego płynięcia pod wpływem tych obciążeń. Starzenie kleju powinno być minimalne, aby nie wpłynęło to negatywnie na jego właściwości mechaniczne. Istotne jest także dopasowanie współczynnika rozszerzalności cieplnej kleju do materiału podłoża. Znaczna różnica między współczynnikami może prowadzić do naprężeń wewnętrznych w połączeniu, które mogą go osłabić.

Z punktu widzenia mechaniki przyczepności, substancja klejąca powinna spełniać trzy główne warunki:

• być ciekła
• dobrze zwilżać sklejane powierzchnie
• mieć zdolność tężenia.

Najważniejszym kryterium jest zdolność do zwilżania, która zależy przede wszystkim od lepkości i napięcia powierzchniowego. Miara zwilżalności to kąt zwilżania, który określa stosunek między zwilżaną powierzchnią a styczną do powierzchni zwilżającej ciecz. Kąt ten maleje w miarę wzrostu adhezji kleju do powierzchni, aż do momentu zrównania się sił adhezji z siłą spójności kleju, kiedy kąt osiąga wartość zerową.

Parametry takie jak nacisk, temperatura i czas klejenia mają istotny wpływ na ostateczną wytrzymałość kleju. Ostatnie dwa czynniki wpływają na to, kiedy błona kleju zostaje całkowicie wysuszona lub staje się stała. Natomiast nacisk ma wpływ na grubość warstwy kleju oraz na obecność defektów, takich jak pęcherzyki i spękania.

Mechanizmy utwardzania klejów reaktywnych

Większość klejów opiera się na polimerach reaktywnych i utwardzana jest poprzez polimeryzację chemiczną. Obecnie dostępnych jest wiele rodzajów klejów z różnymi mechanizmami utwardzania, które są dostosowane do różnych zastosowań. Mechanizmy utwardzania klejów reaktywnych to:

• Reakcja anaerobowa
• Utwardzanie promieniami UV (również jako wtórny mechanizm utwardzania)
• Reakcja anionowa (np. cyjanokrylany)
• Systemy aktywacyjne (np. akrylany modyfikowane)
• Utwardzanie wilgocią (np. silikony, uretany)

Kleje utwardzane anaerobowo

Kleje anaerobowe są jednoskładnikowymi materiałami, które utwardzają się w temperaturze pokojowej, gdy zostanie wyeliminowany kontakt z tlenem. Składnik utwardzający pozostaje nieaktywowany, dopóki nie zostanie odcięty od tlenu atmosferycznego. Kiedy klej jest pozbawiony dostępu do tlenu, na przykład podczas montażu części, proces utwardzania zachodzi bardzo szybko, szczególnie przy równoczesnym kontakcie z metalem. Proces ten można wyobrazić sobie tak, że po odcięciu dopływu tlenu atmosferycznego, jony metalu (np. Cu, Fe) powodują powstawanie wolnych rodników, które inicjują proces polimeryzacji. Klej o płynnej konsystencji może wypełnić dokładnie połączenie i przedostać się nawet do najdrobniejszych szczelin dzięki swojej kapilarności. Po utwardzeniu, klej "zakleszcza się" w mikronierównościach klejonych części. Kontakt z powierzchniami metalowymi działa, jak katalizator na proces wiązania - znacznie go przyspieszając. Materiały pasywne, które nie wykazują zdolności do katalizowania procesu, wymagają zastosowania aktywatorów w celu uzyskania szybkiego i pełnego utwardzenia. W przypadku klejów utwardzanych reakcją anaerobową, główne cechy to:

• Bardzo wysoka wytrzymałość na ścinanie
• Dobra odporność na temperaturę (-55°C do maks. +230°C)
• Szybkie wiązanie
• Łatwe dozowanie, ponieważ są jednoskładnikowe
• Dopuszczalna chropowatość powierzchni wynosząca od 8 do 40 µm (Rz)
• Doskonała odporność chemiczna połączona z działaniem uszczelniającym
• Dobra odporność na obciążenia dynamiczne
• Dobra odporność na wibracje

Kleje utwardzane promieniami UV

Kleje utwardzane promieniami UV twardnieją pod wpływem światła ultrafioletowego. Czas utwardzania zależy od natężenia i długości fal światła UV. Dlatego ważne jest, aby dobrać źródło promieniowania UV do danego produktu. Promieniowanie UV powoduje rozszczepianie fotoinicjatorów, które są związkami chemicznymi dodanymi do kleju. Powstałe w ten sposób wolne rodniki rozpoczynają proces polimeryzacji, czyli tworzenia wiązań chemicznych między cząsteczkami kleju.

Kleje utwardzane światłem UV charakteryzują się następującymi właściwościami:

• Wysoka wytrzymałość - kleje UV są bardzo mocne i odporne na rozerwanie, ścinanie i inne uszkodzenia mechaniczne.
• Wysoka zdolność wypełniania szczelin - kleje UV są w stanie wypełnić nawet niewielkie szczeliny i nierówności, zapewniając szczelne połączenie.
• Bardzo krótkie czasy utwardzania - kleje UV twardnieją bardzo szybko, w ciągu kilku sekund lub minut.
• Dobra do bardzo dobra odporność na środowisko - kleje UV są odporne na działanie czynników atmosferycznych, takich jak deszcz, śnieg i promieniowanie UV.
• Łatwe dozowanie w automatycznych systemach nanoszenia - kleje UV są jednoskładnikowe, co oznacza, że nie wymagają mieszania przed użyciem. Są również łatwe do dozowania w automatycznych systemach nanoszenia, co ułatwia ich stosowanie w przemyśle.

Kleje utwardzane przez mechanizm anionowy (cyjanoakrylany)

Cyjanoakrylowe kleje jednoskładnikowe ulegają polimeryzacji w obecności łagodnie alkalicznych powierzchni. Zazwyczaj wilgotność z powietrza i ta na łączonych powierzchniach jest wystarczająca, aby klej utwardził się w ciągu kilku sekund. Wilgotność na klejonych powierzchniach neutralizuje stabilizator zawarty w kleju, co powoduje przenoszenie procesu polimeryzacji między powierzchniami. Aby uzyskać pełną wytrzymałość w najkrótszym czasie, zaleca się, aby szczelina praktycznie nie istniała. Optymalne wyniki uzyskuje się w warunkach, w których względna wilgotność powietrza wynosi od 40% do 60% w temperaturze pokojowej. Niższa wilgotność spowalnia utwardzanie, podczas gdy wyższa je przyspiesza, ale może obniżyć ostateczną wytrzymałość kleju. Po nałożeniu kleju, części muszą być natychmiast łączone, ponieważ polimeryzacja rozpoczyna się w zaledwie kilka sekund. Czas praktycznej użyteczności kleju po nałożeniu zależy od względnej wilgotności powietrza, wilgotności powierzchni, rodzaju kleju i temperatury otoczenia. Ze względu na szybkie utwardzanie klejów cyjanoakrylowych, są one szczególnie skuteczne w klejeniu małych części. Klej ten powinien być nanoszony oszczędnie, tylko na jedną z klejonych powierzchni, aby wypełnić szczelinę najlepiej, jak to możliwe. Jak wyjaśniono powyżej, szybkość utwardzania zależy od wilgotności powierzchni. W przypadku chęci przyspieszenia procesu utwardzania lub uzależnienia go od wilgotności otoczenia, można użyć aktywatorów. Dzięki aktywatorom można spowodować, że cała kropla kleju (na przykład stosowanego do mocowania przewodów elektrycznych) utwardzi się w ciągu kilku sekund, lub nawet chwilę po nałożeniu. Kleje cyjanoakrylowe mają zazwyczaj następujące właściwości:

• Bardzo wysoka wytrzymałość na ścinanie i rozciąganie.
• Bardzo szybkie utwardzanie (kilka sekund).
• Nadają się do klejenia większości materiałów.
• Dobra odporność na starzenie.

Kleje utwardzane za pomocą aktywatorów (akrylowe modyfikowane)

Kleje akrylowe modyfikowane utwardzane są w temperaturze pokojowej przy użyciu aktywatorów. W zależności od rodzaju kleju można nakładać klej i aktywator osobno na klejone powierzchnie lub uprzednio je zmieszać w statycznym mieszalniku. W przypadku niektórych klejów stosuje się aktywatory o niskiej lepkości i nie należy ich wcześniej mieszać z klejem. W takich przypadkach klej i aktywator należy nakładać osobno, a proces utwardzania rozpocznie się dopiero po połączeniu części. W celu uzyskania jak najlepszej i trwałej adhezji, zaleca się stosowanie odpowiednich zmywaczy i podkładów poprawiających adhezję. Wybór podkładu powinien być dostosowany do rodzaju powierzchni. Kleje akrylowe modyfikowane mają zazwyczaj następujące cechy:

• Bardzo wysoka wytrzymałość na ścinanie i rozciąganie.
• Duża odporność na uderzenia.
• Szeroki zakres temperatur pracy (- 55°C do + 120°C).
• Mogą kleić prawie wszystkie materiały.
• Dobrze wypełniają szczeliny (szczególnie wstępnie zmieszane).
• Dobra odporność na środowiskowe czynniki.
• Kleje te są często używane do klejenia głośników i magnesów.
  

Kleje utwardzane przy użyciu wilgotności otaczenia

Kleje i uszczelniacze polimerowe utwardzają się (w większości przypadków) poprzez reakcję z wilgocią otaczającą środowisko. Dwa główne typy chemiczne w tej kategorii to silikony i poliuretany. Silikony utwardzają się w temperaturze pokojowej poprzez reakcję z wilgocią otoczenia, znaną jako RTV (Room Temperature Vulcanizing). Poliuretany sieciują również poprzez mechanizm reakcji z wilgocią, jednak nie wydziela się żaden produkt uboczny do środowiska. Oto ogólne cechy tych dwóch rodzajów klejów:

Silikony:

• Bardzo wysoka odporność cieplna (powyżej 230°C).
• Elastyczność, wytrzymałość i duża zdolność do rozciągania.
• Niski do średni moduł sprężystości.
• Skuteczne uszczelnianie różnych rodzajów płynów.
• Doskonałe wypełnianie szczelin.

Poliuretany:

• Bardzo dobra wytrzymałość.
• Elastyczność.
• Doskonałe wypełnianie szczelin.
• Po utwardzeniu można malować.
• Doskonała odporność chemiczna.

Oba rodzaje klejów polimerowych wymagają dostosowania rodzaju podkładów i zmywaczy, aby uzyskać najlepszą adhezję w zależności od rodzaju powierzchni klejonych materiałów. Warto zauważyć, że każdy rodzaj kleju i sposób utwardzania ma swoje specyficzne właściwości, które nadają się do różnych zastosowań.