Каучуковые клеи

Каучуковыми клеями называют растворы каучука или смесей каучука и синтетических смол в органических растворителях. Сырьем для клеев служит регенерированная резина, бутадиен-стирольный, бутадиен-акрилонитрильный и полихлоропреновый каучуки. Вязкие коллоидные растворы каучуков хорошо смачивают поверхности, распределяются по ним тонким слоем и быстро переходят в гелеобразное состояние, прочно удерживая соединяемые детали без длительной запрессовки.

Почти все каучуковые клеи дают эластичные клеевые соединения, отличающиеся ползучестью при статических нагрузках, т. е. постепенно деформирующиеся в направлении приложенного длительно действующего усилия. Однако эти соединения хорошо сопротивляются ударным нагрузкам, вибрации, действию воды и масел.

Одно из главных преимуществ каучуковых клеев - простота применения. Технологический процесс состоит из нанесения клея, подсушивания клеевой пленки, соединения склеиваемых деталей и сообщения минимального давления для полного контакта поверхностей. Многие каучуковые клеи, называемые контактными, вообще не требуют давления (запрессовки). Отверждаются каучуковые клеи как при нагревании, так и при нормальной температуре, причем скорость отверждения (схватывания) минимальна, например наиритовые клеи отверждаются за несколько часов.

Каучуковые клеи, как правило, делят на две группы: вулканизующиеся и невулканизующиеся. К первой группе относятся клеи, в состав которых, кроме каучуков, входят вулканизующие агенты. После вулканизации, протекающей при повышенной (до 150-155 °С) или при нормальной температуре, эти клеи образуют прочные, нерастворимые клеевые прослойки. Чтобы избежать преждевременной вулканизации клея, готовят обычно два компонента: в один вводят ускоритель, а в другой вулканизующие вещества. Смешивают компоненты непосредственно перед склеиванием.

Вторую группу представляют растворы натурального или циклизованного каучуков, образующие при испарении растворителя сравнительно непрочные, но эластичные пленки клея.

Растворителями каучуков при изготовлении клеев обычно являются алифатические, ароматические и хлорированные углеводороды. Наибольшее применение нашел бензин «галоша».

Промышленные предприятия получают каучуковые клеи в готовом для употребления виде - жидком. Однако некоторые клеи необходимо дополнительно разводить до рабочей концентрации (от 8 до 60%). До нужной концентрации клей доводят постепенным (с перемешиванием) добавлением растворителя. Клеи, получаемые в сухом виде, например «Термопрен», сначала измельчают, а затем замачивают в двойном или тройном по весу количестве растворителя. После набухания (через 12-24 ч) добавляют растворитель до требуемой концентрации. Готовые клеи необходимо хранить в герметически закрывающейся посуде, в прохладном помещении.

Прочность клеевого соединения зависит от свойств каучуков и смол-добавок, от качества подготовки склеиваемых поверхностей и вида материала, от толщины клеевой прослойки, от полноты (сплошности) контакта, от точности соблюдения технологических приемов.

Вследствие того, что в состав каучуковых клеев входят бензин, ацетон, дихлорэтан, бензол, они горючи и токсичны. Поэтому при работе с каучуковыми клеями необходимо соблюдать правила по охране труда и пожарной безопасности. Вблизи от рабочего места должен быть огнетушитель и желательно - асбестовое одеяло.

Универсального каучукового клея пока не существует. В зависимости от назначения и технологии склеивания каучуковые клеи делят на следующие группы: а) для склеивания резины с резиной; б) для склеивания резины с металлами; в) для склеивания металлов и неметаллических материалов.

а) Для склеивания резины с резиной и резино-тканевыми материалами применяют клеи, в большинстве своем представляющие растворы резиновой смеси на основе акрилонитрильного каучука в сочетании с феноло-формальдегидными смолами и другими каучуками (натуральным, полихлоропреновым). Концентрация этих клеев от 7 до 20%, вязкость по вискозиметру ВЗ-1 15-50 сек. Растворителями служат бензол или смеси бензола с ацетоном, дихлорэтаном, бензином.

б) Для склеивания резин с металлами чаще всего применяют клей № 61, К-50, ВДУ-3, «Термопрен» и др.

Для приклеивания холодным способом резиновых деталей к неокрашенному или окрашенному нитролаком металлу, используют клей № 61, т. е. раствор резиновой смеси № 61 в бензине.

Клей К-50 состоит из жидкого тиокола и эпоксидной смолы; перед употреблением к нему добавляют полиэтиленполиамин. Используют этот клей в качестве подслоя при склеивании металлов с тиоколовыми герметиками.

Клей ВДУ-3 применяют для крепления акрилонитрильных и хлоропреновых резин к металлам. Он состоит из смеси акрилонитрильных резин и феноло-формальдегидной смолы ВДУ, растворенных в бензолоацетоновой смеси или в смеси бензола, толуола, ацетона, и этилацетата.

Клей «Термопрен» состоит из смеси натурального каучука (100 вес. ч.) и п-фенолсульфокислоты (7,5 вес. ч.), подвергнутых термообработке. Его приготовляют, растворяя мелкие кусочки каучука в смеси бензина и бензола (2:1) до 9-11 %-ной концентрации. Клей применяют для приклеивания тонких металлических пластин к резинам. Перед склеиванием поверхности металла и резины обрабатывают наждачной бумагой и обезжиривают. Чтобы не образовалось окисной пленки, препятствующей склеиванию, сразу после зачистки металла наносят клей.

в) Для склеивания металлов и неметаллических материалов (резин, пластмасс, кожи, древесины, бетона, стекла и тканей) могут быть применены клеи 88-Н, 88-НП, НТ, СН-57 и СН-58, ГЭН 150/В, КС-1, Л-НТ. Наибольшее применение нашли клеи 88-Н и ГЭН 150/В.

Клей 88-Н (наиритовый) - раствор резиновой смеси и бутилфеноло-формальдегидной смолы марки 101 в смеси этилацетата и бензина «галоша» (2:1). Это жидкость серого цвета с желтоватым оттенком, содержащая 30% сухого остатка. Клей 88-Н должен иметь вязкость 250-500 спз, расход 200 г/м² - для резины, 400 г/м² - для рулонных отделочных материалов, 800 г/м² - для бетона. Клей отличается большой скоростью отверждения (схватыванием): через 4 ч после склеивания соединение имеет рабочую прочность. Клей 88-Н применяют для склеивания при нормальной температуре резин с металлами, де ревом, стеклом, бетоном, а также для приклеивания пенополистирола, слоистых пластиков и рулонных отделочных материалов к металлам. Прочность на отрыв соединения резины со сталью составляет 13-15 кг/см³. Клеевое соединение характеризуется высокой водостойкостью, вибростойкостью. Соединение не теряет прочности при температуре от -40 до +60 °С, но склонно к ползучести, старению и нестойко по отношению к нефтяным маслам и бензину. Срок хранения клея при температуре до 20 °С 3 месяца.

Более высокой стабильностью отличается клей 88-НП, рекомендуемый преимущественно для крепления резин к металлам холодным способом. Изготовленный из наирита НП, клей сохраняет рабочие свойства в течение 9 месяцев. Его свойства и технология такие же, как и клеев 88 и 88-Н.

Клей ГЭН-150/В состоит из смеси бутадиеннитрильного каучука СКН-40 и смолы ВДУ. Изготовляют его в виде вальцованных темно-коричневых листов (шкурок) толщиной 2-4 мм. Перед употреблением шкурки нарезают мелкими кусочками и заливают смесью растворителей (ацетон 50 вес. ч., бутилацетат 35 вес. ч., толуол 15 вес. ч.). После набухания клей разбавляют смесью растворителей до 20%-ной концентрации. Жизнеспособность клея в сухом виде и в растворе не ограничена. Этим клеем склеивают металлы, резины с металлами, древесину, ткани, кожу. Предел прочности клеевого соединения при отрыве достигает 80-100 кг/см². Соединения стойки к бензину, маслам, воде и могут работать при температуре от-70 до +150 °С, кратковременно при +200 °С. Клей наносят в два слоя (расход 100 г/м²), подсушивают каждый слой в течение 45-60 мин, соединяют склеиваемые поверхности под давлением 3-5 кг/см² и отверждают соединение при 143 °С в течение 45 мин. Благодаря хорошим эксплуатационным качествам клей ГЭН-150/В применяют при ремонте двигателей внутреннего сгорания, для посадки подшипников, восстановления натягов и др.

Каучуковые клеи нашли широкое применение в строительстве, особенно для крепления различных облицовочных материалов и термоакустической изоляции. Наиритовые клеи используют, например, для крепления листов резины к внутренним поверхностя цистерн и емкостей с агрессивными жидкостями. Быстросхватывающий клей НИТХИ-62, созданный на основе наирита НТ с добавкой индено-кумароновой смолы, крепит резиновые, тканевые и другие материалы к основанию из древесных плит и бетона.

Каучуковыми клеями заменяют цементные растворы при креплении керамических плиток. Эластичность резиновых клеев компенсирует изменение размеров плиток, происходящее вследствие температурных колебаний и поглощения влаги, поэтому растрескивание и отставание плиток от основания исключается.

Среди каучуковых клеев в последнее время получили распространение так называемые контактные клеи, изготовляемые преимущественно из полихлоропренового каучука, синтетической смолы и растворителя.

Полихлоропреновые контактные клеи отличаются высокой тепло- и влагостойкостью, сохраняют эластичность и адгезию в наиболее неблагоприятных атмосферных условиях. Эластичность клеевых прослоек допускает большую разность термических деформаций склеенных материалов, что особенно важно при склеивании металлов и пластмасс, коэффициенты линейного расширения которых различны. В зависимости от вязкости смеси и скорости высыхания растворителя контактные клеи наносят на поверхности кистью, накаткой, выдавливанием, распылением, поливом и другими способами. Распыление обеспечивает быстрое нанесение клея и испарение растворителей, наибольшую однородность и экономичности покрытия, наименьшее поглощение клея пористыми поверхностями и лучшее качество склейки. 1 л контактного клея покрывает при распылении 7-8 м² поверхности металла или 4-5 м² поверхности древесины.

Контактные клеи сохраняют клеящую способность примерно в течение 12 ч с момента их нанесения. Если покрытые клеем поверхности оказались несомкнутыми, клеящую способность можно восстановить даже через месяц (но не более), обрабатывая клеевой слой растворителем или нагревая его до температуры 120 °С и выше. Соединения на контактных клеях, в том числе модифицированных феноло-формальдегидными смолами, сохраняют прочность в течение многих лет в условиях сырости, температурных колебаний и других воздействий.

Интересна особенность контактных клеев: находясь в эластичном состоянии, они, на первый взгляд, не могут смачивать вторую (прикладываемую) поверхность. В связи с этим факт прочного склеивания вступает в противоречие с основным положением теории адгезии, утверждающим, что прочное склеивание достигается лишь при возможно более полном смачивании. Объяснить это противоречие можно тем, что макромолекулы высокоэластичного полимерного компонента контактных клеев обладают весьма большой подвижностью, которая приближает их свойства к свойствам жидкости, так что соприкосновение под давлением представляет в некотором смысле соединение с жидкой фазой.

Контактные клеи используют для крепления слоистых пластиков, линолеума, рулонных отделочных материалов к деревянному или металлическому основанию, а также при облицовке пластиками бетонных поверхностей, в том числе стен плавательных бассейнов и резервуаров для хранения масла, топлива. Большая скорость отверждения (схватываемость) контактных клеев повышает производительность труда в 5-8 раз как за счет высокой скорости облицовки, так и за счет простоты приспособлений. Например, при приклеивании рулонного пластика достаточно кратковременного прижима ручным резиновым валиком.

Все более широкое применение находят клеи на основе каучуковых латексов. Их используют для склеивания резин с металлами, особенно в тех случаях, когда необходимо наносить клей на большие поверхности. В состав клея, кроме латекса, входят альбумин, сера, окись цинка, водный раствор извести, меркаптобензотиазол и формалин (для повышения водостойкости клеевых прослоек).

Для склеивания на предварительно очищенную поверхность металла наносят 1-2 слоя клея общей толщиной 2-3 мм. Каждый слой просушивают при 65-70 °С в течение 0,5-1 ч, после чего металлическую деталь выдерживают 30-60 мин при 100-120 °С. После охлаждения накладывают резиновую смесь и деталь поступает на вулканизацию.

Иногда латексы могут быть использованы в составе клеев для соединения цветных металлов. Например, для склеивания меди применяют бутадиенакрилонитрильный латекс (80 вес. ч.) в смеси с крезоло-формальдегидной смолой (100 вес. ч.). В клей добавляют 15 вес. ч. муравьиной кислоты и разбавляют смесь метилэтилкетоном (800 вес. ч.). Соотношение акрилонитрила и бутадиена в латексе 25:75.

В технологическом отношении латексные клеи более удобны, чем растворы каучуков, менее огнеопасны, сравнительно дешевы.

Особую группу образуют латексцементные клеи, представляющие собой смеси латексов, цемента, наполнителя, стабилизатора и воды. Для этих клеев используют бутадиенстирольные латексы СКС-30-ШР, СКС-50-ГП, СКС-65-ГП, наирит, поливинилацетатную эмульсию, казеин, портландцемент, молотые асбест или песок.

Клеи приготовляют на месте работы, смешивая стабилизированный латекс с цементом или смесью цемента с наполнителем. На 1 вес. ч. латекса берут 1-2 вес. ч. цемента. Приготовленный состав наносят на поверхность при помощи мастерка, шпателя и т. п. Толщина клеевого шва в зависимости от вида поверхности от 1 до 5 мм. Влажность склеиваемых материалов не имеет существенного значения, но лучше наносить клей на сухие, а также очищенные от пыли и масел поверхности. Склеивание происходит при нормальной температуре, причем за сутки прочность соединения достигает 30%, а за 4-7 суток - 100%. При понижении температуры нарастание прочности замедляется, а при повышении - ускоряется. Если температура воздуха превышает 40 °С, вода из клея быстро испаряется, что приводит к снижению прочности склеивания. Эксплуатация при повышенной температуре снижает прочность клея вследствие старения каучука, но в меньшей степени, чем в чисто каучуковом клее. Ценным свойством латексцементных клеев является невоспламеняемость и отсутствие токсичности.

Соединения на латексцементных клеях отличаются эластичностью, прочностью, водонепроницаемостью. Возможность надежного сцепления этих клеев с разными материалами - керамикой, стеклом, бетоном, позволяет применять их в различных строительных работах для приклеивания облицовочных плиток, стеклоблоков, ремонта бетонных поверхностей, нанесения защитных гидроизоляционных и декоративных покрытий, уплотнения швов.