КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1996 года по МПК C09J131/04 C09J133/08 

Предлагаемое изобретение относится к составам композиций на основе акриловых сополимеров, используемым в качестве клея в радиоэлектронной промышленности, например, на автоматических линиях сборки видеомагнитофонов.

Полимерные клеи широко применяются для склеивания различных материалов при производстве изделий радио- и электронной техники. Подсчитано, что использование клеев в радиоэлектронной аппаратуре позволяет снизить трудоемкость сборочных работ на 20 30%
Применяемые клеи должны обеспечивать высокие прочности склеивания для целого ряда материалов, например, сплавы алюминия, сталь, бронза, пластмассы, сукно, войлок, синтетическая замша.

При сборке изделий на высокопроизводительных автоматических линиях к применяемым клеям предъявляются дополнительные требования:
отсутствие нитеобразования;
небольшое время схватывания (не более 10 мин, желательно 2 3 мин);
стабильность реологических свойств.

Полимерные клеи представляют собой вязкие жидкости, при нанесении которых на склеиваемые поверхности образуются нити. Это приводит к тому, что затрудняется точная дозировка клея, особенно при сборке узлов малых размеров, и контроль за размерами клеевого шва, имеются непроизводительные потери клея и другие неудобства в работе.

Нитеобразование клеевой композиции можно оценить качественно по длине образующихся нитей (визуальная оценка), а с другой стороны, количественно по числу капель клея до начала образования нароста на кончике дозатора.

Для снижения нитеобразования клеи разбавляют органическими растворителями. При этом снижается толщина клеевого слоя и для достижения оптимальной толщины необходимо многократное нанесение клея, что не всегда приемлемо из-за снижения производительности операции склейки.

Требование по времени схватывания клеевого шва обусловлено тем, что для достижения высокой производительности желательно, чтобы склеенный узел через несколько минут поступал на следующие операции сборки и клеевое соединение при этом не разрушалось.

Автоматические дозаторы настраиваются в соответствии с реологическими характеристиками клея, при этом стабильность реологических свойств имеет важное значение. Именно поэтому для наполнения клеевых композиций важен показатель седиментационная устойчивость. Другим важным показателем является максимальный перерыв в работе дозатора, который должен быть не менее 3 ч (передача смены, временная остановка конвейера и т.п.). В течение указанного времени должна обеспечиваться возможность возобновления процесса дозирования и нанесения клея без промывки и перезарядки дозаторов.

Известна клеевая композиция [1] на основе полиакрилатов, которая применяется для склеивания пленок, особенно из пластифицированного поливинилхлорида или сополимеров винилхлорида с другими мономерами, при этом обеспечиваются высокие показатели адгезии и когезии в течение длительного времени. Клеевую композицию получают, например, полимеризацией 250 г смеси мономеров, содержащей (%) 87,25 н-бутилакрилата, 4 акриловой кислоты и 8,75 г диметиламиноэтилметакрилата, в 250 г ацетона и 500 г бензола при температуре 80 110^oC, в присутствии азодиизобутиронитрила, с последующим разбавлением раствора сополимера бензолом до содержания сухих веществ 25% К 800 мас.ч. раствора сополимера добавляют (мас.ч.) 60 полимеризованной канифольной смолы, 40 гидрированной канифольной смолы и 100 бензола. При воспроизведении указанной клеевой композиции были получены следующие прочности склеивания для сплава алюминия с сукном: предел прочности при сдвиге 0,19 МПа, предел прочности при отслаивании 0,17 кН/м. Клеевая композиция не годится для автоматического дозирования и нанесения, т.к. сильное нитеобразование приводит к тому, что на кончике дозатора образуется сгусток или нарост клея, начиная с 5 6 капли. Перерыв в работе дозатора без промывки составляет 0,5 ч, что недостаточно.

Ближайшей к предложенной композиции по технической сущности является известная композиция [2] включающая сополимер 40 50 мас. бутилакрилата (БА), 45 55 мас. винилацетата (ВА), 3 7 мас. акриловой кислоты (АК) (100 мас.ч.), органический растворитель (150 300 мас.ч.) и соединение из группы бис-2,2-диметилпентеноилгидразид, N,N′-бис-α--этилакрилоилгидразид, пентаэритрит-бис-2,2-диметилпентеналь и пентаэритрит-моно-2,2-диметилпентеналь (0,5 4,0 мас. ч). Указанная клеевая композиция может применяться для склеивания металлов: бронза, сталь, сплав алюминия с ворсистыми материалами: сукно, войлок, синтетическая замша. Например, композиция обеспечивает следующие прочности склеивания (сплав алюминия Д-16Т сукно): предел прочности при сдвиге 0,17 0,22 МПа, предел прочности при отслаивании 0,29 - 0,35 кН/м. Однако при этом клеевая композиция непригодна для автоматического дозирования и нанесения. Композиция обладает сильным нитеобразованием, поэтому дозирование в виде капель невозможно. При разбавлении клеевой композиции органическим растворителем (1:1 по объему) нитеобразование несколько снижается (умеренное), дозирование становится возможным, но на кончике дозатора через 20 капель образуется нарост клея, который постепенно растет и через 50 капель отрывается. Далее весь цикл: образование, рост и отрыв клеевого нароста повторяется. Такое дозирование не обеспечивает точность дозирования и определенную толщину клеевого шва. Кроме того, для указанной клеевой композиции перерыв в работе дозатора без промывки ниже требуемого и составляет 1 ч (см. таблицу, пример 14).

Для обеспечения возможности осуществления автоматического дозирования и нанесения за счет снижения нитеобразования предложена клеевая композиция, включающая сополимер 40 50 мас. бутилакрилата, 45 55 мас. винилацетата, 3 7 мас. акриловой кислоты и органический растворитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 3 7 мас.ч. аэросила на 100 мас.ч. раствора сополимера при следующем соотношении остальных компонентов, мас.ч.

Сополимер 40 50 мас. 20 30
бутилакрилата, 45 55 мас.

винилацетата, 3 7 мас.

акриловой кислоты Органический растворитель 70 80.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение клеевой композиции с пониженным нитеобразованием, что позволяет осуществить дозирование ее как в капельном, так и в струйном варианте, перерыв в работе дозатора без промывки составляет не менее 3 ч. Клеевая композиция обеспечивает следующие прочности склеивания (сплав алюминия Д-16Т сукно): предел прочности при сдвиге 0,260 0,275 МПа, предел прочности при отслаивании 0,26 0,49 кН/м. Седиментационная устойчивость композиции составляет не менее 15 суток (см. таблицу, примеры 1 13). Кроме того, клеевая композиция обеспечивает следующие прочности склеивания: предел прочности при сдвиге для материалов бронза войлок, сталь сукно, пластмасса СФД-А (сополимер формальдегида с диоксоланом) или полиамидная сукно не менее 0,20 МПа, 0,25 МПа, 0,12 МПа соответственно; предел прочности при отслаивании для материалов бронза войлок, пластмасса СФД-А или полиамидная замша не менее 0,15 кН/м и 0,14 кН/м соответственно. Указанные прочности достигаются при однократном нанесении клеевого слоя. Время схватывания клеевой композиции не более 10 мин.

Снижение нитеобразования предложенной клеевой композиции по сравнению с известной обусловлено ее отличительным признаком использованием в составе в качестве наполнителя 3 7 мас.ч. аэросила на 100 мас.ч. раствора сополимера.

Из уровня техники известно, что введение наполнителя приводит к повышению вязкости составов и прочности склеивания. Из этого не вытекает, однако, возможность снижения нитеобразования, что обуславливает пригодность клеевой композиции к автоматическому дозированию и нанесению, путем введения в ее состав в качестве наполнителя 3 7 мас.ч. аэросила на 100 мас.ч. раствора сополимера.

Композиция содержит: органический растворитель из группы, включающей этиловый эфир уксусной кислоты (этилацетат) ГОСТ 8981-78, этиловый эфир этиленгликоля (этилцеллозольв) ГОСТ 8313-76, о-ксилол ТУ 6-09-3825-78, ацетон ГОСТ 2768-79, бутиловый эфир уксусной кислоты (бутилацетат) ГОСТ 8991-78; аэросил, марка А-300 ГОСТ 14922-77; кроме того, смолу поливинилхлоридную хлорированную ПСХ-ЛН ОСТ 6-01-37-88, смолу эпоксиднодиановую ЭД-16 ГОСТ 10587-84.

Раствор сополимера 40 50 мас. БА, 45 55 мас. ВА, 3 7 мас. АК получают следующим образом. В стеклянный лабораторный реактор, снабженный механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, помещают следующие компоненты: 40 50 г БА, 45 55 г ВА, 3 7 г АК, 50 г этилацетата, включают перемешивание и нагрев. При температуре 40^oC загружают 0,16 г пероксида бензоила в 40 г этилацетата (1-я порция инициатора), поднимают температуру до 75 ± 2^oC и выдерживают 4 часа, затем добавляют 2-ю порцию пероксида бензоила 0,08 г в 10 г этилацетата и выдерживают еще 4 часа, добавляют 3-ю порцию пероксида бензоила 0,08 г в 10 г этилацетата и выдерживают 2 часа, затем разбавляют содержимое 123 190 г этилацетата, перемешивают 1 час при температуре 75 ± 2^oC и охлаждают. Вместо этилацетата можно использовать его смесь с бутилацетатом или другой подходящий органический растворитель. Получают раствор акрилового сополимера с массовой долей нелетучих веществ 25 30% который в дальнейшем используют для приготовления клеевой композиции.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется нижеприведенными примерами.

Пример 1 (по изобретению).

В плоскодонную стеклянную колбу емкостью 400 см³ загружают следующие компоненты, мас. ч. сополимер, мас. БА 45, ВА 50, АК 5 20 (в пересчете на сухое вещество); этилацетат 80 (с учетом растворителя, содержащегося в растворе акрилового сополимера); аэросил 3. Содержимое колбы перемешивают с помощью лабораторной мешалки "ER-10" в течение 75 мин. Температура смешения комнатная. Полученную клеевую композицию фильтруют на вакуумной воронке с капроновым фильтром, диаметр ячейки 0,4 мм. Получают клей с содержанием массовой доли нелетучих веществ 25%
На обезжиренную поверхность подложки из сплава алюминия Д-16Т с помощью стеклянной палочки или пипетки наносят слой клея из расчета 0,01 0,015 г/см². Клей просушивают в течение 1 мин при комнатной температуре и склеивают с сукном. Склеенный образец на 1 мин помещают под груз массой 1 кг, после чего просушивают при комнатной температуре (не ниже 17^oC) в течение суток.

Испытания проводят на универсальной машине марки "Цвик". Клеевое соединение имеет предел прочности при сдвиге 0,260 МПа (ГОСТ 14759-69) и предел прочности при отслаивании 0,44 кН/м (ГОСТ 411-77, метод Б).

Клей дозируют на автоматических дозаторах типа ОР-333, при этом наблюдается слабое нитеобразование, нарост клея на кончике дозатора не образуется при дозировании более 1000 капель, перерыв в работе дозатора без промывки более 3-х часов.

Седиментационная устойчивость клея составляет 15 суток, которую определяют визуально по расслоению клея на прозрачный и мутный слои.

Состав и свойства клеевой композиции приведены в таблице.

Примеры 2 13 (по изобретению), примеры 14 21 (для сравнения). Составы и свойства композиций приведены в таблице. Режимы приготовления и испытаний композиций аналогичны примеру 1.

Из примеров 1 13 таблицы видно, что заявляемая клеевая композиция, включающая 20 30 мас.ч. сополимера 40 50 мас. БА, 45 55 мас. ВА, 3 7 мас. АК, 80 70 мас.ч. органического растворителя и 3 7 мас.ч. аэросила на 100 мас.ч. раствора сополимера, характеризуется пониженным нитеобразованием, число капель клея до начала образования нароста на кончике дозатора составляет более 1000 шт. перерыв в работе дозатора без промывки более 3-х часов; седиментационная устойчивость не менее 15 суток; прочность клеевого соединения (сплав алюминия Д-16Т сукно) составляет: предел прочности при сдвиге 0,260 - 0,275 МПа, предел прочности при отслаивании 0,26 0,49 кН/м.

Отсутствие в композиции аэросила (пример 15) приводит к сильному нитеобразованию, на кончике дозатора через 15 капель образуется нарост клея, перерыв в работе дозатора без промывки составляет 1 час.

Введение аэросила в количестве менее 3 мас.ч. (пример 16) приводит к недостаточному снижению нитеобразования, на кончике дозатора через 100 капель образуется нарост клея, цикл образования нароста составляет 200 капель. Перерыв в работе дозатора без промывки составляет 2 часа, что ниже нормы.

Введение аэросила в количестве более 7 мас.ч. (пример 17) полностью устраняет нитеобразование, но при этом вязкость клеевой композиции достигает таких значений, что использование автоматического дозатора возможно только при разбавлении клея растворителем (1:1,5). Отсюда возникает необходимость многослойного нанесения клея.

Получить эффект снижения нитеобразования клея введением других наполнителей, например, мела (ММС-1, ГОСТ 12085-73), коалина (П-2, ГОСТ 21285-75) не удается. Заметного снижения нитеобразования не наблюдается.

Использование: в качестве клея в радиоэлектронной промышленности, например, на автоматических линиях сборки видеомагнитофонов. Сущность изобретения: клеевая композиция содержит сополимер 40 - 50 мас.% бутилакрилата, 45 - 55 мас.% винилацетата и 3 - 7 мас.% акриловой кислоты 20 - 30 мас. ч. , органический растворитель 70 - 80 мас.ч., аэросил 3 - 7 мас.ч. на 100 мас. ч. раствора сополимера. Композиция характеризуется пониженным нитеобразованием - число капель клея до начала образования нароста на кончике дозатора составляет более 1000 мт, перерыв в работе дозатора без промывки более 3 ч, седиментационная устойчивость не менее 15 сут., прочность клеевого соединения: сплав алюминия - сукно при сдвиге составляет 0,275 МПа, при отслаивании 0,49 кН/м. 1 табл.

Клеевая композиция, включающая сополимер 40 50 мас. бутилакрилата, 45 55 мас. винилацетата и 3 7 мас. акриловой кислоты и органический растворитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 3 7 мас.ч. аэросила на 100 мас. ч. раствора сополимера при следующем соотношении остальных компонентов, мас.ч.

Сополимер 40 50 мас. бутилакрилата, 45 55 мас. винилацетата и 3 7 мас. акриловой кислоты 20 30
Органический растворитель 70 80