Способ склеивания полимерных материалов Советский патент 1978 года по МПК C09J5/00 

Изобретение относится к технологии 1склеивания полимерных материалов и иэг делий из них, преимущественно к технологии склеивания трудиосклеиваемых полимеров, таких как полиэтилеи, полипропилен, политетрафторэтилен, вулканизаты бутилкаучука.Фторкаучука, этилеипропиленвогокаучук и др. Способ может найти широкое применение в ряде отраслей иа родного хозяйства (химической, машинестроительной, строительных материалов и др) , где Требуется высекая прочность и надежность крепления полимерных материале друг к другу или к другим материалам.

Известен способ склеивания полимерных материалов, по которому клейме целью улучшения адгезионных свойств подвергают деформациям сжатия и сдвига. Эту операцию проводят перед нанесением клея на склеиваемые поверхности Щ .

Наиболее, близким к предлагаемому из извес тных является способ склеивания изделий из полимеров, предусматривающи обезжиривание, механическую обработку,

например наждачной бумагой, нанесение полимерного клея и соединение склеиваемых поверхностей 2 .

Однйко этот способ склеивания не обеспечивает получения прочного и надежного клеевого соединения трудносклеиваемых материалов. Это обусловлено тем что основная масса образовавшихся при механическом воздействии (обработке наждачной бумагой) реакционноспособных групп (свободных радикалов и ионов на поверхности полимера к моменту нанесения клея на поверхность полимера успевает прорелаксировать, или провзаимодействовать с окружающей средой. На поверхности полимера сорбируются слои газов, паров и других вепгеств, что значительно снижает адгезионные способности механически обработанной поверхности.

Цель изобретения - увеличение прочности клеевого соединения.

Указанная цель достигается тем, что при склеивании полимерда, включающем операции подготовки поверхности, нанесения полимерного кпея, соединения склеиваемых поверхнсютей, механическое воздейсгвие на поверхность полимерного материала осуществляют одновременно с нанесением клея или после нанесения его. Механическое воадействке на систему клей - полимер инструментом сопровождается рядом явлений, способствующих образованию прочных и надежных адге8ИОВНЫХ связей: а) разрушением поверхности полимера и дефсфмаыиай клеевого слоя, что сопровождается воаникновением реакционноспособных свободных радикалов и одновременно кшс. в клеевом слое, гак н на поверхности полкч ера. Свободные радикалы п ионы при BaaHVioneftcTJMiH между собой образуют прочпью хгп.шческие связи (происходит привитая сотюлпмеризацня компонентой кпея к поверхности полимера что подтверждается данными инфракрасной спектроскопии); б) шерохованием поверхности ноитамер и вдавливанием клея инструментом, что приводит к увеличению площади контакта меашу клеем и поверхносд ью полимера, а также образоваг1ию клеевых аамков; в)пополнением конта :№ого слоя клея частицами, диспергированными с поверхности полимера, что приводит к сни;«ению величины и равномерному перераспределению напряжений, возмикагсЩих на границе контакта клей - полимер в процессе усад ки, температурного расшиуэения и эксплуа тации{ г)перемешиванием клея, что способствует подведению новых реакционноспособных групп к границе контакта клей полимер и к удалению с полимерной подложки слабоаакрепившихся клеевых и сор бнровааных слоев. Для механического воздействия ра .систему клей - полимер в качестве ии струме н та может быть использован инструмент, обычно применяемый для механи ческой обработки поверхности твердых тел: щетка, иглофреза, резец, абразивный инструмент, магнитостриктор, дробеструй ный инструмент и др. Это позволяет для осуществления предлагаемого способа использовать широко применяемые- на практике механизмы, например, пескоструйаые и дробеструйные аппараты, ультра- звуковые установки, щероховальнь1е маши иы и т.д. Нанесение клея может быть произведено инструментом, сясазывающим меха.ническое воздействие на систему клей полимер. Например, дробь при дробоструйной обработке/ захватывает своей поверхностью слойклея и переносит его на поверхность полимера, производя в следующее мгновение меха 1ическое воздействие на нанесенный ею слой клея и на поверхность полимера. Таким образом, можно исключить операцию промазки, а следадательно, и промааочные устройства, что упрошает .аппаратурное 0(1)оомление способа, а также повышает производительность процесса склеивания. Для каждой пары к чей - полимер существуют оптимальные режимы механического воздействия инструментом. Пример. Эксперимент проводят на установке, представляющей собой врашаютнийся с заданной угловой скоростью ( CfiJ ) диск и держатель образца из полимерного материала. На поверхность диска наклеивают инструмент для механического воздействия, например наждачную бумагу, или закрепляют абразивный круг Держатель образца прижимают к диску с помощью груза (Р ), Скорость перемещения инструмента ( V ) относительно поверхности полимерного образца рассчитывают по известному соотношению V ШН, где R - расстояние от центра диска до образна. Удельное давление прижима ( У ) рассчитывают по формуле Р + Z где Р„ - вес держателя и образца; S - площадь контакта образца и инструмента. В качестве наиритового клея используют клей марки 88Н. Этот нек сгрукциошшй клей широко применяют на практеке для склеивания различных материалов, в том числе и попизтилеиа, с обработанной поверхностью. Для склеивания полимеров в основном используют традиционные для них клеи. Однако применяют и другие клеи. Предлагаемый способ испытывают при склеивании большой группы полимерных материалов: полиэтилен (ПЭ), полипропи-. лен (ПП), полиизобутилеи, различные марки.фторопластов, поливинилхлорид пластифицированный и жесткий (ПВХ), полиуретан, каучуки бутадиенстирольный бутадиеннитрильные, фторкаучуки и другие, используя клеевые составы: наиригсжые, фенолформальдегидные, эпоксидные, полиуретан овью, пагексные и дру-: гие. Причем скле1шают как однородные, raic и разнородные .

В таблице приведены результаты ис пыганнй на прочность при отч:ч1аивании

под 180 клеевых соединений, выполненных по предлагаемому и иавесгному способам. Испытания проводят на разрывпой машине ХДЛ-40 при скорости движения нижнего зажима 100 мм/мин.

Для склеивания иадепнй из полиэтилена попихлоропреншым клеем (образец 1) производят механическое воздействие аб разнваым инструментом на систему клей полимер соскоростью относительно п верхности полимера 0,5-50 м/с при удвль-ном давлении прижима 0,1-5 кгс/см. Режимы указаны для процессов, проводяшихся при температуре 20 С.

При склеивании образца 12 скорость перемещения наждачной бумаги относительно поверхности полимера составляет 0,02 м/с при давлении прижима75 кгс/см, для образда 15-350 м/с и. 0,03 кгс/см соотвотственно. Для остальных образцов используют режимы, указанные для образца 1.

Аналогичные результаты получают при нанесении клея с помощью дробеструйного аппарата.

Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП)-стекло1кань (наиритовый клей марки 88Н)3,7

ПЭНП - хлопчатобумажная корсажная ткань (88Н)4,2

ПЭНП - поливинилхлоридкый кожезаменитель

(ПВХ) (88Н)1,8

ПЭНП - сталь 3 (88Н)4,0

ПЗНП - сталь Х18Н10Т

(88Н)3,3

ПЭНП - алюминий (88Н)4,4

ПЭНП - медь (фольга) (88Н) 3,1

0,4Адгезионный (на

границе клейполимер)

То же

0,5

Когезионный (по ткани)

Адгезионный (клей - ПВХ)

Адгезионный (клей - сталь)

То же

Смещанный (клей, клей -алюминий)

Адгезионный (клей - медь) ПЭНП - стеклоткань (фёколформ альде гид ный клей БФ-2) 0,9

ПЭНП - стеклотань (наирит(жый НТ)

ПЭНП - стеклоткань(полиизобугиленовый П-118)

ПЭНП- стеклотеань (пояиуретан еж ый Десмокол 40О)

ПЭНП - стеклоткань (эп жсидный Л-4)

0,8

ПЭНП - стеклоткань

(фтороплас тоэпоксидный

ЛФЭ23х)1,2

ПЭНП- ПВХ (линолеум)

(латвксный клей

СКН4ОГП-1)О,7

ПВХ (линолеум) - ПВХ (линолеум) (СКН40ГП-1

ПВХ (кожезамеввтет)-

-хлопчатобумшкная п:ань

(нейрит НТ)

Полите трафт(фэпи1ен (ф-4)-стеклопсань (88Н)

Ф-4 - сталь 3 (88Н)

- сталь Х18Н1ОТ

(88Н)

Продолжение таблицы

Когезионный,,о,5

(по стеклоткани)

К ore знойный (по0,3

клеевому слою)

Адгезионный0,4

(клей - ПЭНП)

То же0,2

0,4То же

0,2

Когезионный (по клею)

0,4

То же

Адгезионный24

(клай - ПВХ)

Адгезионный0.2

(клей - Ф-4) То же0,1

АдгезионныйОД

(клей - Х18Н1ОТ) Адгезионный0,3 (клей - ПЭНП)

- алюминий {88Н)3,5

Ф-4 - медь (88Н)2,8

Ф-4 - стеклоткань (фторош1астоэп1жсидный ДФЭ23х)1,1

1,6

2,1Адгезионный0,4

Ф-4 - стеклоткань

(ЛФЭ42х)

Ф-4 - стеклоткань (БФ-2)

Ф-4 - медь (ЛФЭ42х)

Бутадненстирольный

каучук СКС-ЗО - ткань (кирза) (наирит НТ)

СКС-ЗО - кожа

(наирит НТ)2,4

СКС-ЗО - полиуретановое покрытие на ткани (ПУ) (наирит НТ)4,3

ПУ - ткань (кирза) (наирит НТ)

3,5

(Адгезионный0,2

{клей- Ф -4)

Адгезионный0,3

(клей - медь)

Адгезионный .0,1

(клей - стеклоткань).

То же

0,2

(клей - Ф-4)

0,3

0,2 0,4

4,1

Смешанный (СКС-ЗО, СКС-ЗО клей)

1

Адгезионный (кожа - клей)

Когезиоиный (ПУ) 3,1.

Адгезионный (клей - ПУ)

То же

3,1

То же 116 Испопьэованяе предлагаемого способа склеивания полимерных материалов обеспечивает следующие преимущества; воаMOMiocTb получения прочного и надежного клеевого соединения трудносклеиваемых материалов; возможность прочного склеивания полимеров клеями, ранее не применявшимися для этих целей, например латексными клеями, для приклеивания по лиэтилена к другим материалам. Формула изобретения Способ склеивания полимерных материалов, включающий механическое воздей 1 ствие на поверхность материала, нанесение клея на основе полимера к соединение склеиваемых поверхностей, отличающийся тем, что, с целью увеличения прочности клеевого соединения, механическое воздействие на поверхность полимерного материала осуществляют одновременно с нанесением клея или после нанесения его. Источники информации, пр инятые во внимание при экспертизе: 1,Авторское свидетельство СССР № 192329, кл. С 09 J 3/14, 1967. 2.Лебедев Р. А, и др. Напыление сварки, склбйватё, Л., Химий, 1973, о. 82.