Способ склеивания полимерных материалов Советский патент 1981 года по МПК C09J5/00 

Изобретение относится к технолог склеивания полимерных материалов и изделий из них, преимущественно к технологии склеивания трудносклеива емых полимеров, таких как полиолефи ны, фторопласты, вулканизаты бутилкаучука, этиленпропиленового каучук и т.д. Способ, может найти широкое приме нение в ряде отраслей народного хозяйства (химической, машиностроительной и др.), где требуется высокая прочность и надежность крепления полимерных материалов друг к другу или к другим материалам. Известен способ склеивания полимерных материалов, согласно котором нанесение абразивсодержащего клея и совместное механическое воздейств на поверхность полимера и клеевой слой, осуществляют после соединения склеиваемых поверхностей 1. Однако применение данного способа обеспечивает получение клеевых соединений, прочность которых.в ряд случаев оказывается недостаточной,. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ склеива.ния полимерных материалов, включающий нанесение полимерного клея, соединение, склеиваемых поверх ностей и механическое воздействие на поверхность, осуществляемое при комнатной температуре одновременно или после нанесения клея (2. Однако и этот способ склеивания в ряде случаев не обеспечивает получения прочного клеевого соединения. Цель изобретения - повышение прочности клеевого соединения. Поставленная цель достигается тем, что в способе склеивания полимерных материалов, включающем нанесение клея на основе полимера, механическое воздействие на поверхность полимерного материала с нанесенным на нее слоем клея, механическое воздействие осуществляют при температуре стеклования склеиваемого полимера. Повышение выхода макрорадикгшов, что определяет .улучшение адгезионных свойств обрабатываемых предлагаемым способом полимерных материалов/ .наблюдается при температурах стеклования аморфной прослойки (ПТФЭ, ПЭ и др.) замораживания сегментальной подвижности (ПС, ПВХ и,др.) и движения боковых групп (ПП, вулканизаты

некоторых каучуков и др. ), т.е.в общем, при температурах стеклования полимеров.

Экстремальный характер зависимости выхода микрорадикалов при механическом воздействии на полимер от температуры склеивания определяют с помощью метода ЭПР. Этим методом установлено, каждой пары клей-полимер существует своя оптиМсшьная температурная область.

Способ осуществляют следующим образом.. .

Подготовленную к склеиванию поверхность с нанесением на нее сло.ем клея охлаждают до области температур стеклования аморфной прослойки полимера, затем производят совместную механическую обработку поверхг ности полимера и контактирующего с ним клея, соединяют склеиваемые поверхности, нагревают и производят отвержде 1ие клеевого слоя.

Режимы механического воздействия и оборудование, на котором оно проиводится при склеивании полимерных материалов, аналогичны приведенным в известных способах.

Подготовка поверхности предусматривает обычно очистку ее от загрязнений, например, путем обезжиривани растворителем.

В качестве клеев используются полимеры или их растворы в сочетании с другими веществами, в частности с наполнителями, отвердителями и т. Применяемые клея имеют вязкость при температурах проведения операци механического воздействия не более 200; С по ВЗ-4.

Соединение склеиваемых поверхностей могут производить как до, так и после нагрева. Отверждение клеевого слоя производят по режимам, пр дусмотренным техническими условиями для предлагаемого клея.

Пример 1. Клей на основе эпоксидиановой смолы марки ЭД-20 и низкомолекулярного полиамида марки Л-20, взятых в соотношении 10:6, наносят на поверхность полиэтиленовго листа, затем полученную систему охлаждают до , и при температуре осуществляют механическое воздействие одновременно на поверхность полимера и нанесенный на него слой клея. Механическое воздействие осуществляют с помощью ручной электрошлифовальной машины Элек- ра (давление прижима О,3 кгс/см , время обработки 50 с). В качестве инструмента применяют бумагу марки бЗС 1бН. После механической обра-, ботки склеиваекЫе поверхности соединяют и выдерживают при комнатной температуре под давлением 0,2 кгс/с в течение суток. Нагрев образцов до комнатной температуры производят

после механической обработки как до так и после соединения склеиваемых поверхностей.

Пример 2. в полихлоропреновый клей вводят образивный наполнитель (например, порошок SiC) 30 вес затем этот клей наносят на-торцовую поверхность отрезка полиэтиленовой трубы ДУЗ-2, закрепляют его в патрне токарного станка, устанавливают заданное число оборотов шпинделя, а второй склеиваемый с ним отрезок тру поджимают с помощью задней бабки к первому. Перед соединением склеиваемых поверхностей и во время механической обработки производят охлаждение склеиваемых поверхностей с помощью хладагента (например, паров азота) до , контроль температуры производят термопарой или термометром сопротивлений.

В остальных приводимых ниже примрах технология получения образцов аналогична технологии получения образцов первых двух примеров.

Пример 3. Фторопластовую пластину охлаждают до температуры и производят при этой температуре ее совместную мех;аническую обработку с полиуретановйм клеем (гидрсэксилсодержащая полиэфирная смола,отверждаемая изоционатами) , растворенным в диэтиловом эфире. Обработанную пластину нагревают до комнатной температуры, после чего соединяют с металлической пластиной и отверждшот при 80° С под давлением 0,5 кгс/см в течение 8ч.

Пример 4. Подготовленные к склеиванию пластины на основе бутилкаучука и этиленпропиленового каучука охлаждают до с ранее нанесенным на них слоем полихлорпренового клея и проводят их совместную механическую обработку, посл чего, склеиваемые пластины соединяют создают давление прижима 0,2 кгс/см нагревают до комнатной температуры и отверждают клей в течение суток.

Результаты испытаний образцов, полученных по технологии, описанной в примерах 1-4, приведены в табл.1. В этой же таблице для сравнения приведены данные испытаний аналогичных образцов, полученных по известным способам.

Определение разрушающего напряжения при сдвиге клеевых соединений производят на разрывной маишне марки ZM 250 при скорости движения нижнего зажима 100 мм/мин. Определение прочности клеевых соединений трубчатых образцов производят при тех же условиях с помощью специальных зажимов.

Сравнительная прочность клеевых соединений

.Т а б Л И Ц а 1

(трубчатые образцы) Ф-4 - ПУ - СТ - 40 СКЭПТ - 88н - БК Примечание: ПЭНП Пример 5. Выбор температурной области для механического воздействия иллюстрируется на примере полиэтилена. Подготовленные к склеиванию пластинки полиэтилена с нанесенным на них слоем клея в виде раствора эпоксидиановой смолы марки ЭД-20 и низко молекулярного полиамида марки Л-20 обрабатывают с помощью . электрошлифовальной машинки Электра (наждачная бумага 63.С 16Н) при различных температурах,затем склеивают и опре деляют прочность склеек. Температу-: ру механической обработки устанавливают с помощью криокамеры и фиксируют с помощью датчиков температуры. С помощью стандартного ЭПР-спектрометра Рубин определяют концентра цию парамагнитных центров в слое, реструктируемом с поверхности полиjiepa, при мехднической обработке, езультаты исследований представлены в табл. 2. . :..,Т а б л и ц а 2/

55 31

26 24 ЭДНПА СКЭПТ БК Ф4 ПУ 88н полиэтилен низкой плотности; клей н основе эпоксидиановой смолы и нкакомолекулярного полиамида; этиленпропиленовый каучук, тройной; бутилкаучук; фторопласт-4; полиуретановый -клей на основе полиэфирной смолы и изоционата; полихлоропрб новый клей. Продолжениетабл.2 Из табл. 2 видно, что для ПЭ эк-стремальные значения прочности наблюдаются при проведении :механохимической обработки поверхности полимера в области температур (-50)- (-BO) С (для промышленного полиэтилена марки 102). Аналогичным образом проведенные эксперименты для других полимеров показывают, что концентрация парамагнитных центров и прочность клее- . вого соединения достигают максимальных значений в области температур: дляПП 20°С, для СКЭПТ (-50)-(-70)С, дляФ-4, (-80)-(-115°С). Полученные значения экстремальных температур областей хорошо согла суются со значениями температур стеклования амбрфной прослойки кристаллических полимеров и замораживанием сегментальной подвижности для аморфных полимеров. Применение предлагаемого способа склеивания обеспечивает повьииение прочности клеевого соединения, на 18-112%.

Формула изобретения

Способ склеивания полимерных материалов, включающий нанесение клея на основе полимера, механическое воздействие на поверхность полимерного материала с нанесенным на нее слоем клея, соединение склеиваемых поверх ,ностей до или после механического воздействия, отличающийся teM, что, с целью повышения прочности клеевого соединения, механическое воздействие осуществляют при температуре стеклования скпеиваемого полимера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе - 1. Лебедэва Р.А. и др. Напыление, сварка, склеивание. Л., Химия, 1973, с. 82,

2. Авторское свидетельство СССР № 622831, кл. С 09 J 5/00, 1976 (прототип) . .