ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние различных факторов на работоспособность клеевых соединений из "Эпоксидные полимеры и композиции" Для достижения требуемой прочности соединений необходимо создать условия, обеспечивающие стабильность исходных характеристик компонентов и неотвержденного клея при хранении и в условиях производства. Для этого следует располагать данными о комплексном влиянии окружающих условии (влажности, температуры и т. д.) на их свойства. Однако эти вопросы изучены пока еще недостаточно. Известно [34, с. 202—213], что при длительном хранении как жидких, так и пленочных клеев увеличивается разброс их характеристик, несмотря на то, что, например, пленочные клеи хранят в специальных контейнерах с влагопоглотителем, дополнительно герметизированных от проникновения влаги. Так, после хранения в контейнере эпоксидно-нитрильного клея (марки АР-126-2) от 2 до 29 месяцев прочность соединений снижается на 30—40%. [c.112] Значительное влияние на свойства клеев оказывает отиосп- ельная влал сность воздуха. Так, при 50%-ной относительной влажности масса пленки эпоксидно-нитрильного клея за сутки увеличивается на 0,2%. Это приводит к повышению разброса показателей прочности соединений при комнатной температуре, а при 177°С прочность снижается примерно на 50%. Однако этот эффект не проявляется, если выдержать при такой же влажности не пленку, а образцы, предназначенные для склеивания. Видимо, наличие влаги в клее оказывает влияние на процесс отверждения, что подтверждается снижением содержания эпоксидных групп после выдержки клеев прн комнатной температуре. Действительно, исследование методом инфракрасной спектроскопии жидкой эпоксидной смолы, которую хранили при комнатной температуре в течение 2 недель, позволило установить снижение содержания эпоксидных групп. Считают [35], что это связано с процессами гомополимеризации или (при наличии ог-вердителя аминного или амидного типа) с взаимодействием с аминогруппами отвердителя, например, дициандиамида. [c.113] Отмеченное уменьшение концентрации эпоксидных групп исходной смолы может не оказывать существенного воздействи.я на когезионную прочность клея при температурах ниже 7 с вследствие значительного влияния на нее физических связей. Оно обнаруживается при температурах выше 7 с, что связано, по-видимому, с образованием более редкой сетки химических связей. [c.113] Совместное влияние температуры и влажности на свойства компонентов клеевых композиций и самих клеев может быть в действительности гораздо сложнее. Однако в настоящее время затруднительно дать однозначное объяснение экспериментальным данным, которые к тому же имеют часто противоречивый характер. Это объясняется тем, что прочность соединений зависит также и от способа подготовки поверхности субстрата, толщины слоя клея, условий испытаний и ряда других факторов, что часто не позволяет установить связь между механическими свойствами соединений и структурой отвержденного клея. Поэтому наряду с механическими испытаниями важно определять содержание функциональных групп в смоле и отвердителе, а также влаги в клее. [c.114] Весьма перспективным направлением, обеспечивающим стабильность свойств компонентов клеев при хранении, является микрокапсулирование [39]. [c.114] В компонентах клеев и в жидком клее обычно содержится большое количество воздуха, микроскопические пузырьки которого оказывают отрицательное влияние на физико-механнче-ские, электрические и другие свойства отвержденных клеев, приводят к образованию пор (более подробно механизм образования пор в эпоксидных композициях будет рассмотрен в гл. 6). Если поры сохраняются в объеме клея и в особенности на границе раздела, то образующиеся пустоты являются местами концентрации напряжений, что вызывает значительное снижение прочности соединений (до 30% и более) по сравнению с пленкой, не имеющей пористости. [c.114] Высокой степени дегазации клеев достигают с помощью ва-куумирования [40]. [c.114] Степень дегазации 80—90% жидкой клеевой композиции, состоящей из низковязкой смолы и отвердителя, достигается уже после выдержки в течение 5 мин при остаточном давлении 2,6-10 Па и 70—90°С. Скорость и степень дегазации повышаются при перемешивании. Однако после дегазации при хранении воздух вновь проникает в жидкие клеи. [c.114] Толщнна клеевой прослойки в соединениях обычно составляет от 25 до 300 мкм. Такой большой интервал толщин свидетельствует о том, что прочность соединений на эпоксидных клеях не столь чувствительна к изменению толщины, как это имеет место при использовании клеев других классов. Это объясняется главным образом относительно невысокой усадкой эпоксидных клеев при отверждении [41, с. 33]. [c.115] Обычно с увеличением толщины клеевого слоя прочность соединений снижается, что вызвано не только ростом внутренних напряжений, но и увеличением дефектности пленки, т. е. проявлением масштабного эффекта [42]. [c.115] Влияние толщины клеевого слоя на прочность зависит также от характера нагружения и распределения напряжения в соединениях. При чистом сдвиге (сдвиг при кручении) прочность соединений значительно меньше зависит от толщины пленки, чем при других видах напряженного состояния. Так, при увеличении толщины на 1,5—2 порядка прочность соединений при кручении снижается на 15%, а при равномерном отрыве и сдвиге— на 45 и 65°/о соответственно. В общем случае проявление масштабных и других эффектов зависит от возможности перераспределения напряжений при нагружении, т. е. от скорости протекания релаксационных процессов в отвержденном клее. Скорость релаксации напряжений определяется химическим составом и топологической структурой сетки, а также физическим состоянием пленки. В стеклообразном состоянии эти факторы оказывают большее влияние на прочность соединений, чем в области 7 с и выше. [c.115] Деформационные свойства соединений также зависят от толщины слоя клея. Так, для одного из эпоксидных клеев максимальный уровень деформации, после которой происходит разрушение соединений при толщине слоя 200 мкм равен 5%, а при Толщине 150 мкм — 9,47о- Поэтому разрушение соединений с более тонким слоем клея проходит при более высоких уровнях напряжений [34, с. 13—40]. [c.115] При определении толщины слоя клея следует учитывать раз- Шчия в теплофизических свойствах склеиваемых элементов, чтобы исключить возникновение больших термических напряжений, особенно при нестационарных условиях работы. Важен так-же учет технологических и производственных возможностей изготовление сопрягаемых деталей с необходимой точностью, наличие оборудования и оснастки, обеспечивающих требуемые Температурно-временные режимы и давление склеивания. [c.115] Одним из преимуществ эпоксидных клеев является возмож-ность проводить склеивание при малых давлениях. Давление необходимо для сохранения постоянного контакта адгезива с субстратом и компенсации усадки клея при отверждении. Его величина зависит от реологических свойств композиции [43, 44], Так, для жидких клеев достаточно контактного давления, а для порошкообразных и пленочных —от 0,1 до 0,7 МПа. При использовании некоторых модифицированных клеев, в частности эпоксидно-фенольных, из-за выделения газообразных продуктов рекомендуется применять более высокие давления —до 1 МПа. [c.116] Такой характер зависимости прочности отражает основные процессы, протекающие при формировании и отверждении пленки образование адгезионных связей между клеем и субстратом, повышение прочности при возникновении и увеличении плотности пространственной сетки и релаксация внутренних напряжений. [c.116] Приведенные выше данные подтверждают возможность варьирования давления и продолжительности его воздействия при склеивании для достижения одной и той же прочности. Если давление увеличивается, то продолжительность выдержки снижается. Поэтому целесообразно проводить склеивание в условиях всестороннего сжатия (в тех случаях, когда это возможно) для повышения адгезионной прочности соединений или для сокращения технологического цикла их изготовления. [c.116] Температурно-временные режимы процесса отверждения эпоксидных клеев зависят прежде всего от строения исходных эпоксидных смол, отвердителей, других добавок и их соотношения. В результате отверждения образуется пространственная сетка химических связей, характеризуемая главным образом двумя параметрами — Мс и Гс, которые предопределяют комплекс физико-механических свойств отвержденного клея. При увеличении, например, Мс снижаются модуль упругости, тепло- и термическая стабильность, но улучшаются релаксационные свойства клея. [c.117] Для клея одной и той же рецептуры, в зависимости от степени отверждения, указанные параметры могут изменяться в широких пределах [10, с. 136—138 47 48]. Все это обусловливает, как будет показано для конкретных клеящих композиций, изменение рабочих характеристик соединений [54]. [c.117] На примере эпоксидно-полиаминоамидного клея ВК-9 и других показано [29], что с повышением начальной температуры отверждения условно-равновесный модуль, а также Оотсл и Тсд возрастают. Это связано с ускорением конверсии реакционноспособных групп. Прогрев клея приводит также к снижению вязкости, что способствует лучшему растеканию клея по твердой поверхности и увеличению площади фактического контакта адгезива с субстратом. Это обеспечивает повышение адгезии. [c.117] Вернуться к основной статье