Универсальный суперклей секунда — цианоакрилатный клей — ВикиПро: Отраслевая энциклопедия. Окна, двери, мебель

Известный в оконном производстве клей «секунда» был изобретён во время Второй мировой войны в 1942 году американским химиком Гарри Кувером. Как и всё гениальное клей был открыт совершенно случайно. Кувер в те военные годы работал на компанию «Kodak» и занимался поиском прозрачных пластиков для оптических прицелов.

Изобретённое вещество — эфир цианоакриловой кислоты, цианоакрилат, — CH₂ = C(CN)COOR. Для выполнения поставленной задачи цианоакрилат был непригоден, т.к. при малейшем присутствии влаги вещество становилось липким и клейким.

В 1951 году цианоакрилат снова вспомнили во время создания термостойких покрытий для реактивных самолётов. У Кувера и его коллеги Фреда Джойнера был большой список разных материалов свойства которых они изучали с помощью различных приборов. После окончания работы с одним из цианоакрилатов, с порядковым номером в списке 910, Джойнер обнаружил, что линзы одного из приборов намертво слиплись.

Гарри Кувер вспомнил о своих поисках в 1942 году и решил, что на основе цианоакрилата можно создать «суперклей». Учёный убедил свою компанию в этом. Кувер и Джойнер потратили около семи лет на разработку оптимального состава. В 1958 году на рынке был представлен первый «суперклей». Суперклею присвоили его порядковый номер из списка предшествующему открытию — Eastman 910.

Изначально клей не стал пользоваться популярностью. Ситуация стала меняться после того, как Гарри Кувер посетил популярное в те годы в Америке телешоу и продемонстрировал возможности клея. Суперклей долгое время присутствовал в различных американских ток-шоу, где демонстрировались все его новые и потрясающие свойства. Цианокрилатный клей мог склеивать любые поверхности, даже если они не были предварительно защищены должным образом.

Хотя разбогатеть за счёт своего изобретения Горри Куверу так и не удалось, свою востребованность суперклей получил после того, как срок патента закончился. Компания «Kodak» не смогла извлечь большой финансовой выгоды из суперклея и продала бизнес компании «National Starch» в 1980 году.

Содержание

• 1 Как он работает
• 2 Виды по составу
• 3 Области применения
• 4 Растворимость и техника безопасности
• 5 Вклад участника

Как он работает

Почему же «суперклей», склеивающий между собой различные материалы за секунды, не застывает внутри тюбика?

Основным компонентом клея является циоаноакрилат. В составе клея он занимает 90–99% процентов. Для полимеризации цианоакрилатов требуется наличие влаги, поэтому при расфасовке клея используется воздух с очень низкой влажностью. Так же в клей добавляют кислотные стабилизаторы препятствующие полимеризации молекул клея. При нанесении клея на склеиваемую поверхность стабилизатор нейтрализуется щелочной средой основы или частично ионизированными молекулами воды присутствующими в атмосфере.

Полимеризация происходит как показано на рисунке:

1. Клей в жидком состоянии: мономер(белые шарики) поддерживают кислотные стабилизаторы (красные шарики) предотвращающие полимеризацию. Влага на поверхности (синие шарики).
2. Влага (синие шарики) нейтрализует стабилизатор(красные шарики). начинается реакция полимеризации.
3. Начинается реакция полимеризации.
4. Образуются поперечные молекулярные связи (происходит сшивка).

Теоретически могут возникнуть проблемы при склеивании цианоакрилатом в условиях низких температур — морозный воздух содержит очень мало влаги.

Виды по составу

«Суперклей» представляет собой жидкий мономер того или иного ацианоакрилата. Общая формула цианоакрилатных клеев CH₂ = C(CN)COOR (эфир ацианоакриловой кислоты), где в зависимости от химической природы радикала R (R- этил, метил, бутил, пропил и др.) в сложных эфирных группах возможны изменения технических свойств клея. Например влияют на такие свойства как физико-механические характеристики, теплостойкость, скорость отверждения, водостойкость и т.д.

Клей может содержать модифицирующие добавки. В качестве таких добавок используются бифункциональные соединения улучшающие теплостойкость и водостойкость клеевых соединений. Например тепловой интервал может вырасти от -196 до 125 °С или от -60 до 300 °С (но кратковременно). Применение в качестве модифицирующих небольших добавок циклопентадиена, дивинилбензола и глицидилметакрилата увеличивает их водостойкость. Для повышения водо- и вибростойкости цианакрилатных клеев в их состав вводят 0,1–5 % (мас.) эфира абиетиновой кислоты и глицерина, для повышения адгезионной прочности клеевых соединений — небольшие добавки 3,4,5-тригидроксибензойной кислоты или её эфиров. Модифицированные цианакрилатные клеи обладают такие свойствами как устойчивость к органическим растворителям например к бензину, спирту, к нефтяным и минеральным маслам, имеют электроизолирующие свойства.

В составе цианакрилатных клеев допускают присутствие до 10% стабилизаторов, пластификаторов, активаторов (при недостаточной влажности). В качестве активаторов могут применять продукт AC-15 (15-20 %-й раствор N,N-диметиланилина в этаноле) АВ-10 (10 %-й раствор карбоната калия в воде). После нанесения активатора на поверхность, нужно сделать выдержку для удаления растворителя, а уже затем склеить по обычной для данного клея технологии. Вещества, регулирующие вязкость (загустители). Например в гелевых «суперклеях» применяют ультрадисперный оксид кремния, а для повышение адгезии (полиакрилы, поливинилацетат). Для предотвращения самопроизвольной полимеризации используют ингибиторы отверждения. Для придания тепло- и электропроводящих свойства в состав ингибиторов добавляют наполнители — мелкодисперсные порошки металлов. Электро- и теплопроводящие клеи насчитывают два компонента: цианоакрилатное связующее и наполнитель. Смешивание происходит перед применением клея и продолжается до образования однородной массы.

Области применения

В основной своей массе «суперклей» применяется для склеивания не пористых материалов. В первую очередь цианоакрилатные клея используют там, где требуется быстрое склеивание: для резиноуплотнителей в оконном производстве, для крепления навесных радиоэлементов, деталей узлов в приборостроении, оптических деталей, микросхем, стоек, шайб, монтажных жгутов и отдельных проводников к основаниям плат, а также для закрепления других элементов радиоаппаратуры. За скорость схватывания от нескольких секунд до 1-3 минут, цианоакрилатные клея имеют второе имя нарицательное «секунда».

Быстрота и минимальная токсичность одного из цианоакрилатов (Октил-2-цианоакрилат) применяется в хирургии для склеивания ран и остановки крови. Во время Вьетнамской войны он использовался американскими солдатами для оказания первой медицинской помощи при ранении, и использовался в качестве баллончика спрея. Совсем недавно Шведские учённые из «Королевского технологического института» совершили прорыв в медицине, они изобрели «суперклей» для лечения переломов. По технологии использования, клей для костей наносится на область перелома и высушивается с помощью галогенной лампы. Когда клей высыхает, кости срастаются, а сам клей абсорбируется в организме.

В быту часто применим любительский способ применения клея секунды и пищевой соды в качестве эпоксидной композиции для заполнения швов, трещин, сколов. Смесь твердеет мгновенно и напоминает акрилоподобный пластик.

Если перечислять области применения «суперклея»: оконное производство; обработка пластмасс, резины, эластомеров; производство игрушек; изготовление украшений; канализационная сантехника; строительство с применениями металлоконструкций; автомобилестроение; авиастроение; судостроение; кожевенная, обувная промышленность; рекламная отрасль; электротехническая промышленность; медицина и др.- то по праву цианоакрилатные клея можно назвать супер-универсальными.
Технические характеристики.

Отверждаются цианакрилатные клеи при комнатных температурах. Время для отверждения клея при 20 °С – несколько минут. Процесс отвердевания клея ускорится при наличии на склеиваемых поверхностях влаги. Время «схватывания» цианоакрилатных клеев – от пары секунд до нескольких минут в зависимости от композиции клея, вида склеиваемого материала и влажности окружающего воздуха. Время полного отвердевания 24 ч при 20 °С и влажности воздуха не менее 55 %.

Клеи на основе цианоакрилатов легко выдерживают нагрузки 150 кг/см2, а более совершенные, от ирландской компании Loctite — 250 кг/см2. Не так давно «суперклей» от компании Loctite попал в Книгу рекордов Гинесса, выдержав вес двух автомобилей общей массой 5 тонн, прикреплённых к стальной балке девятью каплями клея и поднятыми на большую высоту с помощью крана.

Растворимость и техника безопасности

Цианакрилат размягчается под воздействием диметилсульфоксида, после чего его можно легко удалить механически. Растворяется в нитрометане, который используется в жидкостях для удаления цианаокрилатов и размягчается в ацетоне.

Запрещается при работе с клеем носить шерстяную или хлопчатобумажную одежду, особенно х/б перчатки, во время работы или транспортировки цианоакрилата. Соприкосновение клея с материалами содержащими целлюлозу может привести к интенсивной экзотермической реакции, высвобождаемое тепло может стать причиной ожогов, если использовано большое количество цианоакрилата. Данная реакция может быть использована для получения огня.

Вклад участника

Марков Игорь

Клей Супер Момент — как работать с клеевым составом?

Обновлено: 20. 08.2019

Георгий Захаров
3 мин.

Универсальный секундный клей именно так часто называют клей Супер Момент (гель). Применение его довольно широкие, а главное что склеивать можно поверхности любого типа и очень быстро, практически мгновенно. Клей известный как Супер Момент даже умеет выравнивать мелкие неровности на склеиваемых поверхностях.

Универсальный состав Момент

Содержание статьи

• Особенности склеивания
• Другие важные характеристики
• Если склеились пальцы
• Вывод

Особенности склеивания

Универсальный суперклей момент может склеивать:

1. Практически любые материалы между собой.
2. Не растрескивается за счет особых компонентов в веществе.
3. Еще одна сфера применения – вертикальные и наклонные участки.
4. Получится отремонтировать даже участки, которые находятся над головой – состав быстро схватывается.

Он не подходит для того чтобы клеить кожаную одежду, условно может осуществляться применение для склеивания стеклянных элементов. Для состава свойственно рассыхание. Клей Момент, что действует за секунду лучше наносить на небольшую площадь, так как вещество его очень быстро схватывается.

Важно! Универсальный клей Супер Момент можно использовать для гибких и твердых поверхностей.

Клеить можно даже поверхности с кислой реакцией, такие как дерево, керамика, фарфор – но процесс затвердения состава будет происходить медленнее. При этом важно чтобы слой состава не был слишком большим, иначе страдает прочность склеивания.

Правильный состав с фирменными знаками

Другие важные характеристики

Также следует учитывать такие характеристики, которые также поданы в инструкции:

• Можно очень прочно и надежно приклеить друг к другу пальцы, поэтому с ним нужно работать предельно аккуратно. Причем уже за считанные минуты расклеить пальцы не выйдет.
• Клеить составом Супер Момент нельзя предметы, которые будут контактировать с пищевыми продуктами.
• Запах состава специфический, но не противный. Хотя производитель рекомендует клеить в хорошо проветриваемом помещении.

Универсальное вещество имеет густую консистенцию, что упрощает нанесение на поверхности, которые нужно клеить. После использования следует тщательно вымыть руки.

Читайте также: Клей Момент Кристалл — свойства, состав и правила работы

Если склеились пальцы

Часто применение вещества вызывает трудности в виде склеивания пальцев. В сети даже есть целые мастер-классы, как расклеить их, с наименьшими повреждениями. Если момент, когда их можно было разделить упущен, а это пару секунд, необязательно сразу же бежать к хирургу.

На самом деле не все так страшно, зачастую хватает подержать руку в теплой воде, желательно с содой. Клей размягчиться и пальцы удастся разъединить. На все про все уйдет не менее 20 минут, а если площадь соединения большая, то и того больше. Самостоятельное применение лезвия или других режущих предметов опасно.

Копия с другими свойствами

Вывод

Клеить универсальным составом Супер Момент можно что угодно, даже пальцы. Этот состав помогает быстро решить проблему, если что-то сломалось.

Знакомство с клеями: состав, типы и применение

В детстве клей имел только одно значение и предназначение для всех нас, и это было на уроках искусства и ремесел, где мы сознательно выдавливали жевательную резинку из тюбика на наши ладони и ждал, чтобы очистить его позже. Ностальгия бьет прямо в сердце, не так ли? Что ж, теперь мы знаем, что липкое вещество, составлявшее наше детство, — это гораздо больше, чем просто склеивание бумаги, оно скрепляет нашу одежду, обувь, мебель, автомобили, конструкции и другие бесчисленные вещи.

Клеи и их роль в нашей повседневной жизни
Клеи — это не что иное, как вещество, которое помогает нам склеивать вещи. Это вещество, которое образует связь между двумя разными вещами, сопротивляясь их разделению. Также известные как клей, цемент, слизь или паста, поскольку они бывают разных форм: от твердых, жидких до полужидких, клеи способны временно или постоянно приклеивать предметы к поверхностям в зависимости от их адгезионной способности.

Принимая во внимание их роль в нашей повседневной жизни, клеи приходят на помощь, когда мы разбиваем нашу единственную пару очков, когда нам нужно разобраться с поломкой обуви в последний момент, нам нужно предотвратить утечку воды из поврежденного дренажа, проявить творческий подход и занимаются искусством, ремеслами, строительством, украшениями, и этот список можно продолжить. Итак, теперь вы знаете, от простого канцелярского предмета до использования в упаковочной, автомобильной и любой другой промышленности, клей имеет множество целей в своей жизни.

История и состав клеев
Натуральный необработанный клей, найденный в деревьях, был первой формой клея, обнаруженной и использованной людьми. Примерно 200 000 лет назад неандертальцы проводили сухую перегонку бересты и получали из нее смолу, которая была липкой и водостойкой по своей природе. Началась революция в применении клеев. От связывания каменных орудий до деревянных ручек клеи стали использоваться даже в качестве герметика и в медицине.

Различные исторические доказательства подтверждают его существование и использование более чем в нескольких цивилизациях по всему миру. В гробнице царя Тутанхамона были найдены произведения искусства, изображающие операции по склеиванию дерева, и шкатулка из дерева и клея. Исторические египтяне дополнительно разработали пасты на основе крахмала, которые были определены для использования при склеивании папируса с одеждой и гипсом из парижской ткани, сделанной из кальцинированного гипса.

Затем пришли греки и римляне, которые внесли свой вклад в усовершенствование клеев, так как они нашли довольно много клеев на основе животных и рыб, яичных паст и использовали различные растительные компоненты, такие как кровь, кости, шкуры. , молоко, сыр, овощи, зерновые, деготь и пчелиный воск для клеевых составов.

Тем не менее, только в 1690 году в Нидерландах было впервые применено клеящее вещество для производства клея из шкур животных. Вслед за ними производство казеиновых клеев началось также на заводах Германии и Швейцарии. В 1830 году натуральный каучук стал первым материалом, который использовался в качестве клея, что открыло двери современным клеям.

Позже, в связи с Первой и Второй мировыми войнами, в составе клеев произошло много нововведений и усовершенствований, которые усовершенствовали его разработку с использованием вновь разработанных материалов, обладающих различными свойствами. Таким образом, с меняющимися потребностями и постоянно развивающимися технологиями появилось множество новых синтетических клеев.

Итак, клей состоит не только из химической смеси полимеров или смол; существует длинный список веществ, таких как продукты животного происхождения, медь, графит, молоко, масло, крахмал, каучук, никель, вода, серебро, овощи и другие, которые можно найти в нем.

Теперь давайте рассмотрим типы клеев и их применение.

Рекомендуется: Как касторовое масло становится важным ингредиентом для производителей клеев?

Типы клеев
Клеи классифицируются по различным типам на основе множества факторов, таких как их химический состав (например, эпоксидные смолы, полиуретаны, полиимиды), их форма (например, паста, жидкость, пленка, гранулы, лента), их тип (например, термоклей, реактивный термоклей, термореактивный, чувствительный к давлению, контактный и т. д.), их происхождение (например, натуральный, синтетический) или их несущую способность (структурные, полуструктурные или неструктурные). Следовательно, их варианты использования также отличаются друг от друга. Давайте узнаем больше о каждом типе ниже:

По химии

Эпоксидный клей – Клей на полимерной основе, эпоксидные смолы широко используются в качестве традиционных реактивных клеев для различных целей в промышленности, строительстве, сборке электроники, автомобилестроении и аэрокосмическом рынке. В основном они состоят из эпоксидной смолы и отвердителей. Эпоксидный клей доступен на рынке как в однокомпонентных, так и в двухкомпонентных упаковках, в зависимости от используемого отвердителя и применяемой техники отверждения. Эпоксидные клеи очень стабильны, поскольку они созданы, чтобы выдерживать постоянный вес или силу в течение длительного времени и, следовательно, демонстрируют ощутимую адгезию к различным подложкам и, как было обнаружено, хорошо склеивают металлы, стекло, бетон, керамику, дерево и многие пластмассы. хороший.

Полиамиды – Полиамидные клеи используются в различных формах – отдельно, в виде жидких смол с различной вязкостью, в твердой форме (порошки, палочки, пленки и ткани) или в виде растворов или эмульсий в органических растворителях или воде. . Они имеют хорошую адгезию к металлам, пластмассам, керамике, дереву, коже и тканям и в основном используются в производстве машин и инструментов. Полиамидные клеи-расплавы лучше всего подходят для производства упаковочных материалов, а также в полиграфии. Их клеевые соединения устойчивы к механическим нагрузкам, в том числе к отслаиванию, а также к воздействию топлива, масел, плесени.

По форме

Паста и жидкость – Пастообразные клеи, изготовленные из материалов с высокой вязкостью, чрезвычайно густые по своей природе, что затрудняет их нанесение в период отверждения и, следовательно, лучше всего подходит для заполнения зазоров. Хотя жидкий клей является одним из наиболее часто встречающихся клеев, его легко наносить и наносить, но есть вероятность утечки или провисания в процессе отверждения, и часто для отверждения требуется больше времени.

Пленка и гранулы – Предлагаемые в рулонах или предварительно нарезанных кусках или формах и толщиной от 2 до 8 мм для различных применений, клейкие пленки легко наносятся и хорошо сцепляются с тканью, кожей, резиной, алюминием и т. д. , Принимая во внимание, что гранулы термоклея используются, вставляя их в термоклей и расплавляя на поверхностях, которые требуют быстроплавкого клея. Они также водонепроницаемы, лучше переносят перепады температур, имеют более высокую подвижность и предотвращают коррозию металлов.

По типу

Чувствительные к давлению – Клеи, чувствительные к давлению или PSA, также известные как самоклеящиеся/самоклеящиеся клеи, представляют собой нереакционноспособные клеи, которые просто образуют соединение при приложении давления для соединения клей с поверхностью. Для активации клеев, чувствительных к давлению, не требуется растворитель, вода или тепло. Они невероятно универсальны и, следовательно, имеют широкое промышленное и коммерческое применение, обычно встречающееся во всем, от пищевых этикеток и упаковки до бинтов и электроники. Они хорошо прилипают к бумаге, стеклу, дереву, пластику или металлу при легком нажатии.

ВАБ могут быть постоянными или съемными. Подобно этикеткам безопасности для энергетического оборудования, звуко- и виброизоляционная пленка, лента из фольги для воздуховодов систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и т. д. являются одними из ее постоянных применений, в то время как защитные пленки, этикетки для маркировки цен, малярные ленты, бумага для закладок и заметок, этикетки со штрих-кодами, рекламные графические материалы, повязки для ухода за ранами, электроды ЭКГ, спортивная лента, пластыри с обезболивающими и трансдермальными лекарствами и т. д. являются его съемными примерами, когда их можно удалить через несколько месяцев или лет, не оставляя следов на адгезиве.

Контактные клеи – В отличие от других клеев, контактные клеи необходимо наносить на обе поверхности и дать им высохнуть перед соединением двух поверхностей. Поскольку для высыхания контактного клея может потребоваться 24 часа, но после затвердевания соединение образуется очень быстро. Их применение включает в себя ламинаты для образования связи между Formica и деревянной столешницей, а также в обуви, например, для крепления подошвы к верху, при сборке автомобильных деталей, мебели, изделий из кожи и декоративных ламинатов, а также пластмасс.

По возможностям

Конструкционные – Это относительно прочные клеи, способные выдерживать жизненно важные нагрузки, поэтому они используются в различных конструкциях. Как правило, они демонстрируют ощутимую способность выдерживать нагрузки, долговременную прочность и устойчивость к теплу, растворителям и усталости.

Полуструктурный – Это клеи, которые являются прочными, но не могут поддерживать свою несущую опору постоянно или в течение длительного времени без деформации или разрушения и, следовательно, подходят для краткосрочного или временного крепления.

Неструктурный – Демонстрируя грузоподъемность менее 1000 фунтов на квадратный дюйм, неструктурный клей обладает сравнительно низкой прочностью и, следовательно, часто используется для легкой упаковки, прокладок, шпона и отделки. Неструктурные клеи получают для обеспечения скрепления между разнородными подложками, включая бумагу, картон, пенопласт, металл и пластик.

По происхождению

Синтетический – Синтетические клеи, изготовленные путем комбинирования различных химических веществ, отличаются универсальностью и эффективностью по сравнению с натуральными клеями. Их можно модифицировать разными способами, и часто их комбинируют для получения наилучших и специфических свойств, необходимых для простоты применения и долговечности при предполагаемом применении. Их основу составляют эластомеры (натуральный каучук, бутилкаучук, бутадиеновый каучук, стирол-бутадиеновый каучук, нитрильный каучук, силикон, неопрен), термопласты (нитроцеллюлоза, поливинилацетат, сополимер винилацетата и этилена, полиэтилен, полипропилен, полиамиды, полиэфиры, акриловые и цианоакрилатные) и термореактивные (фенолформальдегидные, карбамидоформальдегидные, ненасыщенные полиэфиры, эпоксидные смолы и полиуретаны)

Натуральный – Полученный из животного (например, молочный белок казеин и клеи животного происхождения на основе шкур) или растительного происхождения (растительный крахмал (декстрин), натуральные смолы), натуральный клей также называют биоадгезивным или экоклеем, поскольку он на основе возобновляемых материалов, которые нетоксичны и не требуют специальных процедур утилизации. Например. простая паста, которую вы делаете, смешивая кулинарную муку с водой, чтобы склеить что-то, например, в пироге, блинчиках с начинкой и т. д., во время приготовления пищи является естественным клеем.

Хотя считается, что они имеют меньшую адгезию по сравнению с синтетическими клеями, они по-прежнему используются в изделиях из дерева и бумаги, особенно в гофрированном картоне, конвертах, этикетках для бутылок, коробках, книжных переплетах, фольге, мебели, ламинированной пленке и т. д.

Тем не менее, полиуретановый клей на основе касторового масла уже здесь, и он оказывается значительной альтернативой синтетическому клею.

Полиуретановые клеи – , также называемые PU, являются одними из наиболее часто используемых клеев благодаря их чрезвычайно сильной адгезии, изоляции и гибкости. Они наиболее известны эластичностью швов и соединений, которые они создают. Они являются ключевым компонентом в строительной, деревообрабатывающей, обувной и текстильной промышленности.

Позднее группа исследователей из отдела технологии полимеров и аналитической химии (LQATP) Химического института Сан-Карлоса; модифицированный полиуретановый клей с возобновляемым источником, который будет иметь низкую стоимость и биоразлагаемость, и это был – полиуретановый клей на основе касторового масла.

Получению полимеров из растительных масел в настоящее время уделяется все больше внимания из-за экономических и экологических соображений. Сырье на основе растительных масел обладает рядом превосходных свойств для производства ценных полимеров, таких как полиуретановые, алкидные, полиэфирные, амидные и эпоксидные смолы.

Растительные масла представляют собой триглицериды жирных кислот, и их можно использовать в качестве исходных материалов для синтеза полиуретанов только тогда, когда они функционализируются и образуют полиолы. Было установлено, что касторовое масло является перспективным исходным сырьем для ПУ, поскольку обладает низкой токсичностью и доступностью в качестве возобновляемого сельскохозяйственного ресурса.

Основным компонентом касторового масла является рицинолевая кислота, которая представляет собой гидроксилсодержащую жирную кислоту, и было обнаружено, что можно модифицировать ненасыщенную жирную кислоту и ввести гидроксильные функциональные группы в касторовое масло с помощью ферментов или химических веществ, тем самым превращая касторовое масла в полиол. Поскольку касторовое масло почти не использовалось для приготовления пищи и содержало большое количество гидроксильных групп, касторовое масло идеально подходило для непосредственного использования в качестве полиола в химической промышленности.

Полиуретановая смола использовалась в качестве клея, особенно в деревообработке, однако текущие исследования касторового масла подтвердили, что клеи, приготовленные из ароматического изоцианата в касторовом масле, обладают хорошей адгезионной прочностью и химической стойкостью, в отличие от растворителей и формальдегида, которые уже используются в различных клеях. Однако эти низкомолекулярные органические соединения являются летучими и являются основными загрязнителями воздуха, особенно в помещениях. Кроме того, предыдущее исследование показало, что полиуретановые клеевые соединения без растворителя на основе касторового масла показали значения прочности на отслаивание на 75% выше, чем коммерческий клей на основе растворителя. Таким образом, было объявлено, что полиуретановая смола на основе касторового масла является биоадгезивной.

Основными преимуществами этого полиуретана, полученного из касторового масла, являются то, что с ним легко обращаться даже при температуре окружающей среды, высокая устойчивость к воде и ультрафиолетовым лучам, высокая механическая прочность, а также тот факт, что он получен из возобновляемого источника.

Заключительные мысли

Клеи имеют долгую историю использования, и для любых нужд существует тип клея. Таким образом, важно иметь правильное представление о каждом из них и его использовании, прежде чем выбирать какой-либо случайный. Мы познакомили вас с несколькими клеями, хотя их еще очень много разновидностей, о которых вы были бы удивлены, узнав. Мы в Ambuja Solvents придерживаемся природных ресурсов, и поэтому наш клей, изготовленный из рафинированного касторового масла, — это то, что вы должны рассмотреть для своего следующего проекта. Итак, чтобы узнать больше о нас, посетите нас сегодня.

Инъекционное склеивание конструкционных элементов быстротвердеющими двухкомпонентными полиуретановыми системами | Прикладная наука о адгезии

• ИССЛЕДОВАНИЯ
• Открытый доступ
• Опубликовано: 11 декабря 2018 г.

• Геррит Конерманн ¹ и
• Клаус Дилгер ²  

Прикладная наука о адгезии
том 6 , номер статьи: 12 (2018)
Процитировать эту статью

• 2854 доступа

• 2 Цитаты

• Детали показателей

Abstract

Когда кто-то соединяет большие конструктивные элементы, важность технологии соединения возрастает. Известные способы соединения, такие как сварка и классическое клеевое соединение, достигают своих пределов в отношении времени цикла и допусков. Новый процесс впрыска двухкомпонентного полиуретана, основанный на технологии реакции в пресс-формах, предлагает альтернативу и может снизить затраты и компенсировать допуски. Цель этой статьи состоит в том, чтобы охарактеризовать и оценить этот процесс для потенциальных приложений, чтобы можно было установить необходимые параметры. В качестве примера для данного исследования был выбран корпус аккумуляторной батареи для электромобилей. Преимущество этого процесса в том, что он не только соединяет детали за секунды, но и при необходимости герметизирует или заполняет длинные зазоры, что делает его особенно интересным для промышленности. Классическая клеевая технология наносит клей на одну деталь, затем вторая часть берется для процесса соединения, заливается клеем до определенного зазора, после чего он еще должен затвердевать в инструменте с геометрически определенными размерами. Процесс впрыска полиуретана фиксирует два компонента в инструменте с определенным зазором, а затем впрыскивает полиуретан, который затем реагирует в зазоре и соединяет две части в течение нескольких секунд. Адгезия, а также реология уменьшаются с увеличением сшивки. Поэтому эти два параметра описываются относительно времени и температуры. Резкое увеличение вязкости обнаруживается уже через несколько секунд. При более высоких температурах прилипания увеличение вязкости проявляется раньше и круче. Свойство адгезии к поверхности уменьшается по мере того, как полиуретан соприкасается с поверхностью. Эти зависимости описаны в этой статье для разработки воспроизводимого процесса применения с корпусом батареи для электромобилей в качестве примера.

Введение

В частности, при соединении крупных структурных элементов технология соединения приобретает все большее значение. Взвешивание времени цикла, сопутствующих затрат и влияния допусков компонентов ставит особые задачи перед классическими технологиями соединения. Хотя классические процессы склеивания могут соединять различные материалы, а также компенсировать допуски и различные коэффициенты теплового расширения, они всегда связаны с конструктивными ограничениями процесса соединения и длительным временем отверждения. Для классических двухкомпонентных полиуретановых клеев время отверждения составляет от 10 минут до нескольких часов. Целью данного исследования является устранение этих недостатков за счет использования полиуретановых систем, которые отверждаются в течение нескольких секунд. Для обеспечения прочного процесса соединения впрыскивается клей. Низкая вязкость в первые секунды позволяет полиуретановому материалу затекать в клеевые зазоры и не требует прижатия двух склеиваемых поверхностей. На рис. 1 показано, как маловязкий материал затекает в зазор и отверждается там в течение нескольких секунд. На рисунке (а) показано, как сопло располагается прямо над зазором, а на рисунке (б) видно, как на самом деле сопло перемещается вдоль зазора и наносит жидкий клей. Всего через несколько секунд вы попадаете на картинку (c). На рисунке (c) клей с низкой вязкостью уже отвержден, две части соединены клеевым соединением, а зазор герметизирован. Теперь детали могут быть изготовлены дополнительно.

Рис. 1

Инъекционное склеивание Vision [1]

Изображение в полный размер

Целью данной работы является разработка процесса инъекционного склеивания крупных структурных компонентов, который гарантирует, среди прочего, герметичность и прочность при обращении между прилипает уже через несколько секунд. Другими требованиями являются устойчивость к средам, ударопрочность, а также определенное удлинение при разрыве, что позволяет компенсировать различные коэффициенты теплового расширения. С этой целью самые передовые приложения из самых разных областей промышленности по переработке полиуретана объединяются, разумно комбинируются и дорабатываются.

Процесс литья под давлением разработан на основе технологии Window Spray Technology ^® [2, 3] для формирования уплотнительных кромок на солнечных панелях или стеклянных панелях для автомобильной промышленности. Этот открытый процесс позволяет изготавливать изделия определенной геометрии с помощью полиуретанового материала с низкой вязкостью без необходимости герметизации под давлением. Герметизация под давлением необходима для процесса «Реакция в форме» (RIM) [4]. Это требует интеллектуальной концепции инструмента для формирования формы и связанной с этим игры с силой тяжести и путями потока полиуретанового материала [5]. Два других процесса литья под давлением в автомобильной промышленности используют клеи с более высокой вязкостью и заполняют зазор под давлением [6, 7]. Из-за более высокой вязкости клей не стекает под действием силы тяжести, но ему также требуется не менее 10 минут для отверждения, чтобы достичь прочности при обращении. Выбранная система материалов представляет собой усовершенствованную двухкомпонентную полиуретановую систему, основанную на полиуретановой системе, используемой для технологии опрыскивания окон, со свойствами, показанными на рис. 2. Химический состав компонентов был адаптирован для соответствия требованиям технологии смешивания, описанной во втором структурный элемент.

Рис. 2

3 строительных блока инъекционного соединения

Изображение в полный размер

Второй стандартный блок — противоточное смешение под высоким давлением [8]. Эта технология смешивает полиол и изоцианат в турбулентном потоке и позволяет компонентам сшиваться в течение нескольких секунд. Смесительная головка обеспечивает стабильную работу с низкими эксплуатационными расходами без необходимости промывки между циклами нанесения. Этот метод используется для инъекционного склеивания в мебельной промышленности, когда быстродействующий двухкомпонентный клей на основе полимочевины впрыскивается в полость и отверждается в течение нескольких секунд [9].].

Третий строительный блок должен визуализировать свойства, которые необходимо учитывать для успешного внедрения процесса инъекционного склеивания. Относительно быстрый процесс склеивания с 2К полиуретаном можно найти в автомобильной промышленности, например, в гибридной CFRP крышке багажника Mercedes SL AMG, где сшивка ускоряется и контролируется с помощью индукционного нагрева сразу после нанесения, с прочностью при обращении. получают через 180 с [10]. В целом было доказано, что индукционная технология является наиболее подходящей технологией нагрева для быстрого отверждения клеев в металлических соединениях и, следовательно, является важной частью третьего строительного блока, технологического процесса. Он обеспечивает высокую скорость нагрева и позволяет резко сократить время отверждения [11]. Из-за материала PUR с низкой вязкостью также важно знать пути потока и, следовательно, понимать пределы реологии. И, конечно, хорошая адгезия всегда является необходимым требованием для каждого клеевого соединения. Изображение, показанное в этом строительном блоке, будет подробно объяснено в разделе «Пример из практики».

Используя три строительных блока, представленных на рис. 2, цель состоит в том, чтобы разработать процесс, который позволяет соединять сложные структурные компоненты за считанные секунды. При таком инъекционном склеивании первым шагом является описание характеристик текучести высокореактивного 2К полиуретанового материала, особенно в течение нескольких секунд после удара по поверхности адгезива.

Детали эксперимента

Клеи, используемые в этой работе, представляют собой два некоммерческих двухкомпонентных полиуретановых материала. Свойства перечислены в Таблице 1. Оба материала были специально разработаны поставщиками для использования с противотоком под высоким давлением в сочетании с запланированным процессом инъекционного склеивания. Система дозирования полиуретана представляет собой PSM3000 со смесительной головкой GP600 [8].

Таблица 1 Свойства двух различных полиуретановых материалов

Полноразмерная таблица

В тестовой установке для реологического эксперимента используется система измерения пластина/пластина в соответствии с DIN 53019 [12], которая определяет постоянную скорость сдвига. В качестве реометра используется MCR300 фирмы Anton-Paar. Из-за сложности заливки полиуретанового материала определенным образом в измерительный зазор реометра на рис. 3 показано, как можно вводить клей, в результате чего сам процесс впрыска оказывает минимальное влияние на измеряемую вязкость. Начиная с центрального отверстия, материал заполняет весь зазор в течение 0,1 с.

Рис. 3

Испытательная установка для пластины/пластины

Изображение полного размера

Второй эксперимент в этой работе используется для описания адгезии в зависимости от времени t до контакта полиуретана с поверхностью. По этой причине была разработана испытательная установка, которая позволяет материалу перемещаться в течение определенного времени от выходного отверстия распылительного сопла до поверхности образца. Трубки с определенной длиной и поперечным сечением для соответствующего времени открытия перекрывают путь между насадкой и адгезивом. Эта тестовая установка может отображать только время открытия до 4 с. Усилия по замене материала на используемом технологическом оборудовании сравнительно высоки, поэтому тест проводится только для более быстрого материала 2C PUR 1. Если обнаружено влияние на адгезионные свойства, это будет более очевидно при использовании более реакционноспособного 2C PUR 1. Размеры образца показаны на рис. 4, а параметры испытания перечислены в таблице 2. Образец нагревали до температура 60 °С. Были выбраны толстые прилипшие образцы для сдвига внахлест, чтобы исключить изгиб в конце напуска [13].

Рис. 4

Размеры толстого образца для сдвига внахлестку

Полноразмерное изображение

Таблица 2 Параметры испытаний на растяжение толстого образца для сдвига внахлестку

Полноразмерная таблица

Результаты и обсуждение

Реология

Только надежное соединение , с клеем, который легко обрабатывается и надежно отверждается, рассматривается для использования в серийном производстве. Другие процессы инъекционного склеивания с классическими двухкомпонентными клеевыми системами уже были протестированы несколько раз [6]. При открытом времени более 10 минут и почти постоянной вязкости в процессе реология играет второстепенную роль, и с этими процессами намного проще справиться [14]. При времени открытия 5 с вязкость резко возрастает с момента контакта компонентов. Это увеличение вязкости сильно зависит от температуры, поэтому реологическое поведение должно быть определено для воспроизводимого процесса впрыска или нанесения.

Реология описывает деформацию и текучесть материалов. При движении молекулы и частицы вынуждены скользить друг относительно друга. Они проявляют силу сопротивления потоку, вызванную внутренним трением. Более крупные компоненты жидкости вызывают соответственно более высокие значения вязкости. То же самое относится и к сшивающим пластикам, которые также проявляют более высокие значения вязкости в ходе реакции с увеличением степени сшивки [15].

Что касается процесса склеивания под давлением, необходимо выяснить, как значение вязкости ведет себя с течением времени при различных температурах склеивания. С помощью этих кривых можно разработать соединительные зазоры с лучшей геометрией и, таким образом, предотвратить ошибки на ранних этапах разработки продукта.

Обычно указывается постоянное напряжение сдвига. Недостатком является то, что результирующая скорость вращения постоянно уменьшается по мере увеличения вязкости. Таким образом, скорость деформации больше не будет постоянной. Это, однако, имеет решающее значение для сопоставимости воздействия сдвига на испытуемый образец [15]. Поэтому скорость сдвига поддерживается постоянной. Температура измерения поддерживается постоянной, и с помощью одноразовой измерительной системы, состоящей из одноразовой пластины и одноразовой чашки, можно измерять несколько образцов, не прилагая усилий для удаления затвердевшего клея. В результате оценивается функция вязкости, зависящая от времени. Здесь особый интерес представляет время \(t_{s}\) (время начала), когда кривая начинает расти. Точно так же наклон этой кривой можно сравнить для соответствующих температур подложки.

На рисунке 5 для двух материалов 2C PUR представлена ​​экзотермическая реакция полиприсоединения. Он начинается с момента, когда полиуретан впрыскивается в измерительный зазор через 4 с. Затем он дополнительно ускоряется при более высоких температурах подложки. Такое поведение можно объяснить с помощью молекулярного движения Брауна [16]. Также хорошо видно, что при температуре подложки 80°C хотя вязкость 2К ПУР 1 ниже в первые 6 с, в последующем она выше за счет более развитой сшивки и также быстрее растет. . Это значение 6 с до повышения вязкости по сравнению с примерно 10 с при температуре подложки 60 °C отлично подходит для разработки процесса для соответствующих компонентов и путей потока. Температура подложки 40 °C не рекомендуется для материала 2C PUR 1 из-за медленного отверждения. Материал 2C PUR 2 значительно более реакционноспособен из-за более высокой доли катализаторов и, соответственно, демонстрирует более низкую температурную зависимость. Однако более быстрое сшивание также означает, что скоро будет меньше реагентов для адгезионной связи с активными центрами поверхности подложки [17]. Поскольку целью процесса литья под давлением по-прежнему является быстрое извлечение из формы и дальнейшая обработка, необходимо найти точку безубыточности между достаточной адгезией и коротким временем отверждения.

Рис. 5

Вязкость/время при различных температурах склеивания

Изображение в натуральную величину

Также следует учитывать влияние тепла, возникающего в результате экзотермической реакции. Чем больше полиуретана впрыскивается по отношению к поверхности клея, через которую может рассеиваться тепло, тем меньше влияние температуры клея. Влияние температуры клея также уменьшается в случае быстро отверждающихся полиуретановых систем, таких как материал 2C PUR 2, где разница очень мала при различных температурах клея. Материал также может быстрее реагировать на прилипатели с более низкой теплопроводностью. Примером может служить армированный волокном пластик по сравнению с алюминием.

Реологическое поведение 2К полиуретанового материала для процесса литья под давлением может быть очень хорошо описано, особенно в первые секунды, с помощью испытательной установки, разработанной в этой работе. С помощью кривых вязкости клеевая система, геометрия клея и температура инструмента могут быть лучше согласованы друг с другом. Это может сэкономить время и деньги, особенно на ранних этапах разработки продукта.

Адгезия

Адгезия между клеем и адгезивом зависит от многих параметров. Эти параметры достаточно описаны в литературе [17] для классических процессов склеивания с более длительным временем отверждения. Тем не менее, пути потока с инъекционным соединением, наряду с чрезвычайно быстрым отверждением, ставят перед процессом склеивания новые проблемы. Из-за очень быстрого сшивания используемой здесь полиуретановой системы функциональные группы молекул, ответственные за формирование силы сцепления, быстро уменьшаются. В тех случаях, когда степень сшивания уже слишком высока до контакта с поверхностью адгезива, количество возможных межмолекулярных связей уменьшается и, следовательно, также снижаются силы адгезии [17].

В описанном процессе инъекционного склеивания должны быть покрыты пути потока до 120 мм. В этом случае материал течет в течение нескольких секунд, пока поверхность в конце зазора также не смачивается. Чтобы узнать, какое время t может пройти до того, как полиуретан вступит в контакт с поверхностью, была создана тестовая установка, описанная в разделе «Экспериментальные детали».

Результаты испытаний на сдвиг внахлестку с толстыми образцами на сдвиг внахлестку представлены на рис. 6. Открытое время теоретически означает время после нанесения, в течение которого при комнатной температуре может быть получено пригодное для использования соединение. Это определение не дает указаний на то, как следует интерпретировать термин «пригодная к эксплуатации облигация». Предел пригодности реакционной клеевой смеси определяется двумя факторами: повышением вязкости и образованием сил сцепления [17]. Для рассматриваемого здесь материала 2C PUR 2 это означает, что открытое время составляет чуть менее 3 с. Как видно на рис. 5, вязкость этого материала увеличивается уже через 3 с. Как показано на рис. 6, толстые образцы, подвергающиеся сдвигу внахлестку, также проявляют все более склонное к адгезии разрушение в случае времени открытия 3 с или более, а иногда даже 2 с или более. Для всех трех значений времени открытого состояния было испытано не менее трех толстых образцов на сдвиг внахлестку.

Рис. 6

Прочность на сдвиг внахлестку в зависимости от времени до контакта с адгезивом

Изображение в полный размер Адгезия, тем ниже будут силы адгезии. Эта тенденция, конечно, менее критична, если в целом используется менее реакционноспособная адгезивная система. Это поведение необходимо учитывать, особенно при использовании материала 2C PUR 2.

Практический пример

Процесс быстрого впрыскивания потенциально может быть использован, например, для широко обсуждаемых в настоящее время корпусов батарей электромобилей. Одна из трудностей заключается в выполнении соединительного шва длиной более двух метров. Два лонжерона должны быть соединены с узлом пола герметичным и ударопрочным образом (рис. 7). «Герметичный» относится, в частности, к поверхности раздела с гликолем охлаждающей среды. Гликоль проходит через охлаждающие каналы, интегрированные в направлении экструзии напольного покрытия. По сравнению с корпусами батарей глубокой вытяжки с внутренними или внешними каналами охлаждения вариант со встроенными каналами имеет явные преимущества с точки зрения управления теплом. В настоящее время лонжероны соединяются сваркой, хотя это приводит к проблемам со сварным короблением и герметичностью [18].

Рис. 7

Соединение корпуса аккумуляторной батареи

Изображение полного размера

Для склеивания лонжерон и пол в сборе располагаются на определенном расстоянии друг от друга. Далее клей впрыскивается в зазор через сопло. Из-за низкой вязкости полиуретана и соответствующей ориентации компонентов по отношению к силе тяжести зазор заполняется по форме, показанной на рис. 8. Распространение полиуретана ограничивается лонжероном, узлом пола и уплотнителями. . Текучесть полиуретана с низкой вязкостью позволяет полиуретановому материалу подниматься в охлаждающие каналы и полости напольного покрытия, тем самым увеличивая доступную площадь сцепления. Еще одним побочным эффектом подъема полиуретанового материала является то, что охлаждающие каналы надежно герметизированы, что избавляет от необходимости использования герметизирующих заглушек.

Рис. 8

Поперечное сечение лонжерона и пола в сборе

Изображение в полный размер

Благодаря высокореактивному двухкомпонентному полиуретановому материалу уплотнения, показанные оранжевым цветом на рис. 8, можно удалить вскоре после нанесения клея. Полиуретан 2C впрыскивается смесительной головкой, установленной на головке робота. Во время нанесения робот перемещается вдоль клеевого зазора, чтобы обеспечить полное заполнение клеевого зазора по всей длине батарейного отсека. Склеенные компоненты могут быть немедленно обработаны. Знание поведения вязкости во времени в зависимости от температуры очень помогает развивать процесс нанесения до воспроизводимого уровня.

Заключение и перспективы

Высокореакционная двухкомпонентная полиуретановая система предлагает множество преимуществ для соединения крупных структурных элементов. Материал достаточно эластичен, чтобы компенсировать удлинение, и уже через несколько секунд становится достаточно жестким, чтобы обеспечить немедленную дальнейшую обработку. В этой статье определены и оценены новые проблемы инъекционного склеивания быстроотверждающимися 2К полиуретановыми системами в отношении реологии и адгезии. Результаты показали, что реологическое поведение материала сильно зависит от температуры, а способность создавать адгезию с поверхностью зависит от времени, которое требуется материалу для удара по поверхности. В будущем было бы очень интересно также смоделировать процесс литья под давлением. Запланированные пути потока могут быть проверены на ранней стадии, а согласованная геометрия может быть адаптирована еще до того, как будут изготовлены первые прототипы.

Каталожные номера

1. Арена 2036. Имиджфильм. https://www.youtube.com/watch?v=uO2UvQPzM6c&t=159s.

2. «>

   БАСФ. Технология распыления окон. с.л.: БАСФ; 2015.

3. Winter de H, et al. Способ изготовления панели в сборе для использования в проеме транспортного средства. US8088319 США. По состоянию на 19 марта 2004 г.

4. Гупта СК. Реакционная инженерия ступенчатой ​​полимеризации. Нью-Йорк: Plenum Publishing Corporation; 1987. с. С. 341.

   Книга

   Google Scholar

5. Эксипнос. WST и WSTplus. https://www.exypnos.be/technology/. Zitat vom: 27 сентября 2018 г.

6. Schuler D. Qualifizierung des Injektionsklebprozesses einer strukturellen CFK-Stahl-Verbindung unter Montagebedingungen. Диссертация. Ахен: Shaker Verlag; 2017.

7. Hartung I, Šrajbr C, Dilger K, Frauenhofer M. Wirtschaftliche Herstellung модульная структура Rahmenstrukturen. Адгезия. 2011;10:42–6.

   Google Scholar

8. «>

   Изотерм АГ. Оборудование для переработки полиуретана. Ютендорф: Isotherm AG; 2015.

   Google Scholar

9. Патрик С., Бит Б., Нолакс АГ. Schnelles Injektionskleben für Holz und andere Anwendungen. Берлин: PU Magazin; 2017.

   Google Scholar

10. Stasch C. Daimler AG — Инновационные клещи для углеродной насадки. Международный автомобильный круг, Bd. Фюген в Каросерибау. 2013.

11. Майкл Ф., Хольгер К., Клаус Д. Быстротвердеющие клеи в области углепластика. J Адгезия. 2012;88:4–6.

    Google Scholar

12. DIN 53019. Вискозиметрия — Messung von Viskositäten und Fließkurven mit Rotationsviskosimetern. 2016.

13. Поциус А.В. Адгезия и технология клеев, т. 1, с. 3. Мюнхен: Carl Hanser Verlag; 2012.

    Книга

    Google Scholar

14. Hartung I. Wirtschaftliche Herstellung moduleer Rahmenstrukturen. Adhäsion — Kleben und Dichten. 2011.

15. Metzger T. Angewandte реология. Грац: Антон Паар ГмбХ; 2015.

    Google Scholar

16. Bonten C. Kunststofftechnik. Мюнхен: Карл Хансер Ферлаг; 2014.

    Google Scholar

17. Хабенихт. Клебен. 6. с.л.: Спрингер; 2009 г..

18. ACCUmotive GmbH. Konzeptentwicklung Batteriegehäuse. Кирхгайм-унтер-Тек: sn. 2018.

Скачать ссылки

Вклад авторов

GC провел эксперименты по реологии и адгезии, подготовил рукопись, а К.Д. поддержал своим опытом в области адгезии. Оба автора прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Благодарности

Неприменимо.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Наличие данных и материалов

Неприменимо.

Финансирование

Не применимо.

Примечание издателя

Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Информация об авторе

Авторы и филиалы

1. Daimler AG, HPC F150, 71059, Зиндельфинген, Германия

   Геррит Конерманн

2. 90 002 Institut für Füge- und Schweißtechnik, Технический университет Брауншвейга, Langer Kamp 8, 38106, Brunswick , Германия

   Клаус Дилгер

Авторы

1. Геррит Конерманн

   Просмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

2. Клаус Дилгер

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

Автор, ответственный за переписку

Геррит Конерманн.