Схватыванием называется такое состояние жидкого клея, при котором клеевая пленка способна удерживать приклеиваемую деталь, преодолевая ее силу тяжести или упруговысокоэластические силы. Это свойство достигается в пределах так называемого открытого времени, по истечении которого открытая поверхность клеевого слоя теряет липкость. Первое условие схватывания. В современной технологии склеивания слой клея наносят на одну деталь, к которой спустя некоторое время присоединяют другую. За это время клей должен приобрести достаточную липкость и не потерять ее из-за впитывания и испарения растворителя или дисперсионной среды, коагуляции, охлаждения и затвердевания полимера с учетом того, что максимальная липкость каждой клеевой композиции достигается при определенных значениях концентрации и температуры; исходные влагосодержание и температуру клея при этом значительно повышают. На основании вышеизложенного можно сформулировать первое условие схватывания: в момент присоединения второй детали клей должен иметь достаточную липкость и сохранять текучесть. Время достижения оптимальной липкости и машинное время, отведенное на выполнение данной операции, должны быть взаимно согласованы, иначе это приведет к частым остановкам оборудования, снижению качества полуфабрикатов. При конструировании машины следует учитывать время достижения оптимальной липкости реального клея, а при эксплуатации существующего оборудования необходимо подбирать или корректировать рецептуру клея и его рабочую температуру в соответст вии с машинным временем. О времени достижения оптимальной липкости можно судить по открытому времени клея — времени с момента нанесения клея на деталь до потери им липкости, так как липкость становится оптимальной незадолго до полной ее потери. На машинных операциях обычно используют клеи с малым открытым временем, а на ручных — с большим. В последнем случае это позволяет рабочему выполнять сначала промазку большой партии деталей клеем, а затем их соединение. Второе условие схватывания. После соединения деталей сопротивление клеевого слоя растяжению и сдвигу неравномер но по сечению: максимальное сопротивление оказывают поверхностные слои, минимальное — внутренние, которые не участвуют в образовании адгезионного шва. При механической адгезии это объясняется повышением концентрации полимера в поверхностных слоях клея вследствие избирательного впитывания капиллярами материалов дисперсионной среды или растворителя, а при диффузии — уменьшением концентрации твердой фазы. Молекулярная теория этот факт объясняет постепенным нарушением ориентации молекул адгезива по направлению от поверхности склейки к середине толщины клеевого слоя. При выполнении операций приклейки упрочняющих деталей к корешку блока на блокообрабатывающем оборудовании и крытье блоков обложкой на крытвенных машинах разрушающая сила, стремящаяся сдвинуть приклейку при горизонтальном прерывистом движении транспортера с полуфабрикатом, складывается в основном из силы инерции и силы аэродинамического сопротивления приклейки. Эти силы, отнесенные к площади склейки, вызывают в клеевом слое напряжения, стремящиеся сдвинуть приклейку. Чтобы не произошло смещения приклейки, должно быть выполнено второе условие схватывания: сопротивление клеевого слоя сдвигу sс (Па), обусловленное адгезией и когезией клея, должно превышать напряжения от силы инерции и горизонтальной составляющей аэродинамиче ской силы приклейки: (1.16) где m — масса приклейки, кг; а — ускорение, м/с2; с — аэродинамический коэффициент, зависящий от соотношения размеров приклейки и угла атаки; Sп — площадь лобового сопротивления приклейки, м2; rв = 1,205 кг/м3 — плотность воздуха при нормальных условиях; Sс — площадь склейки, м2. Третье условие схватывания. В рассмотренном выше примере в вертикальном направлении перпендикулярно поверхности клеевого слоя действует в основном сила тяжести приклеиваемых деталей. При выполнении технологических операций окантовки тетрадей с форзацами, окантовки корешка блоков и загибки покровного материала на внутреннюю сторону переплетных крышек основной по величине является сила упругости увлажненного клеем материала. Отнесенная к площади склейки, эта сила вызывает в клеевом слое напряжения, стремящиеся отогнуть клапаны материала. Чтобы не произошло нарушения склейки, должно быть выполнено третье условие схватывания: сопротивление клеевого слоя отрыву, обусловленное когезией клея, должно превышать напряжения от силы тяжести приклейки или от силы упругости материала: (1.17) где sо — напряжение отрыва или отгибки приклейки, Па; g = =9,80665 м/с2 — ускорение силы тяжести. На этапе схватывания склеиваемые детали должны быть неподвижны друг относительно друга. Повышенное внешнее давление (прижим приклеек) способствует принудительному проникновению вязкого клея в поры и макрокапилляры материалов и повышению прочности склейки. Закрепление клеевого слоя. Закрепление клеевого слоя происходит вследствие перехода клея из жидкого состояния в твердое. Для истинных и коллоидных растворов (золей) и для дисперсий полимеров (гетерогенных систем) это связано с гелеобразованием (образованием студня, или геля) при впитывании растворителя или дисперсионной среды в капилляры склеиваемых материалов и испарением. Гелеобразование обусловлено тем, что в объеме клея образуется пространственная молекуляр ная или фазовая сетка (каркас), которая придает ему основное свойство твердого тела — прочность — и лишает его свойства жидкости — текучести. На ранней стадии образования клеевого слоя, в процессе схватывания, происходит коагуляция поверхностных слоев клея. Это может быть вызвано быстрой потерей влаги из-за капиллярно го впитывания и, в случае склейки ПВАД материалов на основе целлюлозы, адсорбцией стабилизатора волокнистым материалом. При дальнейшем удалении влаги взаимодействие между частицами полимера и дисперсионной среды заменяется взаимодействием между частицами полимера и когезионные силы растут. В момент замены коагуляционных контактов на прочные адгезионные и когезионные контакты утрачивается понятие вязкости (h ® Ґ), текучесть заменяется прочностью, резко возрастает сопротивление клеевого слоя деформациям растяжения и сдвига. Схватывание — весьма быстротечный процесс: от момента нанесения клея до присоединения приклеиваемых деталей на различных операциях и оборудовании оно длится от 0,6 до 3,5 с. Закрепление клеевого слоя (раствора или дисперсии), как правило, процесс длительный. Время закрепления зависит от вида клея, его относительного влагосодержания, общего количества влаги, внесенной с клеем, впитывающей способности склеиваемых материалов, наличия свободной поверхности испарения. Полное закрепление Ш-образного клеевого соединения при расходе 33%-ной ПВАД порядка 530 г/м2 и естественной сушке длится не менее 7 суток (рис. 1.6), в течение которых из клея и блока удаляется вся влага, внесенная с клеем.
Рис. 1.6. Зависимость прочности склейки тетрадей блока от времени естественной сушки при использовании 33%-ной ПВАД: 1 — Северо-Донецкого завода; 2 — Новгородского завода
В большинстве случаев в условиях поточного производства для передачи полуфабри катов на последующие операции всю влагу, внесенную с клеем, можно и не удалять: достаточно удалить лишь часть ее, соблюдая условие hк = Ґ. Это количество влаги, при котором клей приобретает свойства твердого тела, можно определить на основе анализа кривых разбавления (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Кривые разбавления клея или лака
По гипотезе, предложенной автором, вязкость жидкотекучих клеев, лаков и красок определяет не содержание твердой фазы (смолы, полимера), а объемная концентрация растворителя или дисперсионной среды. Если зависимость вязкости раствора и дисперсии от концентрации полимера h(Kп) имеет сложную форму кривой, которая не поддается математической обработке [29. Гл. 5], то зависимость вязкости от объемной концентрации разбавителя (воды и органических растворителей) hк(Kp) имеет форму гиперболы, приподнятой над осью абсцисс на величину вязкости разбавителя и сдвинутой влево на величину _KҐ. Для одного вида клеев и лаков с разным содержанием основных компонентов твердой фазы семейство гипербол сходится нижними ветвями в одной точке (А на рис. 1.7), соответствующей вязкости «чистого» растворителя. Зависимость hк(Kp) описывается уравнением (1.18) (1.19) (1.20)
где hр и hк — вязкость неразбавленного клея (лака) и при разбавлении Kp, ПаЧс; hp — вязкость разбавителя, ПаЧс; Kp — относительная объемная концентрация разбавителя; С — константа, характеризующая время закрепления клея.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Схватывание и закрепление клеевого слоя» з дисципліни «Технологія брошуровочно-палітурних процесів»
