Клея

Ни один ремонт не обходится без клеевых соединений самых различных отделочных материалов: паркета, линолеума, ковролина, стеновых панелей, обоев, тканевых покрытий, потолочных лепных украшений, плинтуса, керамической плитки, ламинирующей плёнки и т. д. Клей применяется и в повседневной жизни: для ремонта мебели из дерева, ДСП и пластмассы, крепления деталей гарнитура ванной комнаты, «реанимации» расколотой глиняной или фарфоровой посуды, составления аппликаций из бумаги или картона и сборки всевозможных игрушечных моделей, ремонта одежды из ткани и кожи или резиновой обуви, а также во многих других случаях, для перечисления которых потребовались бы десятки страниц. Одни из этих предметов используются в условиях повышенной температуры, другие - высокой влажности, третьи - приложения значительных усилий, четвёртые - последующей окраски, пятые... В любом из приведённых примеров незаметность места склеивания создаёт зрительное впечатление целостности предмета, части которого могут быть изготовлены из совершенно разных материалов. Пример тому-аккуратно приклеенные лепные украшения из полистирола или полиуретана после совместной окраски с оштукатуренной потолочной плитой.
Клеи выпускаются в жидком, гелеобразном, пастообразном или твёрдом (прутки, гранулы, порошок) состоянии, а также нанесёнными на подложку (ленты). Их фасуют в канистры, вёдра, банки, мешки, пакеты, в герметичные картриджи, имеющие форму упругой цилиндрической тубы с дозирующим устройством под специальный пистолет, или в гибкие тюбики много- и одноразового действия. Все ёмкости обеспечивают герметичность упаковки для сохранения его клеящей способности долгое время.

Разновидности клеёв
Основой большинства клеёв является полимер, обладающий хорошей адгезией. Он может быть натуральным или синтетическим (натуральный—животного или растительного происхождения, синтетический-искусственно пол ученная термопластичная или термореактивная смола). Для улучшения процесса склеивания к полимеру добавляют другие составляющие, поэтому в специальной литературе такую смесь именуют клеящей композицией. Её состав определяет характер воздействия на соединяемые поверхности. Различают клей на водной основе, клей на растворителе, клей-компаунд и клей-расплав.

Клей на водной основе может быть водным раствором или водной суспензией и является наиболее экологически чистым. Он схватывает только после полного испарения воды. Используемые основы бывают натурального (целлюлоза, костный клей), синтетического (поливиниловый спирт, фенольные и меламиновые смолы) или неорганического происхождения. Так, силикатный клей - это водный раствор силиката натрия; при использовании нуждается в прижиме из-за низкой адгезии. Его применяют для водостойких, например гидроизоляционных или высокотемпературных (до 1100°С), но не очень прочных соединений.
Водная суспензия-это тонко измельчённая и не растворимая в воде синтетическая смола, например сверхтонкий порошок (дисперсия) поливинилацетата (клей ПВА-«белый» клей) или синтетического каучука. Вода хорошо смачивает поверхности, что позволяет применять клей для пористых гигроскопичных материалов: стиропора (пенопласта), гипсокартона, на основе древесины (ДСП, ДВП, МДФ) и самой древесины, например при укладке паркета.
У такого клея 2 недостатка. Основ-ной-длительное время схватывания, которое сокращают, когда это возможно, нагревом места соединения для более быстрого испарения воды. Кроме того, слой застывшего клея служит питательной средой для развития микроорганизмов, что способствует появлению плесени (если в состав при изготовлении не введена бактерицидно-фунгицидная добавка).
Клей на растворителе представляет собой полимер, который поддерживается в жидком состоянии с помощью химического вещества, например алкалоида, ацетона, спирта, толуола, испаряющегося быстрее, чем вода. Типичные примеры - контактный клей (раствор синтетического каучука в цианакрилате) и раствор ПВХ в хлористом этилене или уксусно-эти-ловом эфире. Такой клей используют для соединения термопластов, например плёнок, трубок, фитингов и панелей из ПВХ. Длительность схватывания на порядок меньше, чем при водной основе. Беда заключается в том, что пары большинства растворителей (например толуола) вредны для здоровья человека.
Клей-компаунд твердеет в результате химической реакции в полимере или после смешивания с отвердителем, либо под действием другого фактора (тепла, давления, влаги, кислорода воздуха, солнечного света). Наиболее распространены эпоксидные и полиэфирные смолы, производные акрилата (метакрилат, полиакрилат, этилцианакрилат), а также полиуретан и силикон. Их с успехом применяют для склеивания различных металлов и некоторых пластмасс (термореактивных) реактопластов между собой и с другими материалами. При использовании отвердителя важно смешивать составляющие без значительного запаса и непосредственно перед склеиванием, исключив образование в массе пузырей воздуха и неоднородностей. Срок пребывания клея в жидкотекучем состоянии обычно жёстко ограничен, поэтому любителям «перекурить» он доставит массу неприятностей.
Клей-расплав - это термопластичный полимер без воды или растворителя, например алкидная смола или этилцеллюлоза, но с некоторыми добавками. При комнатной температуре он сохраняет твёрдость и химическую устойчивость в течение длительного времени. Используется только при высокой температуре в расплавленном состоянии, растекаясь по соединяемым поверхностям. Если склеивают металлические элементы, их обычно сначала нагревают, а затем либо посыпают порошком клея, либо намазывают плавящейся от соприкосновения палочкой твёрдого клея. Растворитель переводит тонкий поверхностный слой соединяемых деталей в жидкое состояние, а сам постепенно улетучивается. В результате жидкости взаимно проникают друг в друга и твердеют, образуя прочное соединение.

Примеры использования клея

Подготовка и условия соединения поверхностей
Склеиваемые поверхности должны быть очищены механически от всевозможных посторонних частиц (пыли, грязи, чешуек или волокон материала) и химически-от малейших следов жира, кислоты, влаги, даже от следов пальцев. Для этого используют какой-нибудь растворитель, чаще всего ацетон или бензин. В противном случае пленка клея в отдельных местах может прилипнуть не к основной поверхности, а к этим инородным включениям, что снизит адгезию. Перед склеиванием зазор между сжатыми подготовленными поверхностями не должен превышать 0,05 мм, иначе большая толщина затвердевшей плёнки клея может привести к ухудшению прочности соединения. А вот гладкой поверхность должна быть в меру. При идеальной гладкости (как у полированного стекла) жидкий полимер хоть и растечётся равномерно, а после затвердевания создаст плёнку равномерной толщины, но адгезия будет хуже, чем при лёгкой шершавости.
Зернистость абразивной шкурки для предварительной обработки склеиваемых поверхностей в значительной степени влияет на прочность соединения. Так, адгезия клея к поверхности, предварительно отшлифованной абразивной шкуркой (Р1000-Р2500), будет ниже, чем к поверхности, обработанной шкуркой средней зернистости (Р320-Р600). После грубой шкурки (Р100-Р180), наоборот, поверхность становится слишком шершавой и приходится наносить слой клея толщиной 0,2 мм и более, что снижает прочность соединения. Подготовленная поверхность материала не должна иметь заусенцев, а деревянная — ещё и разрывов или смятых волокон. На металл сразу после механической и химической обработки обычно наносят адгезионный грунт для предохранения от образования ржавчины.
Нужно не только подготовить склеиваемые поверхности, но и сделать так, чтобы площадь клеевого соединения была как можно больше. Учтите, все материалы лучше выдерживают сдвиг или равномерный отрыв, чем изгиб, отслаивание и большую длительную нагрузку, и «не любят», когда одну из частей пытаются «отколупнуть» от другой. Прямые ультрафиолетовые лучи и значительные изменения температуры приводят со временем к потере плёнкой своей эластичности.

Для нелюбителей физики

• Качество склеивания решающим образом зависит от трёх явлений: адгезии, когезии и усадки. Адгезия — способность поверхностей соединяемых предметов прилипать друг к другу (латинское adhaesio и означает «прилипание») наподобие размягчённой жевательной резинки. Кстати, латекс, образующий основу резинки, входит в состав многих клеёв на водной основе. Одной из сил, определяющих прочность адгезии, является сила механического сцепления клея с деталью, возникающая за счёт разности их температурного расширения. Поэтому адгезия в значительной степени зависит от окружающей температуры, которая не должна быть ниже или выше допустимых значений, а также часто и резко меняться.
• Склеивание под нагрузкой приводит к тому, что ещё жидкий клей проникает в мельчайшие неровности поверхностей и после отверждения, за счёт значительной усадки, крепко удерживается там. При толщине слоя менее 0,02 мм клей может смочить не все впадины поверхностей и его плёнка получится несплошной, что снизит адгезию.
• Когезия — сила сцепления частиц однородного материала между собой (например, частиц клея или любой из соединяемых деталей). Чаще когезия плёнки клея меньше её адгезии к поверхности. Поэтому обычно толщину этой плёнки не рекомендуют делать больше 0,1 5 мм, чтобы соединение не разрушилось по слою клея. Если адгезия больше когезии, значительное внешнее усилие если и вызовет разрушение склеенных частей, то не по шву, а по наиболее слабому материалу соединяемых деталей или внутри тонкой плёнки высохшего клея.
• При отвердевании клея происходит его усадка. Она проявляется в уменьшении объёма, занимаемого материалом. В результате внутри клеевого слоя возникают усилия, которые стягивают поверхностные слои соединяемых деталей, и те могут покоробиться, если не обладают достаточной жёсткостью. Такое коробление порой возникает на тонких деталях вроде планок паркета, панелей ламината, плиток линолеума. Клей для них должен быть малоусадочным. Вот почему следует применять только специально подобранные марки клеёв, рекомендуемые производителями этих изделий.
• Возможные варианты разрушения места склеивания: не по шву (адгезия больше когезии); по шву — отслаивание (адгезия меньше когезии); часть—по шву, а часть—нет (при сопоставимости величин адгезии и когезии).

Несколько полезных советов

• 1. При необходимости склеивания деталей большой площади из однородного материала (напольные покрытия, облицовочные панели, обои) готовый клей удобнее приобрести в пластмассовой (канистра, ведро массой 8-15 кг) или жестяной (банка массой 1-5 кг) таре, а в виде сухой смеси — в бумажном мешке массой 1-25 кг. На случай ремонта лучше всего иметь под рукой картридж с универсальным монтажным клеем «жидкие гвозди» массой 400 г. Для периодического подклеивания поверхностей одного материала (например древесины) экономически целесообразно приобрести тюбик специального клея массой 250 г.
  2. Ни в коем случае не пренебрегайте операцией выдержки на воздухе для клея на растворителе, поскольку присутствие последнего в клеевом соединении приводит к образованию пористого шва, обладающего довольно низкой прочностью.
  3. Клей на водной основе чувствителен к замерзанию воды, поэтому должен наноситься при температуре не ниже 5⁰С. Верхний предел температуры для каждого клея свой и указан в сопровождающей его инструкции. Самый простой способ защиты шва от влаги—окраска после склеивания.
  4. Для клея горячего отверждения в качестве источника равномерного нагрева горячим воздухом с температурой до 80°С удобнее всего использовать фен. Отверждение при более высокой температуре можно производить с помощью источника инфракрасных лучей.
  5. Учтите, расход клея при монтаже всех материалов на основе древесины (ДСП, ДВП, МДФ), гипсокартона, резины, пенопласта, пористых стеновых панелей значительно выше, чем для жёстких пластиков, включая основу ковролина и керамическую плитку.

Основные термины, применяемые в инструкции по использованию клея

Время открытой выдержки—период времени после нанесения клея на поверхности, в течение которого их не следует соединять (пока не испарится вода или не улетучится растворитель). Для клея на водной основе это может быть 1-2 часа, для контактного клея на растворителе — 15-20 минут.
Время схватывания — период после соединения поверхностей, в течение которого их ещё можно поправить или переставить перед окончательной фиксацией. Для клея на водной основе это 15-20 минут, на растворителе — 3—5 минут, а для «секундного» полиакрилатного клея-компаунда — чаще всего 15—30 секунд. Время отверждения — период времени, в течение которого происходит окончательное формирование плёнки клея после сжатия соединяемых поверхностей. Для всех типов клея, кроме компаундов и растворителей, он составляет более 12 и вплоть до 48 часов. Холодное отверждение подразумевает склеивание при комнатной температуре, а горячее-нагрев до требуемой температуры (60-180⁰С). Склеивание под нагрузкой происходит, если соединяемые поверхности во время отверждения сдавливают с определённым усилием. Фиксировать части соединения друг относительно друга в процессе склеивания удобнее всего с помощью липкой ленты «скотч», а сдавливать — струбциной или шарнирно-рычажным зажимом. Таким образом вы обеспечите равномерное распределение нагрузки по всей склеиваемой поверхности.

Немного мрачных слов

Безопасность клеёв определяется их безвредностью для организма человека и огнестойкостью. Клеи на основе натуральных полимеров и большинства термопластов безвредны, а остальные — токсичны. Эпоксидные клеи холодного отверждения могут вызвать заболевания кожи (дерматит, экзему), а горячего — действуют на нервную систему и печень (эпихлоргидрид, толуол) или раздражают слизистую оболочку глаз и дыхательных путей (фталевый и малеиновый ангидриды). В меньшей степени токсичны фенолосодержащие, полиуретановые, полиамидные клеи. Токсичность резиновых клеёв определяется содержащимися в них растворителями, например дихлорэтаном. Акрилатные клеи относят к слаботоксичным. Именно поэтому все синтетические составы должны находиться в герметичной, надёжно закрывающейся упаковке многоразового использования, а работу с ними лучше доверить профессионалам (строителям).

==============================================================================

По условиям склеивания клеи делят на контактные (склеивание идет без давления) и липкие (склеивание происходит под давлением мгновенно).

Контактными клеями являются, как правило, все клеи, содержащие легколетучие растворители. В качестве растворителей обычно используются наименее токсичные легколетучие вещества: легкие углеводороды, циклогексан, метилэтилкетон, ацетон, ксилол, эфиры, хлорированные углеводороды. После нанесения клея на одну или обе поверхности и непродолжительного подсушивания происходит склеивание.

Универсальность, хорошие технологические свойства, достаточно высокая прочность крепления и сравнительно низкая стоимость таких композиций сделали их незаменимыми во многих областях: обувной, резино-технической и мебельной промышленности, автомобиле- и авиастроении, а также в быту и т.п.

Благодаря отличной растворимости во многих растворителях и высокой адгезии полихлоропрен исключительно пригоден для получения контактных клеев. Высокая прочность клеевого соединения обусловлена кристаллизацией полихлоропрена, что позволяет обойтись без добавления сшивающих агентов или ускорителей непосредственно перед склеиванием, делая, тем самым, клеи на основе полихлоропрена особенно простыми в применении.

Используемый растворитель - достаточно высокая вязкость – при использовании толуола.