Wpływ lepkości składników kleju na właściwości wytrzymałościowe połączeń klejowych blach stalowych 1.0503

Z artykułu dowiesz się:

• jakie zjawiska mają wpływ na technologię klejenia;
• jakie rodzaje klejów zastosowano w badaniach i jakie mają właściwości;
• które połączenia wykazują największą wytrzymałość.

Technologie łączenia to nie tylko spawanie czy lutowanie. W niniejszym artykule autorki przedstawiają badania nad zastosowaniem klejenia w przypadku blach stalowych 1.0503.

Proces klejenia umożliwia wykonywanie połączeń montażowych charakteryzujących się właściwościami wytrzymałościowymi na podobnym poziomie jak w przypadku innych metod łączenia, jak lutowanie, zgrzewanie ciśnieniowe czy spawanie [1]. Dlatego też od kilku lat można zaobserwować dynamiczny rozwój technologii klejenia. Okazuje się ona obiecującą technologią montażu z uwagi na relatywnie niskie koszty, obniżoną pracochłonność i szeroki dostęp do nawet specjalistycznych substancji klejowych. Połączenia klejowe oprócz funkcji klejenia mogą spełniać również inne funkcje, jak np. uszczelnianie, regeneracja czy zabezpieczanie.

Wytrzymałość połączeń klejowych

Z uwagi na wszystkie poruszone aspekty technologia klejenia znajduje zastosowanie praktycznie we wszystkich gałęziach przemysłu, zarówno w lotnictwie, motoryzacji, budownictwie, elektrotechnice, jak również w przemyśle lekkim [2-4]. Wytrzymałość połączeń klejowych zależy od wielu czynników. Należą do nich:

• zjawiska fizyczne i chemiczne (zwilżalność, adhezja i kohezja),
• czynniki technologiczne (sposób przygotowania powierzchni łączonych materiałów, właściwości kleju i warunki utwardzania spoiny klejowej i sezonowania) [5-8],
• czynniki konstrukcyjne (geometria połączenia klejowego oraz sposób jego obciążenia) [4, 9],
• a także warunki eksploatacyjne wpływające na połączenia klejowe podczas pracy [9-12].

Kleje epoksydowe

Jednymi z najbardziej popularnych klejów konstrukcyjnych są kleje epoksydowe [13, 14]. Kleje epoksydowe charakteryzują się dużą odpornością na obciążenia i wytrzymałością na rozciąganie, jak również dużą odpornością na działanie substancji chemicznych i temperatury [15-17]. Uwzględniając szeroki wybór zarówno handlowych żywic, jak i utwardzaczy do sporządzania klejów epoksydowych, możliwe jest uzyskanie produktu najbardziej odpowiedniego dla zadanych warunków pracy [17, 18]. Kleje epoksydowe można poddawać licznym modyfikacjom, stosując różnego rodzaju modyfikatory [18-20], jak również inne polimery lub żywice [21-26].

Czym jest adhezja i jak wpływa na technologię klejenia połączeń?

W procesie konstytuowania konstrukcyjnych połączeń klejowych bardzo istotną rolę, wpływającą na wytrzymałość połączeń, odgrywa zjawisko adhezji. Adhezja jest zjawiskiem powierzchniowego wiązania się ze sobą dwóch różnych ciał, pod wpływem sił przyciągania między nimi [2, 3, 27]. Istnieją różne teorie adhezji: mechaniczna, elektrostatyczna, dyfuzyjna, fizykochemiczna. Z konstrukcyjnego punktu widzenia największy udział przypisywany jest teorii mechanicznej, która opisuje wpływ stanu powierzchni na jakość połączenia. Bardzo rozwinięta powierzchnia ma wiele nierówności – wgłębień. Może w nie wnikać substancja klejąca. Dlatego też według tej teorii jednym z podstawowych czynników mających wpływ na jakość połączenia klejowego jest przygotowanie obu powierzchni klejowych i dobór odpowiedniego kleju [5, 28-30].

Na rozbudowanej topografii powierzchni dochodzi do naturalnego „zazębiania” kleju z powierzchnią materiału. Dzieje się tak, ponieważ klej w postaci płynnej przed utwardzeniem wypełnia nierówności na powierzchni materiału. E. Kaczorowska oraz R. Batista [31, 32] w swoich pracach wykazali jednak, że nie w każdym przypadku bardziej rozwinięta powierzchnia działa na korzyść połączenia. Substancja o dużej lepkości nie wypełni niewielkich, licznych zagłębień. Dlatego też, przygotowując połączenie klejowe, należy dobierać klej o odpowiedniej lepkości ze szczególnym uwzględnieniem rodzaju klejonego materiału i sposobu przygotowania jego powierzchni.

W pracy określono wpływ lepkości składników kompozycji klejowych na właściwości wytrzymałościowe połączeń klejowych stali 1.0503. Analizie poddano kompozycje klejowe składające się z trzech rodzajów żywic epoksydowych oraz dwóch utwardzaczy różnych lepkości. Badania przeprowadzono na jednozakładkowych połączeniach klejowych blach. Ich powierzchnie poddano ręcznej obróbce mechanicznej ściernym narzędziem nasypowym, a następnie odtłuszczono przy użyciu acetonu technicznego.

Materiały użyte w badaniach

Do badań zostały użyte prostopadłościenne próbki o wymiarach 100 mm x 25 mm x 2 mm wycięte z arkusza blachy stali węglowej 1.0503. Stal 1.0503 jest stalą niestopową wysokiej jakości [33]. Skład chemiczny zastosowanej stali przedstawiono w tab. 1.

Stal ta cieszy się ogólnodostępnością. Ze względu na swoje właściwości znajduje zastosowanie w produkcji części maszyn, narzędzi oraz płyt montażowych. Stal 1.0503 jest uznawana jako łatwo obrabialna. Dlatego występuje w wielu postaciach, m.in. blachy, rur oraz prętów o różnorodnych kształtach, jednak jest trudno spawalna.

Galeria

Zobacz więcej