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

Proces przygotowania powierzchni

Powierzchnia próbek przeznaczonych do klejenia została poddana mechanicznej obróbce ściernej, w celu prawidłowego jej rozwinięcia. Proces przygotowania powierzchni przebiegał w kilku etapach:

1. Odtłuszczenie próbek przy użyciu acetonu technicznego w celu usunięcia smarów, pyłu i zanieczyszczeń pozostałych po procesie cięcia.
2. Obróbka ścierna na sucho przy użyciu ściernego narzędzia nasypowego, korundowego, o gradacji P320. Obróbkę przeprowadzono przy użyciu szlifierki oscylacyjnej PSS 250AE firmy BOSCH. Powierzchnię obrabiano przez 1 minutę.
3. Odtłuszczenie powierzchni obrobionej w celu usunięcia pyłu, kurzu i pozostałości po obróbce przy użyciu acetonu technicznego.

Przed przystąpieniem do klejenia sprawdzono jakość przygotowanej powierzchni poprzez badania chropowatości i topografii powierzchni.

Kleje użyte w badaniach połączeń klejonych

Podczas wykonywania połączeń klejowych zastosowano sześć rodzajów klejów epoksydowych dwuskładnikowych. Każdy z klejów składał się z żywicy epoksydowej oraz utwardzacza. Zastosowano trzy rodzaje żywic epoksydowych różnej lepkości: Epidian 5, Epidian 53 i Epidian 57. Każdą z żywic mieszano z dwoma rodzajami utwardzaczy, również różniących się znacząco lepkością: PAC oraz Z-1, w określonych przez producenta proporcjach. Wszystkie komponenty klejów użytych w badaniach zostały wyprodukowane przez polskie przedsiębiorstwo produkcyjne CIECH S.A.

Epidian 5

Epidian 5 jest czystą postacią żywicy epoksydowej, która jest produktem reakcji bisfenolu A z epichlorohydryną. Charakteryzuje się doskonałą przyczepnością do większości tworzyw, chemoodpornością, a także odpornością na agresywne czynniki środowiska oraz dobrymi własnościami elektrycznymi [26, 35, 36]. Żywica Epidian 5 i bazujące na niej kompozycje znajdują zastosowanie w produkcji laminatów z włókna szklanego, przy łączeniu metali, ceramiki i tworzyw termoutwardzalnych. Kleje przygotowywane na bazie tej żywicy są stosowane także w konstrukcjach budowlanych jako powłoki antykorozyjne i elektroizolacyjne.

Epidian 53

Epidian 53 jest mieszaniną żywicy epoksydowej otrzymywanej z bisfenolu A i epichlorohydryny o średniej masie cząsteczkowej ≤700 oraz styrenu. Żywica Epidian 53 charakteryzuje się wysoką wytrzymałością na ścinanie w temperaturze około 110°C [26, 36, 37]. Jej kompozycje znajdują zastosowanie w łączeniu laminatów szklanych. Ze względu na doskonałe właściwości elektroizolacyjne oraz wytrzymałościowe może być wykorzystywana w radiotechnice, lotnictwie i optyce.

Epidian 57

Epidian 57 jest mieszaniną żywicy epoksydowej otrzymanej z bisfenolu A, epichlorohydryny o średniej masie cząsteczkowej ≤700 i rozcieńczalnika (nasyconej żywicy poliestrowej). Jej podstawowe przeznaczenie to zastosowanie jako podstawowy składnik w klejach do klejenia metali, szkła, ceramiki oraz drewna [26, 36].

Właściwości użytkowe zastosowanych w badaniach żywic epoksydowych zestawiono w tab. 2.

Utwardzacz PAC a trwałość połączeń

Utwardzacz PAC (kwasy tłuszczowe, C18-nienasycone, dimery, polimeryczne produkty reakcji z trietylenotetraminą) służy do utwardzania ciekłych żywic epoksydowych. Powoduje wzrost elastyczności i udarności kompozycji. Dlatego znajduje zastosowanie do połączeń narażonych na odkształcenia, np. w szkutnictwie do łączenia elementów drewnianych lub wykonanych z laminatu poliestrowo-szklanego, do łączenia gumy z metalem, cienkich blach, sklejki oraz zalewania elementów w elektrotechnice i elektronice. Utwardzacz PAC należy do grupy wolno reagujących utwardzaczy. Orientacyjnie można przyjąć, że czas jego użycia w temperaturze pokojowej wynosi 180 minut. Po tym czasie następuje w ciągu kolejnych 6-8 godzin wstępne utwardzenie. Po upływie 72 godzin osiągnąć utwardzenie na poziomie około 80-90%. Całkowite utwardzenie uzyskuje się po 7-14 dniach. Można ten proces przyspieszyć, stosując wyższą temperaturę po pierwszym etapie utwardzania.

Utwardzacz Z-1

Utwardzacz Z-1 (amina alifatyczna) stosuje się przede wszystkim w kompozycjach z małocząsteczkowymi żywicami epoksydowymi oraz produktami na ich bazie. Z chwilą dodania utwardzacza do żywicy rozpoczyna się proces utwardzania. Pozostaje pewien określony czas na użycie mieszaniny przed jej utwardzeniem (open time). Czas ten zależy od kilku czynników: temperatury, ilości mieszaniny itp. i będzie różnił się w indywidualnych warunkach. Czas żelowania wynosi około 35 minut w temperaturze pokojowej. Wstępne utwardzenie uzyskuje się po upływie 48 godzin – stopień utwardzenia wynosi około 80-90%, natomiast całkowite utwardzenie po 7-14 dniach.

Właściwości użytkowe zastosowanych w badaniach utwardzaczy zestawiono w tab. 3.

Skład użytych w badaniach kompozycji zestawiono w tab. 4.

Kompozycję klejową przygotowano bezpośrednio przed procesem klejenia. Składniki mieszanin zostały dokładnie zważone przy użyciu wagi laboratoryjnej KERN CKE 3600-2 z dokładnością pomiaru 0,01 g. Następnie zostały one wymieszane przy użyciu mieszalnika mechanicznego (Güde GTB 16/5 A) wyposażonego w mieszadło śmigłowe. Proces mieszania przy 460 obr./min trwał 2 minuty. Kompozycje klejowe były następnie odgazowywane przez 2 minuty w celu usunięcia pęcherzyków gazu powstałych w wyniku mieszania składników.

Czytaj też >> Raport na temat wynagrodzeń w sektorze przemysłowym

Połączenia klejowe

Do badań wykonano połączenia klejowe jednozakładkowe o długości zakładki l_z = 18 mm. Długość zakładki spoiny klejowej określono z zależności przedstawionej w pracach [39, 40], pozwalającej na obliczenie granicznej długości zakładki w przypadku klejenia materiałów o jednakowych grubościach.

Przygotowane kompozycje klejowe zostały naniesione na łączone powierzchnie przy użyciu pędzla. To pozwoliło na uzyskanie jednorodnej grubości spoiny na całej powierzchni klejenia, a następnie klejone elementy były ze sobą łączone. Utworzone w ten sposób połączenia poddano jednoetapowemu procesowi utwardzania w temperaturze otoczenia przy obciążeniu 1 kg. Całkowity czas utwardzania wyniósł 7 dni. Dla każdego rodzaju kleju wykonano po 10 połączeń klejowych.

Cały proces klejenia, w tym przygotowanie powierzchni, przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych w temperaturze 22 ± 1°C i wilgotności powietrza 30%.

Badania chropowatości powierzchni

Badania chropowatości powierzchni wykonano przy użyciu urządzenia do pomiaru konturu, chropowatości oraz topografii 3D T8000 RC120-400 firmy Hommel-Etamic. Przeprowadzono je zgodnie z normą PN-EN ISO 25178 [41]. W badaniach zastosowano końcówkę pomiarową TKU300. Zakres pomiarowy wynosił 80 μm. Odcinek odwzorowania wynosił 4,80 mm, a badania prowadzono 10-krotnie na powierzchni jednej próbki. Badania przeprowadzono z prędkością 0,80 mm/s.

Temat będzie kontynuowany w kolejnym numerze czasopisma.

dr inż. Izabela Miturska-Barańska
prof. dr hab. inż. Anna Rudawska
Politechnika Lubelska
Wydział Mechaniczny
Katedra Informatyzacji i Robotyzacji Produkcji
napisz do autorki: i.miturska@pollub.pl

Galeria

Zobacz więcej