Charakterystyka klejów do tworzyw

Jakie są możliwości łączenia kompozytów?

Kompozyty mogą być połączone w kilku standardowych wariantach:

• Połączenia kompozytów między sobą – zazwyczaj jest to normalne spajanie elementów, które uformowane są w taki sposób, aby dopiero po ich połączeniu stworzona została finalna konstrukcja, która spełni określone wytyczne pod kątem estetyki i wytrzymałości. Zazwyczaj komponenty przed procesem klejenia są bardzo wiotkie i istnieje potrzeba klejenia ich w specjalistycznych formach w celu zachowania zarówno kształtów jak i wymiarów.

• Połączenia kompozytów z konstrukcją nośną – która najczęściej zrobiona została z profilu stalowego lub aluminiowego. Elementy z kompozytu są wówczas prawie zawsze powłokami ozdobnymi. Obudową raczej niż częścią nośną konstrukcji.

• Połączenia elementów wykończeniowych – w tym wypadku mowa np. o wyklejaniu okna, wzierników, ościeżnic czy tabliczek.

• Montowanie uchwytów oraz elementów do mocowania – przyklejanie usztywnień, śrub z dedykowanym dużym łbem, zawiasów, haków, zawieszek jak i zamków służących do wzmocnienia i usztywnienia wiotkich konstrukcji w postaci pokryw, powłok drzwiowych, klap bagażowych w autobusach jak i przy mocowaniu do konstrukcji nośnych bądź też z innymi elementami.• Montowanie uchwytów oraz elementów do mocowania – przyklejanie usztywnień, śrub z dedykowanym dużym łbem, zawiasów, haków, zawieszek jak i zamków służących do wzmocnienia i usztywnienia wiotkich konstrukcji w postaci pokryw, powłok drzwiowych, klap bagażowych w autobusach jak i przy mocowaniu do konstrukcji nośnych bądź też z innymi elementami.

Jakie są zalety klejenia w przypadku kompozytów?

Konstruktorzy, technolodzy, działy serwisu jak i szeroko pojęte osoby techniczne decydują się na klejenie kompozytów ze względu na kilka ważnych atutów tego rozwiązania. Najważniejsze zalety klejenia kompozytów to:

• Najkorzystniejsza relacja masa : sztywność – konstrukcje są coraz lżejsze, zachowując przy tym pożądaną lekkość. Zaleta ma kluczowe znaczenie przy większości zastosowań, w szczególności w transporcie, gdzie masa jest czynnikiem nie tylko w trakcie budowy, projektowania i montażu, lecz nade wszystko w trakcie codziennego użytku.

• Wytrzymałość punktowa – laminaty łatwo jest osłabić przez połączenia śrubowe lub nitowe. Klejenie rozkłada obciążenie na większej powierzchni i sprzyja zwiększeniu ogólnej siły przenoszonej przez konstrukcję.

• Szczelność – wiele połączeń w transporcie powinno spełniać wymogi szczelności, a więc posiadać odporność na wodę, deszcz, mgłę solną, niepożądaną „wentylację” tj. przeciągi. Klejone złączki spełniają wszystkie te wymogi jednocześnie.

• Łączenie z innymi materiałami – nie ma problemu z łączeniem kompozytu z metalem, szkłem, innymi tworzywami sztucznymi, drewnem lub ozdobami. Pomimo zróżnicowanych współczynników rozszerzalności termicznej, łączenie jest trwałe i skuteczne.

• Estetyka - klejenie daje możliwość wykonania niewidocznych dla laika (a często także dla profesjonalisty) łączeń. Jest to istotny aspekt, zwłaszcza w momencie, gdy łączone elementy są wykonane „na gotowo”, a po operacji klejenia nie prowadzi się wówczas żadnych działań zdobiących lub wykończeniowych.

• Wytrzymałość na wibracje i zmieniające się obciążenia – mowa tutaj o ważnym elemencie np. przy konstrukcjach transportowych jak i śmigłach elektrowni wiatrowych. Wytrzymałość na obciążenie udarowe i zmęczeniowe bowiem jest w tych aplikacjach kluczowa. Odporność na wiele milionów cykli jest istotna dla konstrukcji działających w trybie ciągłym, jak choćby śmigła turbin wiatrowych

Jaki klej użyć do kompozytów?

Zastosowanie odpowiedniego rodzaju kleju do kompozytu jest uwarunkowane połączeniem, miejscem zastosowania, obciążeniem, warunkami pracy złączy, temperaturą oraz innymi zmiennymi. Poza względami technicznymi powinno wziąć się pod uwagę zagadnienia technologiczne. W tym aspekcie kleje strukturalne są zdecydowanymi faworytami. Klej strukturalny idealnie nadaje się do połączeń kompozytów z metalami. Ważną zaletą tego typu klejów jest możliwość klejenia bez żadnej potrzeby przygotowywania powierzchni. Kleje strukturalne odznaczają się mocnymi cechami rozpuszczającymi na prawie wszystkie żywice poliestrowe i żelkoty. Warte podkreślenia jest to, że nie niszczą w trakcie tego klejonych komponentów i nie powodują nadmiernego prześwitu (ślad w miejscu klejenia wynikający z kurczenia się utwardzającego się kleju). Klej metakrylowy jako substancja dwuskładnikowa, utwardza się całej objętości, bez konieczności pozostawienia łączonych elementów na kilka dni w celu polimeryzacji. Jest to zasadna różnica miedzy klejami jednoskładnikowymi z poliuretanu. Złącza wyróżnia wysoki poziom odporności na oddziaływanie wody, benzyny, oleju napędowego jak i temperatury do ponad 120 stopni Celsjusza. Kleje są odporne na odchylenia stosunku mieszania, dlatego też proces technologiczny jest względnie bezpieczny pod kątem zagrożeń brakami.

Jak przy każdym rozwiązaniu, każdy medal ma 2 strony, dlatego warto wspomnieć także o minusach, do których należy wyższa cena tej rodziny klejów – wynika to jednak z wyższej jakości tychże produktów względem innych rodzin klejów dostępnych na rynku. Kleje strukturalne są także wyzwaniem dla wymogów BHP, co wynika z ich fizykochemicznej struktury. Wadą może być także ich zapach, który przypomina fenole medyczne, dentystyczne. Woń jest specyficzna, typowa dla klejów strukturalnych bazujących na PMMA, a więc szkła organicznego, tworzywa stosowanego w stomatologii do wypełnień, klejenia aparatów stałych i kilku innych aplikacji. To jednak wszystkie tego typu minusy, a same kleje są w pełni przyjazne środowisku inżynieryjnemu – nie są wymagające w aplikacji, prawie nie powodują braków.

A może kleje elastyczne do kompozytu?

Kleje elastyczne wykorzystywane w połączeniach kompozytowych to przede wszystkim MS polimery oraz kleje poliuretanowe. Kleje elastyczne występują w konfiguracjach jedno i dwu – składnikowych. Podczas stosowania klejów jednoskładnikowych należy pamiętać, że system utwardzania tychże preparatów klejowych polega na reakcji z wilgocią znajdującą się w powietrzu. Środek klejowy utwardza się w głąb w miarę jak wilgoć wnika w jego strukturę. Dlatego zasadnym parametrem jest szerokość szczeliny, a nie jej grubość. Klej na bazie poliuretanu i polimeru MS utwardza się z szybkością 2-4 mm / dobę. Oznacza to, że szerokie na 20 mm złącze utwardzi się wskroś dopiero po 2-4 dniach i to w optymalnych warunkach. Wszakże już po upływie doby jest możliwość transportowania elementów (powierzchniowa skórka ma wstępna wytrzymałość), to mimo to nawet taki czas oczekiwania w pełni zablokuje stanowisko montażowe, uchwyty i halę. Z tych istotnych aspektów coraz częściej obserwuje się, iż producenci wybierają kleje dwuskładnikowe. Utwardzenie trwa do godziny, a czas opuszczenia stanowiska ulega znaczącemu skróceniu.

Warto również zwrócić uwagę na polimery MS (polimer silanowy). Na rynku rozwiązania te są od ponad 2 dekad i mimo iż są cenowo droższe niż rozwiązania poliuretanowe, to nie wymagają stosowania podkładów, a to z kolei duże ułatwienie i oszczędność. Podobnie jak poliuretany nadal można je malować, a wybrane wytrzymują również procedurę malowania proszkowego (kleje poliuretanowe pracują jedynie do 90 stopni Celsjusza).

Proces klejenia w konstrukcjach z plastiku z materiałów wzmocnionych włóknem szklanym jest technologią spójną z samą koncepcją tworzywa jako takiego. Jest to technika, która efektywnie wzmacnia konstrukcję, technologiczna, pozwalająca na wykorzystanie większości korzyści, jakie wiążą się z przyczynami, dla których stosuje się kompozyty w konstrukcjach o strukturze nośnej.

Autor:
Marcin Wolski
Starszy doradca
ds. Techniczno – Handlowych

Autor:
Marcin Wolski
Starszy doradca
ds. Techniczno – Handlowych