Способ склеивания полимерных материалов

Способ склеивания полимерных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii 763432 е (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Закалено 30.0678 (21) 2636013/23 — 05 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)M. Кл.

С 09 У 5/OO

Гевунарствваный квмнтвт

СССР

IIo делам кзвбретвнкй и вткрыткй

Опубликовано 15.09.80. Бюллетень рй 34

Дата опубликования описания 15.09.80 (53) УД К678.029..42(088.8) Л. С. Генель, В. Л. Вакула, М. С. Акутин и P. Ф. Локшин (72) Авторы изобретения

Московский ордена Ленина н ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им. Д. И. Менделеева и Научно-производственное объединение "Пластик" (7I) Заявители

: т/-.

/,д: . (54) СПОСОБ СКЛЕИВАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ - ---- - (;., ", Изобретение относится к технологии склеивания полимерных материалов, преимущественно к технологии склеивания полимеров с низкими адгезнонными свойствами, таких как полиолефины, сшитые и несшитые, фторопласты и др. Способ может найти применение в ряде отраслей народного хозяйства (химической, нефтяной, газовой, машиностроительной и других), где требуется простая и эффективная технология крепления изделий из полимерных материалов друг к другу или к изделиям из других материалов, например, при монтаже полимерных трубопроводов.

Известный способ сваривания полимерных изделий трением, который заключается в соединении свариваемых изделий, вращением одного изделия относительно другого при постоянном поджнме изделий друг к друту и доведения трущихся поверхностей до оплавления.

Известны разновидности сварки трением, в icoторых свариваемые поверхности сплавляются за счет вибрационного воздействия 11).

Однако сварка трением не применима для соединения разнородных материалов и для сварки не сплавляющихся при нагревании полимеров. Сварке трением присущи следующие недостатки: образование грата, большие внутренние напряжения в шовной илн около шовной зоне, неразъемность конструкции сразу же после охлаждения сварной зоны, что не позволяет исправлять допущенный в работе брак.

Для оборудованця -необходимо предусмотреть возможность его резкой остановки, что приводит

10 к его быстрому износу.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ склеивания полимерных материалов, предусматривающий нанесение клея

35 на основе полимера, механическое воздействие совместно на поверхность полимера и клей и затем соединение склеиваемых поверхностей (2).

Однако при этом способе активация клеевого слоя. происходит,в ряде случаев недостаточно эффективно, что сказывается на прочности клеевого соединения. Кроме того, он предусматривает раздельную механическую обработку инструментом каждой из склеиваемых поверх76343 2

3 носгей. Это приводит к снижению производительности процсссз склеивания н расходованию дорогостоящего инструмента.

Целью изобретения является повышение прочности клеевого соединения.

Указаннзя цель доститастся тем, что в известном способе, включающем операции нанесения клея на основе полимера на поверхности материала, механического воздействия на них и соединения склеиваемых поверхностей, в состав клея вводят збрзэивный наполнитель и механическое воздействие осуществляют после соединения склеивземых поверхностей.

Абразивный наполнитсль вводят в количестве

8 — 70 об,%. В качсствс абразивного наполнителя применяют различныс порошкообрззные материалы, имеющие твердость и форму частичек, обеспечивающую им возможность разрушать поверхность склеиваемого полимера. Размеры частнчек абразива 0,01 — 0,5 мм.

Хорошие результаты дают следующие абразивные наполнители: двуокись кремния, карбид кремния, корунд и др.

Механические воздействия производят путем поджима и перемещения друг относительно друга склеиваемых поверхностей.

Практически наиболее удобно это перемещение склснваемъгх поверхностей друг относительно друга осуществлять с помощью вращения или вибрации одного из склеиваемых изделий.

После прекращения механического воздействия соединенную систему выдерживают до отвержде. ния клея.

В зависимости от склеиваемых материалов и выбранных клеевых составов промазка полимерной поверхности клеем нри необходимости может производиться вторично, с последующим повторением механического воздействия или без него.

Повторно наносимый клей может отличаться от первоначально нанесенного отсутствием абразивного наполнителя, составом или особыми свойствами, например электропроводностью.

При склеивании двух изделий, перемещение которых друг относительно друга по какимлибо причинам затруднено, перемещение производят при помощи специально вводимого между склеиваемыми поверхностями третьего тела, например муфты или полого усеченного конуса, причем . это тело остается составным элементом в клеевой конструкции. Например, при склеивании труб между ними вводится муфта или для раструбного соединения — усе- ченный конус. Склеиваемые торцы обмазываются клеем с абразивным наполнитслсм, затем вся система соосно поджимается и введенный элемент приводится во вращательное движение.

Перемещение пол л l8. 1еннем склснВземых поверхностей прив<чщт к г му, что абразив, нзходягцийся а клеевом слое, разрушает поверхность полимерного изделия. При этом на поверх ности генерируются свободные мзкрорздикзлы, способные химически взаимодействовать с компонентами KJlcH. Это положение подтверждено методами ЭПР и ИК-спектроскопами.

В отличие от способа-прототипа клей с абращ зивным наполнителем при механическом воздействии активируется более эффективно, чем без нзлолнителя, что н обсслечнвает боль шую прочность клеевому соединению, выполненному дзнным способом. Высокое качество клеевого соединения, полученного предлагаемым способом, постигается также и тем, что при перемещении под дзвленнем поверхностей друг относительно друга с абразивным . материалом между ними происходит нх взаимная пришлнфовка. В результате обеспечивается хорошее совладение геометрических профилей склеиваемых поверхностей, устраняется разнотолщинносгь клеевого слоя, что приводит к уменьшению внутренних и более равномерному распределению в клеевом соединении внешних напряжений, и, как следствие — к повышению прочности и долговечности клеевого соединения, Все операции по склеиванию проводятся при температурах ниже температуры размягчения полимера, поэтому полимер сохраняет исходную структуру, а в зоне соединения отсутствует грат.

Очевидно, что одновременная обработка двух склеиваемых поверхностей в одной опе35 рации выгодно отличает предлагаемый способ от способа-прототипа по производительности процесса склеивания и по энергозатратам.

В отличие от способа-прототипа для предлагаемого способа не требуется применения какого-либо специального инструмента для воз1 действия на поверхность полимера, таким инструментом служит абразив, введенный в клей.

Для выбранных материалов клеевого соединения существуют оптимальные режимы меха45 нического воздействия. Например, при склеивании политетрафторэтилена (Ф вЂ” 4) эпоксидным клеем холодного отверждения со сталью линейная скорость перемещения составляет 0,3—

40 м/с, а удельное давление прижима 0,06—

1,0 кгс/см, для системы радиационномодифи50 цированного полиэтилена низкой плотности (РМПЭНП) — эпоксидный клей — РМПЭНП линейная скорость перемещения составляет

0,01 — 5 м/с,. удельное давление 0,2 — 3,0 кгс/см .

Режим указан для процессов, проводящихся

55 при нормальных внешних условиях.

Пример 1. Эксперименты проводят на токарном станке. Образцы изготавливают в виде отрезков труб Ду 32, с внутренней и наА Смешанный

42

24

А

А

А

28

48

К

А (Клей — ПЭНП) ПЭНП вЂ” ЭДНПА — Сталь-АО

А клей-елюмнннй)

А (клей- ПЭНП) 50

JC

63

48

7 ПЭВП-ПУ-ПЭВП

К

33

8 ПЭВП-88Н-ПЭВП

К е

28

54

К

5 76343 ружной фаской под утлом 30 на всю толщину стенки трубы. Один отрезок трубы закрепляют неподвижно на задней бабке, а второй образец зажимают кулачками патрона станка. Наносят клей на одну из склеиваемых поверх ностей, обычно на внутреннюю фаску, На токарном станке устанавливают заданное число оборотов шпинделя и образцы с помощью задней бабки поджимают друг к другу. После такой механической обработки (в течение

30 с) проводят отверждение клея. Для клеев, содержащих растворитель, например наиритовый, после механической обработки образцы разъединяют, высушивают клеевой слой до удаления растворителя, наносят второй слой клея, высушивают его до отлила, после чего соединяют склеиваемые поверхности и под постоянным давлением отверждают клей.

Во всех случаях после совместной механической обработки первого слоя клея и склеиПЭНП вЂ” ЭДНАПА — ПЭНП, в клей введено 50% абразивного наполнителя

ПЭНП вЂ” ЭДНМПА — ПЭНП, в клей введено 7% абразивного наполнителя

ПЭНП вЂ” ЭДНПА — ПЭНП, в клей введено 70% абразивного наполнителя

5. ПЭНП вЂ” ЭДНПА-алюминий

6 ПЭНП вЂ” ЭДНПА — ПЭВП

9 РМПЭНП-ЭДНПА-РМ П ЭНП

10 РМПЭВП вЂ” ЭДНПА — РМПЭВП 1

6 ваемых поверхностей количество наносимых слоев клея и режимы отверждения определяются техническими условиями на выбранный клей.

Скорость относительного перемещения склеиваемых поверхностей определяют как произведение периметра трубы и числа оборотов шпинделя станка в минуту. Давление прижима определяют по показаниям динамометра. Удельное давление прижима рассчитывают путем деления давления прижима на плошадь контакта склеиваемых образцов.

Для склеивания полимеров между собой и с другими материалами применяют различные клеевые cocTBBbl холодного и горячего отверждения на основе эпоксидных, полиуретановых, наиритовых и других материалов.

Перед применением клеев в их состав вводят абразивный наполнитель.

Результаты испытаний представлены в таблице.

763432

Г1родолжение таблицы

11 ПП вЂ” ЭДНПА — ПП

К

67

32

А

12 ПВХ-ЭДНПА-ПВХ

13 Ф-4- ЭДНПА — Ф-4

А

14

К

14 Ф вЂ” 4-ЛФЭ вЂ” 26х — Ф-4

А (клей-медь) 17

15 Ф-4 — ЛФЭ вЂ” 26х — медь.

А (клей-медь) П р и м е ч а н и е: 9@g q разрушающее напряжение прн сдвиге.

ПП

ПВХ

ЭДНПА

В таблице также приводятся данные испытаний на сдвиг при растяжении образцов клеевых соединений, вырезанных из склеенных отрезков труб. Для сравнения приведенные данные испытаний отрезков труб, склеиваемых известным способом, по которому склеиваемые торцы отрезков труб после нанесения на них клея обрабатывают наждачной бумагой, а затем соединяют и выдерживают при условиях, аналогичных применяемым для предлагаемого способа.

Испытания проводят на разрывной машине

2М вЂ” 250 при скорости движения нижнего зажима 100 мм/мин.

Пример 2, Проводят испытания на сдвиг при растяжении клеевых соединений полимеров с металлом, полученных путем возвратно-поступательного перемещения под давлением полимерного образца, относительно металлического. На контактирующие поверхности предварительно наносят клеевой состав с абразивным наполнителем. Режимы механического воздействи» аналогичны указанным. Указанные для, сравнения в заменателе данные получены для образцов, юготовленнь|х путем совместнои механической обработки полимерной поверхности и клеевого слоя наждачной бумагой, согласно ювестному способу.

Буквой "А" в таблице обозначено видимое адгезионное разрушение (в скобках указана граница раздела, по которой разрушились образцы), буквой ™К" — когезионное, происходящее по слою клея.

ПЭНП вЂ” полиэтилен нюкой плотности;

РМПЭНП вЂ” радиационно модифицированный полиэтилен низкой плотности;

ПЭВП вЂ” полиэтилен высокой плотности; — полипро пилен; — поливинилхлорид; — клей на основе зпоксидиановой смолы и низкомолярного полиамида, ПУ вЂ” клей на основе полиэфирной смолы и изоционата, — полихлоропреновый клей промышленной марки;

ЛФЭ -26 — марка лака, выпускаемая промышленностью на основе сополнмера гексафторпропилена и виниленфторида марки Ф вЂ” 10, галогензамещенной эпоксидной смолой марки ЭХД и алифатического отвердителя марки АФ вЂ” 2.

В клеевые составы кроме 1 и 3 введено

50 об.% абразивного наполнителя.

Для всех образцов разнотолщинность клеевого слоя в среднем уменьшилась íà 60 o по сравнению с образцами, склеенными способомпрототипом, Соединения трубчатых образцов не содержат трат.

Измерения толщины клеевого слоя проводят на поперечных сколах клеевого соединения с помощью сканирующего электронного микро50 скопа марки М вЂ” 2.

Время на проведение операций по механической обработке склеиваемых поверхностей однородных материалов предлагаемым способом по сравнению со способом-прототипом уменьши55 лось примерно в 2 раза.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает повышение прочности клеевого .соединения на 20-70%, повышает производительность

Источники информации,. принчтые во внимание при экспертизе

l. Гальчинский Л. В. и Осмак. М. И. Сварка, склеивание и напыление пластмасс. Львовский ордена Ленина государственный университет им. И. Франко, Львов, 1968, с. 161-171

2. Авторское свидетельство СССР М 622831, кл. С 09 J 5/00, 08.01,76 (прототип).

Составитель B. Волгин

Техред А. Щепанская

Редактор Т. Девятко

Корректор Е. Папп

Тираж 725 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6229/24

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 763432 10 процесса склеивания полимеров друг с другом мера на поверхность материала с применением в 2 раза, экономит дорогостоящий инструмент механического воздействия на поверхность с для обработки поверхности твердых тел. . нанесенным клеем и соединения склеиваемых

При замене применяемого в настоящее время поверхностей, отличающийся тем, одного металлического зажима для соединения что, с целью повышения прочности клеевого труб иэ сшитого ПЭ экономический эффект на соединения, используют клей, включающий одно клеевое соединение составит 47 коп. абразивный наполнитель в количестве 8 — 70 об.%., Эта цифра учитывает толъко стоимость самого а механическое воздействие осуществляют пос. соединения и не учитывает экономию от новы- ле соединения склеиваемых поверхностей. щения пропускной способности трубопровода 10 из-за отсутствия в стыке труб грата.

При использовании в полном объеме цредлагаемого способа для соединения труб из сшитых полимеров экономический эффект может составить более 1 млн. руб. в год.

Формула изобретения

Способ склеивания полимерных материалов, включающий нанесение клея на основе поли