Способ склеивания полимерных материалов

Способ склеивания полимерных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Реслубл ик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву— (22) Заявлено 111179 (21) 2840014/23-05 (51)М. Кл.

С 0,9 J 5/00 с присоединением заявки ¹â€”

1 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по дедам изобретений и открытий

Опубликовано 30.1081. Бюллетень N9 40 (53) УДК 678.029, .42(088.8) Дата опубликования описания 30,1081

Л. С. Генель, О. В. Гасюк, В.И. Муромцев, В. Л, Вакула, =—

М.Ô. Кайзер, С.E. Коренев и В.В. Галкина

) Щ т1 7- „

) 1 т)@ ИКЕй>, I!

РпГ НФЭВУ3: сР (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54 j СПОСОБ СКЛЕИВАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к технологии склеивания полимерных материалов и изделий из них, преимущественно к технологии склеивания трудносклеива" емых полимеров, таких как полиолефины, фторопласты, вулканизаты бутилкаучука, этиленпропиленового каучука и т.д.

Способ. может найти широкое применение в ряде отраслей народного хозяйства (химической, машиностроительной и др.), где требуется высокая прочность и надежность крепления полимерных материалов друг к другу или к другим материалам.

Известен способ склеивания полимерных материалов, согласно которому нанесение абразивсодержащего клея и совместное механическое воздействие на поверхность полимера и клеевой слой осуществляют после соединения склеиваемых поверхностей (1).

Однако применение данного способа обеспечивает получение клеевых соединений, прочность которых.в ряде случаев оказывается недостаточной,.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае-. мому результату является способ склеивания полимерных материалов, 2 включающий нанесение полимерного клея, соединение склеиваемых поверхностей и механическое воздействие на поверхность, осуществляемое при комнатной температуре одновременно или после нанесения клея f,2).

Однако и этот способ склеивания в ряде случаев не обеспечивает получения прочного клеевого соединения.

Пель изобретения — повышение прочности клеевого соединения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе склеивания полимерных материалов, включающем нане1з сение клея на основе полимера, механическое воздействие на поверхность полимерного материала с нанесенным на нее слоем клея, механическое воздействие осуществляют при температу20 ре стеклования склеиваемого полимера.

Повышение выхода макрорадикалов, что определяет .улучшение адгезионных свойств обрабатываемых предлагаемым способом полимерных материалов, .наблюдается при температурах стеклования аморфной прослойки (ПТФЭ, ПЭ и др.) замораживания сегментальной подвижности (ПС, ПВХ и др.) и движе30 .ния боковых групп (ПП, вулканиэаты

87бб95 некоторых каучуков и др. ), т.е. в общем, при температурах стеклования полимеров.

Экстремальный характер зависимости выхода микрорадикалов при механическом воздействии на полимер от температуры склеивания определяют с помощью метода ЭПР. Этим методом установлено, что для каждой пары клей-полимер существует своя оптимальная температурная область.

Способ осуществляют следующим образом.

Подготовленную к склеиванию поверхность с нанесением на нее слоем клея охлаждают до области температур стеклования аморфной прослойки 15 полимера, затем производят совместную механическую обработку поверх-. ности полимера и контактирующего с ним клея, соединяют склеиваемые поверхности, нагревают и производят отверждейие клеевого слоя.

Режимы механического воздействия и оборудование, на котором оно произ водится при склеивании полимерных материалов, аналогичны приведенным в известных способах.

Подготовка поверхности предусмат» ривает обычно очистку ее от загрязнений, например, путем обезжиривания растворителем.

° В качестве клеев используются полимеры или их раствбры в сочетании с другими веществами, в частности с наполнителями, отвердителями и т.д.

Применяемые клея имеют вязкость при температурах проведения операции 35 механического воздействия не более

20 0 С по ВЗ-4.

Соединение склеиваемых поверхнос« тей могут производить как до, так и после нагрева. Отверждение клеевого слоя производят по режимам, пре-. дусмотренным техническими условиями для предлагаемого клея.

Пример 1. Клей на основе эпоксидиановой смолы марки ЭД-20 и низкомолекулярного полиамида марки Л-20, взятых в соотношении 10:б, наносят на поверхность полиэтиленово го листа, затем полученную систему . охлаждают до -50 С, и при этой темо пературе осуществляют механическое воздействие одновременно на поверхность полимера и нанесенный на него слой клея. Механическое воздействие осуществляют с помощью ручной электрошлифовальной машины Электра. (давление прижима 0,3 кгс/см, время обработки 50 с). В качестве инструмента применяют бумагу марки 63C 16Н. После механической обработки склеиваемые поверхности сое- @) диняют и выдерживают при комнатной температуре под давлением 0,2 кгс/см в течение суток. Нагрев образцов до комнатной температуры производят после механической обработки как до так и после соединения склеиваемых поверхностей.

Пример 2. В полихлоропреновый клей вводят образивный наполнитель (например, порошок S1C) 30 вес.%, затем этот клей наносят на.торцовую поверхность отрезка полиэтиленовой трубы ДУЗ-2, закрепляют его в патроне токарного станка, устанавливают заданное число оборотов шпинделя, а второй склеиваемыйс ним отрезок трубы поджимают с помощью задней бабки к первому. Перед соединением склеиваемых поверхностей и во время механической обработки производят охлаждение склеиваемых поверхностей с помощью хладагента (например, паров о азота) до -80 С, контроль температуры производят термопарой или термометром сопротивлений.

В остальных приводимых ниже примерах технология получения образцов аналогична технологии получения образцов первых двух примеров.

Пример 3. Фторопластовую пластину охлаждают до температуры

-115 С и производят при этой температуре ее совместную механическую обработку с полиуретановым клеем (гидроксилсодержащая полиэфирная смола, отверждаемая изоционатами), растворенным в диэтиловом эфире.

Обработанную пластину нагревают до комнатной температуры, после чего . соединяют с металлической пластиной и отвержда т при 80 С под давлением

0,5 кгс/см в течение 8 ч.

Пример 4.. Подготовленные .к склеиванйю пластины на основе бутилкаучука и этиленпропиленового каучука охлаждают до -70 С с ранее нанесенным на них слоем полихлорпренового клея и проводят их совместную механическую обработку, после чего склеиваемые пластины соединяют, создают давление прижима 0,2 кгс/см нагревают до комнатной температуры и отверждают клей в течение суток.

Результаты испытаний образцов, полученных по технологии, описанной в примерах 1-4, приведены в табл.1.

В этой же таблице для сравнения приведены данные испытаний аналогичных образцов, полученных по известным способам.

Определение разрушающего напряжения при сдвиге клеевых соединений производят на разрывной машине марки ЕМ 250 при скорости движения нижнего зажима 100 мм/мин. Определение прочности клеевых соединений трубчатых образцов производят при тех же условиях с помощью специальных зажимов.

876695

Таблица 1

Сравнительная прочность клеевых соединений

Конструкция клеевого соединения (субстракт-клей-субстракт) Прочность клеевого соединения, кгс/см, по способам предлагаемый известный

ПЭНП - ЭДНПА - ПЭНП

34

43

ПЭНП - ЭДНПА — ПЭНП (трубчатые образцы) 26

Ф-4 - ПУ вЂ” СТ - 40

СКЭПТ - 88н - БК

24

- полиэтилен низкой плотности; — клей на основе эпоксидиановой смолы и нкзкомолекулярного полиамида; этиленпропиленовый каучук, тройной; бутилкаучук; фторопласт-4; полиуретановый клей на основе полиэфирной смолы и изоционата; — полихлоропреновый клей.

СКЭПТ

БК

Ф4

ПУ

88н

Пример 5. Выбор температурной области для механического воздействия иллюстрируется на примере полиэтилена.

Подготовленные к склеиванию пластинки полиэтилена с нанесенным на них слоем клея в виде раствора эпоксидиановой смолы марки ЭД-20 и низко- З5 молекулярного полиамида марки Л-20 обрабатывают с помощью .электрошлифовальной машинки Электра (наждачная бумага 63С 16Н) при различныхтемпературах, затем склеивают и опре- 40 деляют прочность склеек. Температуру механической обработки устанавливают с помощью криокамеры и фиксируют с помощью датчиков температуры.

С помощью стандартного ЭПР-спектро- 45 метра Рубин определяют концЕнтрацию парамагнитных центров в слое, деструктируемом с поверхности полимера, при механической обработкЕ.

Результаты исследований представлены в табл. 2.

Таблица 2"

Продолжение табл.2

0,92 — 50

-78

16

0,78

-100

-115

О., 56

Температура механической обработки, С г

Концентраци парамагнитных центров отн.ед.

Раз рушающее напряжение,( при сдвиге,. 55 кгс/см

В0

0,35, 60

0,65

0,7

0,83

25

"30

П р и м е ч а н и е: ПЭНП

ЭДНПА

1 2 J 3

Из табл. 2 видно, что для ПЭ эк-. стремальные значения прочности наблюдаются при проведении:механохимической обработки поверхности полимера в области температур (-50)(-80) С (для промышленного полиэтилена марки 102).

Аналогичным образом проведенные эксперименты для других полимеров показывают, что концентрация парамагнитных центров и прочность клеевого соединения достигают максимальных значений в области температур: для ПП 20 С, для СКЭПТ (-50)-(-70) .С, для Ф-4, (-80) —. (-115 C) .

Полученные значения экстремальных температур областей хорошо согла.суются со значениями температур стеклования амбрфной прослойки крис1 таллических полимеров и замораживанием сегменталънрй подвижности для аморфных полимеров.

Применение предлагаемого способа склеивания обеспечивает повышение прочности клеевого соединения на

18-1123.

876695

Формула изобретения

Составитель В. Балгин

Редактор Н. Безродная Техред Т.Маточка. Корректор М. Коста

Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская,наб., д; 4/5

Заказ 9500/31 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ склеивания полимерных материалов, включающий нанесение клея на основе полимера, механическое воздействие на поверхность полимерного материала с нанесенным на нее слоем клея, соединение склеиваемых поверх .ностей до или после механического воздействия, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности клеевого соединения, механическое воздействие осуществляют при температуре стеклования скпеиваемого полимера.

Источники информации, принятые,во внимание при экспертизе

1. Лебедева P.A. и др. Напыление, сварка, склеивание. Л., Химия ", 1973; с. 82 °

2. Авторское свидетельство СССР

9 622831, кл. С 09 У 5/00, 1976 (прототип).