зуются два типа клеевого соединения — с помощью сольвен-

тов (растворителей) и клеев. Нередко используется также

цемент — вязкий раствор основного вещества (например,

метилметакрилата), растворённого в сольвенте, занимаю-

щий как бы промежуточное положение между клеем и

сольвентом, но всё же по механизму сцепления и свойствам

он относится к сольвентному типу соединения. Иногда соль-

вентную склейку приписывают к бесклеевым способам сое-

динения, но, по сути, в качестве клея выступает растворён-

ный пластик в месте контакта. Существуют другие способы

бесклеевого соединения термопластиков — термосварка,

ультразвуковая сварка, СВЧ сварка, сварка с помощью

лазерного излучения и др. Эти способы в действительности

относятся к соединениям термопластиков с помощью разо-

грева или расплава основного вещества полимера.

Сольвентная склейка — это соединение, выполненное с

помощью сольвента (растворителя), покрывающего площадь

контакта между двумя поверхностями. Воздействие раство-

рителя приводит к размягчению вещества на поверхности с

освобождением молекулярных цепочек полимера (деполи-

меризация). При контакте двух поверхностей соединяемых

деталей образуется новая молекулярная связь, повторная

полимеризация (реполимеризация). По мере испарения

сольвента количество таких связей увеличивается, и проч-

ность сцепления возрастает. В результате может достигаться

прочность, сравнимая с прочностью твёрдого материала

пластика, так как образуется плавный переход полимера от

одной части к другой.

Сольвенты, такие как метиленхлорид, толуол, тетраги-

дрофуран, метилэтилкетон (н-бутанон), хлороформ, цикло-

гексанон, а также их смеси могут в той или иной степени

подходить для склейки акрила, а также других термопласти-

ков. Циклогексанон, например, подходит для соединения

гибких ПВХ труб к полимерам на акриловой основе.

Переходный слой в соединяемых частях отличается по

морфологии от основного вещества пластика — меньшая

длина молекулярной цепочки при реполимеризации, кросс-

полимеризация, стимулированная действием растворителя.

Такому соединению нередко сопутствует усадка, механи-

ческая напряжённость, повышенная жёсткость, меньшая

стойкость к термоциклированию, ускоренное старение и

способствование растрескиванию жёстких пластиков. Но

имеется ряд достоинств — высокая прочность соединения,

сравнимая с прочностью пластика, быстрое время отвер-

ждения, возможность склейки разнородных материалов,

меньшая стоимость по сравнению с клеями. Реакционно-

способные растворители позволяют существенно улучшить

качество склейки, устраняют ряд недостатков — можно

получить беспузырьковый шов, улучшить ударовязкость,

стойкость к растрескиванию и естественному старению.

В настоящее время интенсивно разрабатываются термо- и

фотостимулированные, реакционно-способные растворите-

ли, имеющие значительное превосходство в высокоавтома-

тизированных производствах.

Клеевое соединение отличается от сольвентного тем,

что клей образует прослойку между двумя поверхностями

и имеется три перехода: 1 — граница раздела — пластик и

клеевой слой; 2 — слой клея и 3 — вторая граница раздела

— клей и второй пластик. Общая прочность такого тройного

сцепления зависит от величины трёх следующих одна за

другой сил взаимодействия. Общая сила не является суммой

трёх составляющих. Если обозначить каждую из действую-

щих сил переходов F1, F2, F3, то в общем случае эту силу

можно оценить таким выражением:

Если предположить, что все три силы одинаковы F= F1=

F2= F3, то получим

Из этого видно, что прочность клеевого соединения всег-

да меньше прочности сольвентного соединения, при кото-

ром имеется только одна граница раздела, и то этот переход

не узкий, а плавно переходящий от одной части к другой.

Заметим, что это только теоретическое положение и не всег-

да в точности воспроизводится на практике. Имеется ряд

факторов, которые существенным образом могут изменять

условия на границе раздела или химическое протекание

реакции полимеризации и, таким образом, иметь воздей-

ствие на силу сцепления соединяемых деталей из пластиков.

Естественно, что такие моменты как грязная поверхность,

ненормальные или слишком специфические условия при-

менения также влияют на прочность соединения при соль-

вентной склейке. К особенностям применения сольвентной

склейки относятся условия окружающей среды — темпера-

тура не ниже 18°C и влажность не выше 80%.

Как производится склейка?

Для склейки требуется достаточно точно подогнать кон-

тактные поверхности одной части к другой методом шли-

фовки/полировки. Чаще всего этим способом склеиваются

детали с плоской поверхностью соединения. Склеиваемые

поверхности очищаются от пыли, жира, масла и прочих

загрязнений. Далее наносится сольвент, например, метилен-

хлорид, на одну или на обе контактные поверхности деталей.

Смачивание сольвентом производится с помощью налива из

дозирующей ёмкости или пипеткой, капиллярным введени-

ем с помощью шприца в зазор между склеиваемыми частями

и смачиванием поверхностей методом погружения, а также

контактным смачиванием с помощью впитывающей ткани.

После нанесения выдерживается некоторое время, чтобы

сольвент растворил пластик. Контактное время воздействия

сольвента на пластик подбирается экспериментально. Затем

одна деталь плотно прижимается к другой и фиксируется в

неподвижном состоянии на некоторое время.

Например, для акрила преимущественный способ состо-

ит во введении сольвента (например, диметилхлорида)

капиллярным способом, когда детали размещены в нужном

положении и закреплены, а растворитель вводится через

медицинскую иглу в щель. За счёт капиллярного эффекта

сольвент заполняет зазор между контактирующими дета-

лями.

Иногда создают небольшой клин между поверхностя-

ми, вводя тонкую проволочку 0,1–0,3 мм, чтобы создать

небольшой зазор, в который вводится больше растворителя.

Этот способ применяют для грубо шлифованных или неров-

ных поверхностей, чтобы увеличить глубину растворённого

слоя. После введения сольвента и выдержки 10–30 сек

проволока удаляется. Когда сольвент произвёл растворение

поверхностного слоя пластика, прикладывается однородное

давление на детали. Сдавливание должно быть достаточным,

чтобы размягчённый пластик заполнил все неровности на

контактной поверхности. Следует избегать большого дав-

ления в прилегающих к контактной поверхности частях

пластика. Давление обычно находится в диапазоне от 50 до

100 г/кв. см. Меньше чем через 5 минут части будут прочно

склеены. Их можно переносить, производить аппликацию

самоклеящимися плёнками и несложную механическую

обработку. Нельзя сразу подвергать сильным напряжениям

на изгиб или, тем более, нагреву. Полное отверждение про-

исходит за несколько часов. Иногда для ускорения процесса

отверждения рекомендуется производить сушку при повы-

шенной температуре до +60°C (в большинстве случаев,

и особенно при соединении для разнородных пластиков,

достаточно 50°C).

Факторы, влияющие на качество склейки

Разберём основные факторы, влияющие на склеивание

акрила с помощью сольвента. Сольвентная склейка также

широко используется для других пластиков, и приведённые

ниже рекомендации будут весьма полезны для производи-

телей, работающих с различными полимерными материа-

лами.

1. Ключевым моментом в рассмотрении сольвента как

посредника для образования соединения является скорость

высыхания (испарения, улетучивания) сольвента. При высо-

кой скорости высыхания по кромке склеиваемой площади

образуется отверждённый слой полимера, непроницаемый

для проникновения сольвента из середины. Поэтому из

средней части склеиваемой поверхности сольвент не будет

уходить или, по крайней мере, его миграция на перифе-

рию будет слишком продолжительна. При попытке разо-

грева пары сольвента образуют пузырьки. Отсюда вывод:

для склейки деталей с большой контактной поверхностью

ничена мелкоразмерными деталями или деталями с узкими

полосками контактного соединения.

Способ сольвентной склейки довольно прост в испол-

нении, но иногда встречаются определённые трудности.

Следование простым рекомендациям поможет в большин-

стве случаев избежать их и производить бездефектные

соединения пластиков.

Решение 1. Для увеличения времени испарения соль-

вента на основе метиленхлорида (диметилхлорида) можно

добавить уксусную ледяную кислоту (3%).

Решение 2. Для устранения быстрого высыхания — огра-

ничить площадь испаряемой поверхности. Есть два спосо-

ба. Первый состоит в том, чтобы сначала соединить части

вместе, зафиксировать их в требуемом положении, а затем

из шприца заполнить растворителем полость между ними.

За счёт капиллярного проникновения сольвент заполнит

полость между деталями, растворит полимер на границе

раздела и детали, при последующем сдавливании, склеятся

друг с другом.

Решение 3. Второй способ состоит в том, чтобы пропитать

сольвентом кусок безворсистой ткани в виде ленты. С одной

стороны ленты имеется паронепроницаемое покрытие, либо

ткань просто лежит на невпитывающей ровной плоскости,

например, на стекле или металле. Привести обе поверхно-

сти склеиваемых деталей в контакт с лентой, пропитанной

сольвентом, и выдержать определённое время (в зависимо-

сти от типа сольвента). Этот способ хорош, если сольвент

очень быстро испаряется и не успевает растворить пластик.

К такому, например, относится метилэтилкетон при склейке

акрила. После растворения пластика детали соединить вме-

сте и зафиксировать неподвижно в таком положении. Время

смачивания и фиксации для каждого сольвента различно и

его рекомендуется подбирать экспериментально.

Решение 4. Используйте специально подобранную смесь

Altuglas SPC для склейки акрила и других пластиков — САН,

полистирола, АБС, поликарбоната и др.

Решение 1. Для того чтобы выровнять плоские поверх-

ности деталей, необходимо произвести шлифовку абразив-

ным порошком и затем полировочной пастой, например,

ALTUGLAS POLISH 1 на плоском куске стекла или металла.

Решение 2. Окунуть края деталей в сольвент, выдер-

жать определённое время (подбирается экспериментально),

чтобы глубина размягчения полимера была больше. После

чего соединить детали вместе и сильно сжать. В этом слу-

чае избыток размягчённого пластика выдавится наружу, за

пределы контактной области, затем его можно убрать шли-

фовкой и в случае необходимости отполировать. Этот спо-

соб не очень хорош для больших деталей из-за значительных

напряжений, возникающих в отверждённом слое пластика.

Решение 3. Применить вместо сольвента более вязкий

цемент — растворённый полимер в сольвенте (ALTUGLAS

S2000E) или клей на акриловой основе (ALTUGLAS P10).

Решение 1. Сразу вытереть сольвент с поверхности впи-

тывающей салфеткой.

Решение 2. Устранить эти дефекты после высыхания

соединения с помощью полировки, например, пастой

ALTUGLAS POLISH 2.

Решение 3. Края деталей, которые не должны подвер-

гаться воздействию сольвента, можно защитить, оставив

защитную плёнку на поверхности, заламинировав плёнкой

или наклеив широкий скотч.

Замечание. Обычно для сольвента используются сильные

органические растворители и, конечно же, клеевой слой

скотча не сможет долго противостоять действию сольвен-

та. Поэтому хороший результат получается только в слу-

чае кратковременного взаимодействия сольвента с такой

защитной плёнкой.

Решение 1. Вращение или возвратно-поступательное

движение деталей относительно друг друга при медленном

сдавливании позволяет вытеснить пузырьки захваченного

воздуха. В серийном производстве используется соедине-

ние деталей с образованием небольшого клина и посте-

пенное смыкание краёв при одновременном возвратно-

поступательном движении.

Решение 2. При высоких требованиях к прозрачности

соединения детали после воздействия сольвента и размягче-

ния поверхностного слоя пластика помещают в вакуумную

камеру. После откачки воздуха соединяют вместе и сдавли-

вают. Для ускорения отверждения включают прогрев.

Продолжение следует.

О том, как влияет на качество сольвентного соединения

влага в самом пластике и растворителе, а также наличие

внутреннего напряжения в пластике, будет рассказано в

следующем номере журнала.