Klejenie tworzyw sztucznych: Znajdź odpowiednie rozwiązanie do swojego projektu

Części z tworzyw sztucznych są często mocowane za pomocą klejów np, aby zapobiec ich przemieszczaniu podczas dalszej obróbki. Kleje na bazie akrylanów szczególnie dobrze przylegają do wielu tworzyw sztucznych. Akrylany mają tę zaletę, że szybko się utwardzają jako kleje dwuskładnikowe a także jednoskładnikowe np. pod wpływem promieniowania UV lub wilgoci.

Tradycyjnie arkusze z tworzyw sztucznych są klejone na stykach czołowych lub z fazowanymi krawędziami. Klejenie dużych powierzchni arkuszy z tworzyw sztucznych można uzyskać za pomocą miękkich i elastycznych klejów. Wiele klejów jest dostępnych w wersji przezroczystej. Dlatego też spoina klejowa wydaje się być niewidoczna po zakończeniu klejenia, co znacznie poprawia estetykę wyrobu.

W przypadku tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknami klejenie jest często jedyną racjonalną metodą łączenia, ponieważ metody mechaniczne mogą miejscowo uszkodzić włókna i osłabić strukturę kompozytu. W połączeniu z innymi materiałami, kleje mogą dobrze kompensować różne współczynniki rozszerzalności. Jest to istotna właściwość, zwłaszcza przy budowie pojazdów. Uwaga: środki antyadhezyjne mogą być stosowane w produkcji elementów kompozytowych wzmocnionych włóknami. Należy je dokładnie usunąć przed klejeniem.

PE (polietylen) jest najszerzej stosowanym tworzywem termoplastycznym na świecie. PE służy do produkcji plastikowych torebek, skrzynek na piwo, opakowań, wiader, butelek, folii spożywczej i uszczelek. PE jest bezsmakowy, bezwonny i fizjologicznie nieszkodliwy oraz odporny na działanie kwasów, zasad, roztworów soli, tłuszczów i olejów. Folie są zazwyczaj wykonane z bardziej miękkiego wysokociśnieniowego polietylenu, podczas gdy np. zastawa stołowa jest wykonana z twardszego niskociśnieniowego polietylenu o zakresie temperatur topnienia od 125 do 130 °C.

Nazwy handlowe: Hostalen, Dyneema, Spectra itp.

PP (polipropylen) jest drugim najczęściej stosowanym tworzywem termoplastycznym, które jest wykorzystywane m.in. do produkcji opakowań na żywność, tekstyliów domowych, armatury i rurociągów, obudów technicznych, kasków i produktów medycznych. Ponad jedna trzecia włókien syntetycznych wykonana jest z PP. Polipropylen ma korzystniejsze właściwości niż polietylen, jest sztywniejszy i ma wyższy zakres temperatur topnienia, wynoszący około 165 °C. Daje to szerszy zakres zastosowań.

PCW (polichlorek winylu) to tworzywo sztuczne zawierające halogen, które jest stosowane do rur drenażowych, osłon kabli, węży, wykładzin podłogowych, profili okiennych itp. Rozróżnia się twarde i miękkie PCW. W celu uzyskania korzystnych właściwości użytkowych PVC, w przeciwieństwie do innych polimerów, wymaga dodania wielu dodatków, takich jak stabilizatory, smary, plastyfikatory i inne.

Nazwy handlowe: Hostalit, Vinnol, potocznie: np. sztuczna skóra

PA (poliamidy) są bardzo wytrzymałe i odporne na uderzenia. Posiadają wysoką odporność na ścieranie i zużycie. Doskonałe właściwości ślizgowe sprawiają, że są one preferowanym materiałem konstrukcyjnym w budowie maszyn i pojazdów do produkcji łożysk ślizgowych, kół zębatych, kołków, śrub i nakrętek lub obudów. Poliamidy są niewrażliwe na paliwa i smary w temperaturach do 150 °C. Duża część poliamidów jest przędziona jako włókna syntetyczne. Włókna te charakteryzują się wysoką wytrzymałością na rozciąganie i są wykorzystywane m.in. do produkcji tekstyliów, lin wspinaczkowych, spadochronów i linek.

Nazwy handlowe: Perlon, Nylon, Dralon itp.

PS (polistyren) jest produkowany głównie jako amorficzny materiał termoplastyczny. Ma niską absorpcję wilgoci, bardzo dobre właściwości elektryczne i może być dobrze przetwarzany. Wady to skłonność do pękania pod wpływem naprężenia, niska odporność termiczna, łatwopalność i wrażliwość na rozpuszczalniki organiczne. Jeśli podczas polimeryzacji polistyren jest spieniany dwutlenkiem węgla, powstaje styrodur. Obszary zastosowań to materiały do izolacji termicznej i obwodowej, izolacja akustyczna, opakowania, obudowy izolacyjne, okładki na płyty CD, izolacja kabli elektrycznych i materiał na przełączniki.

Nazwy handlowe: Styropor, Styroform i inne

PET (politereftalan etylenu) jest znany jako substytut szkła w butelkach na napoje, we włóknach wypełniających oraz jako włókna do produkcji odzieży. W elektrotechnice, folie PET są stosowane jako materiał nośny dla taśm magnetycznych. PET ma wysoką sztywność, twardość, odporność na ścieranie i jest odporny na rozcieńczone kwasy, oleje, tłuszcze i alkohole. Jest jednak wrażliwy na gorącą parę.

PMMA (polimetakrylan metylu) ma splecione łańcuchy polimerowe. Jest bardzo odporny na warunki atmosferyczne i może być stosowany jako zamiennik szkła. Z PMMA produkowane są soczewki optyczne i okularowe, szyby, lampy i części sanitarne. Jest niezastąpiony w stomatologii, gdzie wykorzystuje się go do produkcji protez. W tym celu tworzywo sztuczne jest barwione solami metali, aby uzyskać typowy różowy kolor. Zastosowania są różnorodne. Na przykład PMMA może być stosowany do produkcji betonu polimerowego, szyb, soczewek, włókien optycznych, wanien, osłon oświetleniowych i klejów.

Nazwy handlowe: szkło akrylowe, plexi,

ABS (Polimer akrylonitrylo-butadieno-styrenowy) jest obecnie tworzywem sztucznym codziennego użytku, które jest szeroko stosowane ze względu na twardość powierzchni, wysoką odporność na uderzenia i dobrą odporność na warunki atmosferyczne, starzenie i chemikalia: Na przykład do rur sanitarnych lub obudów urządzeń domowych i elektrycznych, jak również do zabawek, płyt i folii.

Nazwy handlowe: Cycolac, Novodur itp., potocznie np. styreny

SAN (kopolimer styrenowo-akrylonitrylowy) to przezroczysty kopolimer dwóch przezroczystych tworzyw sztucznych: Powstaje w wyniku kopolimeryzacji styrenu (ok. 70%) i monomerów akrylonitrylu SAN (ok. 30%). Ten wysokowydajny polimer termoplastyczny jest często stosowany jako materiał do szklarni lub szyb przemysłowych i kabin prysznicowych ze względu na jego odporność na warunki atmosferyczne, sztywność, wytrzymałość i odporność na zarysowania.

PTFE (politetrafluoroetylen) charakteryzuje się wysoką obojętnością chemiczną, wysoką stałą dielektryczną, trudnopalnością, odpornością termiczną do 260 °C, bardzo niskim współczynnikiem tarcia, właściwościami antyadhezyjnymi i wysoką odpornością na warunki atmosferyczne. Z technicznego punktu widzenia PTFE jest stosowany w łożyskach i uszczelnieniach w przemyśle lotniczym i maszynowym, w powłokach kabli w telekomunikacji, jako środek ochrony przeciwpożarowej w pojazdach i budynkach oraz do powlekania naczyń kuchennych.

Nazwy handlowe: Gore-Tex, Dyneon

POM (polioksymetylen) jest ceniony za wysoką odporność na uderzenia, wytrzymałość, twardość i sztywność. Ze względu na niski współczynnik tarcia, wysoką odporność na odkształcenia cieplne, doskonałe właściwości ślizgowe i ścierne w połączeniu z niskimi współczynnikami tarcia, tworzywo to jest często stosowane jako tworzywo konstrukcyjne - przede wszystkim do części precyzyjnych, takich jak koła zębate, wały, przekładnie przełączające itp. Wysoka sprężystość powrotna polioksymetylenu sprawia, że tworzywo to jest przydatne do zastosowań w zakresie połączeń zatrzaskowych.

Tworzywa POM są odporne na działanie rozcieńczonych zasad lub kwasów (pH > 4), jak również na działanie chlorowcowanych, aromatycznych i alifatycznych węglowodorów, olejów i alkoholi.

PC (poliwęglan) to poliester kwasu węglowego. Ten całkowicie przezroczysty, termoplastyczny materiał charakteryzuje się przede wszystkim właściwościami optycznymi zbliżonymi do szkła, ale jest lżejszy. Dlatego materiał ten jest często wykorzystywany do lekkich konstrukcji, takich jak dachy panoramiczne lub przezroczyste pokrycia budynków.

Powierzchnie wielu tworzyw sztucznych stanowią bardzo słabą bazę adhezyjną do klejenia, gdy nie są odpowiednio przygotowane. Stawia to wysokie wymagania wstępnej obróbce. Dlatego tworzywa sztuczne powinny być suche, wolne od kurzu i tłuszczu, a oprócz czyszczenia należy je również specjalnie aktywować w miejscu klejenia, aby uzyskać wystarczającą przyczepność. Przygotowane powierzchnie mogą być aktywne przez krótki czas, dlatego należy je natychmiast skleić lub zabezpieczyć tym stanie odpowiednim lakierem podkładowym. W przypadku większości procesów należy przestrzegać rozmaitych przepisów bezpieczeństwa, a podczas wstępnej obróbki tworzyw sztucznych należy także uważać, aby nie zostały uszkodzone przez środek czyszczący.

Czyszczenie i odtłuszczanie powierzchni tworzywa sztucznego z luźno przylegającego kurzu, oleju, smaru oraz środków oddzielających i procesowych za pomocą wody lub rozpuszczalników - nie zmienia to struktury powierzchni. Czyszczenie można przeprowadzać przez zanurzenie lub natryskiwanie. Odtłuszczanie odbywa się za pomocą rozpuszczalników organicznych lub poprzez wstępne suszenie w piecu.

Wstępna obróbka mechaniczna poprzez szczotkowanie, szlifowanie lub piaskowanie - zmienia chropowatość i wielkość powierzchni efektywnej dla wiązania. Równocześnie usuwane są luźno przylegające produkty reakcji, środki polerujące i poślizgowe oraz stabilizatory.

Chemiczna obróbka wstępna odbywa się poprzez wytrawianie substancjami kwasowymi lub zasadowymi. W procesie tym poprzez utlenianie lub fosforanowanie powstaje nowa strukturalna warstwa graniczna o znacznie większej polarności. Dzięki wstępnej obróbce chemicznej na mokro, np. z użyciem kwasu chromosiarkowego, można obrabiać elementy o dowolnej konstrukcji.

W fizycznych procesach obróbki powierzchniowej wykorzystuje się wysokoenergetyczne promieniowanie elektronowe, laserowe lub UV lub procesy termiczne, takie jak obróbka płomieniowa, plazma elektryczna lub procesy koronowe. Zmieniają powierzchnię chemicznie i fizycznie. Podczas obrabiania tworzyw sztucznych za pomocą ognia otwarty płomień jest prowadzony nad powierzchnią łączonej części w określonej odległości i z określoną prędkością. Płomień może być stosowany w sposób redukujący lub utleniający, w zależności od rodzaju tworzywa, które ma być poddane obróbce za pomocą płomienia. Dzięki temu powierzchnia elementu jest bardziej energiczna i łatwiejsza do łączenia. Poprzez dodanie substancji chemicznie reaktywnych można jeszcze bardziej wpłynąć na powierzchnię.

Aby zwiększyć energię powierzchniową, powierzchnie można również powlekać. Można to zrobić zarówno metalami, jak w przypadku galwanizacji, jak i z promotorami adhezji, takimi jak lakiery podkładowe lub aktywatory. Podobnie jak kleje, promotory adhezji są substancjami chemicznie reaktywnymi, dlatego też należy dokładnie przestrzegać instrukcji stosowania, takich jak czas przydatności do użycia itp. Promotory adhezji stosuje się w przypadkach, gdy wiązanie tylko klejem nie przyniosło wymaganych rezultatów.

Elementy z tworzyw sztucznych są często mocowane za pomocą klejów, aby zapobiec ich przemieszczaniu podczas dalszej obróbki. Kleje na bazie akrylanu w szczególności zazwyczaj bardzo dobrze przylegają do wielu tworzyw sztucznych. Mają one działanie wzmacniające i wspierające dla przenoszenia obciążeń i redukcji naprężeń. Kleje akrylowe, stosowane również do klejenia trwałego, charakteryzują się krótkim czasem utwardzania i wysoką wytrzymałością na wielu tworzywach sztucznych i elastomerach. Kleje te osiągają np. jako kleje dwuskładnikowe do tworzyw sztucznych, takich jak PC, PMMA, PVC itp. dobrą wytrzymałość na ścinanie i odrywanie, jak również dobrą udarność przy obciążeniach dynamicznych. Z serii 3M Scotch-Weld zostały opracowane także kleje akrylowe, które zapewniają dobre wyniki na trudnych do klejenia tworzywach sztucznych o niskiej energii powierzchniowej bez konieczności specjalnego przygotowania powierzchni lub stosowania lakieru podkładowego.

Szczególnie szybkie kleje utwardzane promieniami UV na bazie akrylanów są odpowiednie dla krótkich czasów procesu i tym samym dla masowej produkcji. Nawet w głębokich warstwach zapewnione jest optymalne utwardzenie. Warunkiem jest jednak, aby tworzywa sztuczne były przezroczyste i nie blokowały promieniowania UV. Obecnie, dostosowane fotoinicjatory i odpowiednie źródła promieniowania pozwalają nawet na utwardzanie tworzyw sztucznych blokujących tradycyjne długości fal promieniowania UV. W przypadku szczególnie grubych warstw kleju stosuje się również kleje dwuskładnikowe lub warstwy utwardzane są światłem o dłuższej fali (około 405 nm LED). W ten sposób można utwardzać nawet warstwy kleju o głębokości do kilku milimetrów.

Jeśli podczas klejenia występują podcięcia lub strefy cienia, często stosuje się systemy klejów o podwójnym utwardzaniu, które są utwardzane termicznie po naświetlaniu promieniami UV. Do podłoży nieprzezroczystych stosuje się kleje na bazie żywic epoksydowych, które mogą być utwardzane termicznie lub w temperaturze pokojowej. Dwuskładnikowe, wysokowydajne kleje strukturalne na bazie żywicy epoksydowej są stosowane np. w przemyśle samochodowym i lotniczym, gdzie osiągają wysoką wytrzymałość strukturalną w temperaturze pokojowej, nawet na powierzchniach niskoenergetycznych, takich jak tworzywa sztuczne.