Способ склеивания полимерных материалов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик1876695 АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС ополнительное к авт, свид-ву(51)М. Кл 2) Заявлен 1179 (21) 2840014/23-05 С 09 Ю 5/ с присоединением заявки йо сударственный комите ССС Р ио аевяам изобретений и открытийДата кования описания 30,10 О.В, Гасюк, В.И. Муромцев, С.Е, Коренев и В,В. Галк(54) СПО ЕИВАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ включающий нанесение полимерного клея, соединение склеиваемых поверхностей и механическое воздействие на поверхность, осуществляемое при комнатной температуре одновременно или после нанесения клея (2.Однако и этот способ склеивания в ряде случаев не обеспечивает получения прочного клеевого соединения.Цедь изобретения - повышение прочности клеевого соединения.Поставленная цель достигается тем, что в способе склеивания полимерных материалов, включающем нанесение клея на основе полимера, механическое воздействие на поверхность полимерного материала с нанесенным на нее слоем клея, механическое воздействие осуществляют при температуре стеклования склеиваемого полиме 5 ра.Повышение выхода макрорадикалов,что определяет .улучшение адгезионных свойств обрабатываемых предлагаемым 25 способом полимерных материалов,.наблюдается при температурах стеклования аморФной прослойки (ПТФЭ, ПЭ и др.) замораживания сегментальной подвижности (ПС, ПВХ и др.) и движе ния боковых групп (ПП, вулканиэаты 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,фЛ. Вакула,Яур "9 л Щ тй"н;1 ф ИКР)Рщ РР) чф енекоторых каучуков и др. ), т.е. вобщем, при температурах стеклованияполимеров.Экстремальный характер зависимости выхода микрорадикалов при механическом воздействии на полимер оттемпературы склеивания определяютс помощью метода ЭПР. Этим методомустановлено, что для каждой парыклей-полимер существует свояоптимальная температурная область.Способ осуществляют следующимобразом.Подготовленную к склеиванию поверхность с нанесением на нее слоемклея охлаждают до области температур стеклования аморфной прослойки 15полимера, затем производят совместную механическую обработку поверх-.ности полимера и контактирующего сним клея, соединяют склеиваемые поверхности, нагревают и производятотверждейие клеевого слоя.Режимы механического воздействияи оборудование, на котором оно производится при склеивании полимерныхматериалов, аналогичны приведеннымв известных способах.Подготовка поверхности предусматривает обычно очистку ее от загрязнений, например, путем обезжириваниярастворителем.В качестве клеев используются полимеры или их раствбры в сочетаниис другими веществами, в частностис наполнителями, отвердителями и т.д.Применяемые клея имеют вязкостьпри температурах проведения операции 35механического воздействия не более200 С по ВЗ.Соединение склеиваемых поверхностей могут производить как до, таки после нагрева. Отверждение клее Ового слоя производят по режимам, пре-,дусмотренным техническими условиямидля предлагаемого клея.П р и м е р 1. Клей на основеэпоксидиановой смолы марки ЭДинизкомолекулярного полиамида маркиЛ, взятых в соотношении 10:б,наносят на поверхность полиэтиленового листа, затем полученную системуохлаждают до -50 С, и при этой темопературе осуществляют механическоевоздействие одновременно на поверхность полимера и нанесенный нанего слой клея. Механическое воздействие осуществляют с помощью ручнойэлектрошлифовальной машины Элекра. (давление прижима 0,3 кгс/см ,время обработки 50 с). В качествеинструмента применяют бумагу марки63 С 16 Н. После механической обработки склеиваемые поверхности сое- щдиняют и выдерживают при комнатнойтемпературе под давлением 0,2 кгс/смв течение суток. Нагрев образцовдо комнатной температуры производят после механической обработки как до,так и после соединения склеиваемыхповерхностей.П р и м е р 2, В полихлоропреновый клей вводят образивный наполнитель (например, порошок 81 С) 30 вес.%,затем этот клей наносят на-торцовуюповерхность отрезка полиэтиленовойтрубы ДУ 3-2, закрепляют его в патроне токарного станка, устанавливаютзаданное число оборотов шпинделя, авторой склеиваемыйс ним отрезок трубыподжимают с помощью задней бабки кпервому. Перед соединением склеиваемых поверхностей и во время механической обработки производят охлаждение склеиваемых поверхностей с помощью хладагента (например, паровоазота) до -80 С, контроль температуры производят термопарой или термометром сопротивлений.В остальных приводимых ниже примерах технология получения образцованалогична технологии получения образцов первых двух примеров.П р и м е р 3. Фторопластовуюпластину охлаждают до температуры-115 фС и производят при этой температуре ее совместную механическуюобработку с полиуретановым клеем(гидроксилсодержащая полиэфирнаясмола, отверждаемая изоционатами),растворенным в диэтиловом эфире.Обработанную пластину нагревают докомнатной температуры, после чего осоединяют с металлической пластинойи отверждат при 80 С под давлением0,5 кгс/см в течение 8 ч,П р и м е р 4 Подготовленные.к склеиванйю пластины на основе бутилкаучука и этиленпропиленовогокаучука охлаждают до -70 С с ранеенанесенным на них слоем полихлорпренового клея и проводят их совместную механическую обработку, послечего склеиваемые пластины соединяют,создают давление прижима 0,2 кгс/смнагревают до комнатной температурыи 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.Определеийе разрушающего напряжения при сдвиге клеевых соединений производят на разрывной машине марки ЕМ250 при скорости движения нижнего зажима 100 мм/мин. Опреде" ление 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 28 34 31 43 ПЭНП - ЭДНПА - ПЭНП (трубчатые образцы) 26 55 Ф- Пу - СТ - 40 СКЭПТ - 88 н - БК 24- полиэтилен низкой плотности;- клей на основе эпоксидиановойсмолы и нкзкомолекулярногополиамидаэтиленпропиленовый каучук,тройной;бутилкаучук;фторопласт;полиуретановый клей на основеполиэфирной смолы и изоционата 1- полихлоропреновый клей. СКЭПТ БК Ф 4 ПУ 88 н П р и м е р 5. Выбор температурной области для механическоговоздействия иллюстрируется на примере полиэтилена,Подготовленные к склеиванию пластинки полиэтилена с нанесенным наних слоем клея в виде раствора эпоксидиановой смолы марки ЭДи низко- З 5молекулярного полиамида марки Л"20обрабатывают с помощью .электрошлифовальной машинки Электра (наждачная бумага 63 С 16 Н) при различныхтемпературах, затем склеивают и определяют прочность склеек. Температуру механической обработки устанавливают с помощью криокамеры и фиксируют с помощью датчиков температуры.С помощью стандартного ЭПР спектрО 45метра Рубин определяют концЕнтрацию парамагнитных центров в слое,деструктируемом с поверхности полимера, при механической обработкЕ.Результаты исследований представленыв табл. 2.Таблица 2 " Продолжениетабл.2 23 34 0,92- 50-100 -115 О., 56 Температура механической обработки, Сг1 Концентраци парамагнитных центров отн.ед. Раз рушающеенапряжение,(при сдвигеф. 55кгс/см ф ю16 60 0,35"30 П р и м е ч а н и е: ПЭНПЭДНПА Из табл. 2 видно, что для ПЭ экстремальные 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 пара- магнитных центров и прочность клеевого соединения достигают максимальных значений в области температур: для ПП 20 С, для СКЭПТ (-50)-(-70) С, для Ф, (-80 - . (-115 С) .Полученные значения экстремальных температур областей хорошо согла.- суются со значениями температур. стеклования амбрфной прослойки крис 1 таллических полимеров и замораживанием сегменталънрй подвижности для аморфных полимеров. Применение предлагаемого способасклеивания обеспечивает повышениепрочности клеевого соединения на18-112.876695 Формула изобретения Составитель В. БалгинРедактор Н. Безродная Техред Т.Матрчка, Корректор М, Коста Тираж 687 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская,наб., д. 4/5Заказ 9500/31 филиал ППП 1 фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 еСпособ 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения прочности клеевого соединения, механи-10 ческое воздействие осуществляют притемпературе стеклования скпеиваемогополимера. Источники информации,принятые,во внимание при экспертизе1. Лебедева Р.А, и др. Напыление,сварка, склеивание. Л., фХимняф,1973 с. 82.2. Авторское свидетельство СССР9 622831, кл. С 09 У 5/00, 1976 (прототип).