Способ склеивания полимерных материалов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнхСоциалистическихРеспублнк763432 ела делам кзвбретвнкй и вткрыткй(72) Авторы изобретения Московский ордена Ленина н ордена Трудового Красного Знаменихимико-технологический институт им. Д, И, Менделееваи Научно-производственное объединение "Пластик"(71) Заявители КЛЕИВАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛ 4) СПОС ванин едующи шие вну коло шо ции сразу жето не цозвооте брак.дусмотреть, что приводит хни достигаемому результату леивания полимерных матривающий нанесение клея а, механическое воздействие хность полимера и клейсклеиваемых поверхнос. совместно на по и затем соединен тей 2 . 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 (хими. ческой, нефтяной, газовой, машиностроительной и других), где требуется простая и эффективная технология крепления изделий из полимер.10 ных материалов друг к другу или к изделиям из других материалов, например, при монтаже полимерных трубопроводов.Известный способ сваривания полимерных изделий трением, который заключается в сое. динении свариваемых изделий, вращением одного изделия относительно другого при посто. янном поджнме изделий друг к друту и доведения трущихся поверхностей до оплавления. Известны разновидности сварки трением, в которых свариваемые поверхности сплавляются за счет вибрационного воздействия 11.Однако сварка трением не применима для соединения разнородных материалов и для сварки не сплавляющихся при нагрелимеров. Сварке трением присущи слнедостатки: образование грата, больренине напряжения в шовной илн оной зоне, неразъемность конструкпосле охлаждения сварной зоны, чляет исправлять допущенный в рабДля оборудованця необходимо превозможность его резкой остановкик его быстрому износу,Наиболее близким к изобретению ической сущности иявляется способ сктериалов, предусмана основе полимер(Однако при этом способе активация клеевого слоя происходит,в ряде случаев недостаточ. но эффективно, что сказывается на прочности клеевого соединения. Кроме того, он предусма ривает раздельную механическую обработку инструментом каждой из склеиваемых поверх763432 3носгей. Это приводит к снижению производительности процесса склеивания н расходованиюдорогостоящего инструмента.Целью изобретения является повышение проч.ности клеевого соединения.Укаэанная цель доститастся тем, что в из.вестном способе, включающем операции нанесения клея на основе полимера на поверхностиматериала, механического воздействия на нихи соединения склеиваемых поверхностей, всостав клея вводят абразивный наполнительи механическое воздействие осуществляютпосле соединения склеиваемых поверхностей.Абразивный наполнитсль вводят в количестве8 - 70 об,%. В качсстве абразивного наполнителяприменяют различныс порошкообразные материалы, имеющие твердость и форму частичек,обеспечивающую им возможность разрушатьповерхность склеиваемого полимера. Размерычастнчек абразива 0,01 - 0,5 мм.Хорошие результаты дают следующие абразивные наполнители: двуокись кремния, карбид кремния, корунд и др.Механические воздействия производят путемподжима и перемещения друг относительно друга склеиваемых поверхностей.Практически наиболее удобно это перемещение склснваемых поверхностей друг относительно друга осуществлять с помощью вращенияили вибрации одного из склеиваемых изделий.После прекращения механического воздействиясоединенную систему выдерживают до отверждения 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 первоначзльно нанесенного отсутствием абразивного наполнителя, составом или особы. ми свойствами, например электропроводностью.При склеивании двух изделий, перемещение которых друг относительно друга по каким. либо 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 - усеченный конус. Склеиваемые торцы обмазываются клеем с абразивньгм наполнитслсм, за. тем вся система соосно поджимается и введен. ный элемент приводится во вращательное движение. 4Перемещение пол язвлением склснвземыхповерхностей привгчщт к гому, что абразив,находящийся в клеевом слое, разрушает поверхность полимерного изделия, При этом нз поверхности генерируются свободные мзкрорздикзлы,способные химически взаимодействовать с компонентами клея. Эти положение подтвержденометодами ЭПР и ИК.спсктроскогзми.В отличие от способа. прототипа клей с абра.10 зивным наполнителем при механическом воздействии активируется более эффективно,чем без нзлолнителя, что н обсслечнвает большую прочность клеевому соединению, выпол.нснному дзнным способом. Высокое качествоклеевого соединения, полученного предлагаемым способом, постигается также и тем, чтолри перемещении под давлением поверхнос.тей друг относительно друга с абразивным. материалом между ними происходит нх взаимная пришлнфовка, В результате обеспечиваетсяхорошее совладение геометрических профилейсклеиваемых поверхностей, устраняется разнотолщинносгь клеевого слоя, что приводит куменьшению внутренних и более равномерномураспределению в клеевом соединении внешнихнапряжений, и, как следствие - к повышениюпрочности и долговечности клеевого соединения,Все операции по склеиванию проводятся притемпературах ниже температуры размягченияполимера, поэтому полимер сохраняет исходную структуру, а в зоне соединения отсутствуетграт.Очевидно, что одновременная обработкадвух склеиваемых поверхностей в одной опе.рации выгодно отличает предлагаемый способот способа. прототипа по производительностипроцесса склеивания и по энергозатратам.В отличие от способа-прототипа для предлагаемого способа не требуется применения какого. либо специального инструмента для воз 1действия на поверхность полимера, таким инструментом служит абразив, введенный в клей.Для выбранных материалов клеевого соединения существуют оптимальные режимы меха нического воздействия. Например, при склеивании политетрафторэтилена (Ф - 4) эпоксиднымклеем холодного отверждения со стзлью линейная скорость перемещения составляет 0,3 -40 м/с, а удельное давление прижима 0,06 -1,0 кгс/смз; для системы радиационномодифицированного полиэтилена низкой плотности(РМПЭНП) - эпоксидный клей - РМПЭНПлинейная скорость перемещения составляет0,01 - 5 м/с,. удельное давление 0,2 - 3,0 кгс/см .Режим указан для процессов, проводящихся 55при нормзльных внешних условиях.П р и м е р 1, Эксперименты проводят натокарном станке, Образцы изготавливают ввиде отрезков труб Ду 32, с внутренней и на.50 34 К К 63 43 48 38 7 ПЭВП-ПУ-ПЭВП К К 33 27 8 ПЭВПН-ПЭВП КеА 28 21 К К 5 76343ружной фаской под утлом 30 на всю толщинустенки трубы. Один отрезок трубы закрепляютнеподвижно на задней бабке, а второй образец зажимают кулачками патрона станка, На.носят клей на одну из склеиваемых поверх.ностей, обычно на внутреннюю фаску, На то.карпом станке устанавливают заданное числооборотов шпинделя и образцы с помощьюзадней бабки поджимают друг к другу. Послетакой механической обработки (в течение30 с) проводят отверждение клея, Для клеев,содержащих растворитель, например наиритовый, после механической обработки образцыразъединяют, высушивают клеевой слой доудаления растворителя, наносят второй слойклея, высушивают его до отлила, после чегосоединяют склеиваемые поверхности и под по.стоянным давлением отверждают клей,Во всех случаях после совместной механи.ческой обработки первого слоя клея и склеиПЭНП - ЭДНАПА - ПЭНП,в клей введено 50% абразивногонаполнителя ПЭНП - ЭДНМПА - ПЭНП,в клей введено 7% абразивногонаполнителяПЭНП - ЭДНПА - ПЭНП,в клей введено 70% абразивногонаполнителя 5. ПЗНП - ЭДНПА-алюминий 6 ПЭНП-ЭДНПА-ПЭВП 9 РМПЭНП-ЭДНПА-РМ П ЗНП 10 РМПЭВП - ЭДНПА - РМПЭВП 16ваемых поверхностей количество наносимыхслоев клея и режимы отверждения определяются техническими условиями на выбранный клей.Скорость относительного перемещения склеиваемых поверхностей определяют как произведение периметра трубы и числа оборотовшпинделя станка в минуту. Давление прижимаопределяют по показаниям динамометра, Удельное давление прижима рассчитывают путемделения давления прижима на плошадь контакта склеиваемых образцов,Для склеивания полимеров между собойи с другими материалами применяют различ.ные клеевые составы холодного и горячегоотверждения на основе эпоксидных, полиурета.новых, наиритовых и других материалов,Перед применением клеев в их состав вводятабразивный наполнитель,Результаты испытаний представлены в таб.лице.763432 Г 1 родолжение таблицы 11 ПП - ЭДНПА - ПП К А 67 52 32 24 А А 12 ПВХ-ЭДНПА-ПВХ 13 Ф-ЭДНПА - ФА А 40 26 149 К А 14 Ф - 4-ЛФЭ - 26 х - ФА (клей.медь) 17 11 15 Ф- ЛФЭ - 26 х - медь А (клей-медь) П р и м е ч а н и е: Фц,цгог разрушающее напряжение прн сдвиге. ПППВХЭДНПА 30 В таблице также приводятся данные испытаний на сдвиг при растяжении образцов клеевыхсоединений, вырезанных из склеенных отрезковтруб, Для сравнения приведенные данные испытаний отрезков труб, склеиваемых известнымспособом, по которому склеиваемые торцыотрезков труб после нанесения на них клеяобрабатывают наждачной бумагой, а затем сое.диняют и выдерживают при условиях, аналогичных применяемым для предлагаемого способа,Испытания проводят на разрывной машине2 М - 250 при скорости движения нижнего зажима 100 мм/мин,П р и м е р 2, Проводят испытания насдвиг при растяжении клеевых соединений поли.меров с металлом, полученных путем возвратно-поступательного перемещения под давлениемполимерного образца, относительно металлического. На контактирующие поверхности предварительно наносят клеевой состав с абразивным наполнителем. Режимы механического воз.действи аналогичны указанным. Указанные для,сравнения в заменателе данные получены дляобразцов, юготовленньх путем совместноимеханической обработки полимерной поверхности и клеевого слоя наждачной бумагой,согласно ювестному способу.Буквой "А" в таблице обозначено видимоеадгезионное разрушение (в скобках указанаграница раздела, по которой разрушились образцы), буквой К" - когезионное, происхо.дящее по слою клея.ПЭНП - полиэтилен нюкой плотности;РМПЭНП - радиационно модифицированныйполиэтилен низкой плотности;ПЭВП - полиэтилен высокой плотности;- полипропилен;- поливинилхлорид;- клей на основе зпоксидиановойсмолы и низкомолярногопол иамида;ПУ - клей на основе полиэфирнойсмолы и изоционата;- полихлоропреновый клей промышленной марки;ЛФЭ -26 - марка лака, выпускаемая про.мышленностью на основе сопо.лнмера гексафторпропилена ивиниленфторида марки Ф - 10,галогензамещенной эпоксиднойсмолой марки ЭХД и алифатического отвердителя марки АФ - 2.В клеевые составы кроме 1 и 3 введено4050 об,% абразивного наполнителя,Для всех образцов разнотолщинность клеевого слоя в среднем уменьшилась на 60% посравнению с образцами, склеенными способом 45 прототипомСоединения трубчатых образцов не содержаттрат.Измерения толщины клеевого слоя проводятна поперечных сколах клеевого соединенияс номошью сканирующего электронного микро.50скопа марки М - 2.Время на проведение операций по механической обработке склеиваемых поверхностейоднородных материалов предлагаемым способомпо сравнению со способом-прототипом уменьши.55лось примерно в 2 раза,Таким образом, предлагаемый способ обеспе.чивает повышение прочности клеевого .соединения на 20-70%, повышает производительностьИсточники информации,.принятые во внимание при экспертизе1, Гальчинский Л. В, и Осмак. М. И, Сварка,склеивание и напыление пластмасс. Львовскийордена Ленина государственный университетим. И, Франко Львов, 1968, с. 161.1712. Авторское свидетельство СССР Мф 622831,кл. С 09 1 5/00, 08,01,76 (прототип). Составитель В. Болгин Техред А. Щепанская Редактор Т. Девятко Корректор Е. Папп Тираж 725 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д, 4/5Заказ 6229/24 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 9 763432 10процесса склеивания полимеров друг с другом мера на поверхность материала с применениемв 2 раза, экономит дорогостоящий инструмент механического воздействия на поверхность сдля обработки поверхности твердых тел. . нанесенным клеем и соединения склеиваемыхПри замене применяемого в настоящее время поверхностей, о т л и ч а ю щ и й с я тем,одного металлического зажима для соединения что, с целью повышения прочности клеевоготруб иэ сшитого ПЭ экономическийэффект на соединения, используют клей, включающийодно клеевое соединение составит 47 коп. абразивный наполнитель в количестве 8 - 70 об.%.,Эта цифра учитывает толъко стоимость самого а механическое воздействие осуществляют поссоединения и не учитывает экономию от новы. ле соединения склеиваемых поверхностей.щения пропускной способности трубопровода 1 Оиз-за отсутствия в стыке труб грата.При использовании в полном объеме нред.лагаемого способа для соединения труб изсшитых полимеров экономический эффект мо.жет составить более 1 млн, руб, в год.Формула изобретенияСпособ склеивания полимерных материалов,включающий нанесение клея на основе поли.