Навигация

К читателю

     Сегодня трудно представить, что при ремонте и обслуживании современного автомобиля можно обойтись без клеев и герметиков. Приклеиваются тормозные накладки, причем клей в этом случае выдерживает не только высокие механические нагрузки, но и большие перепады температур. Вклеиваются стекла в кузов, при этом клеевой шов «обязан» компенсировать разные коэффициенты расширения стекла и стали при нагреве и охлаждении, а при движении «справиться» с вибрационными нагрузками, которые кузов и стекло воспринимают по-разному. Да и стекло нужно не просто закрепить, но позаботиться и о герметичности шва. В общем, дел для клеевых материалов хватает. И если от нечаянного удара у вас на коленях вдруг окажется зеркало заднего вида, считайте, что вам повезло. Правильно подобранный состав «позволил» разрушиться только клеевому шву, в противном случае можно получить травму, может оторваться зеркало с частью лобового стекла, стоимость и замена которого не сравнятся со стоимостью тюбика клея.
     Мечта любого автолюбителя – иметь под рукой один, максимум два клеевых состава, способных обеспечить любой ремонт: восстановить поврежденную деталь, устранить течь. Увы… Как нельзя иметь лекарство от всех болезней, так нельзя в любых ситуациях довольствоваться эпоксидным и резиновым клеями, как это было в советские времена, когда слово «герметик» было малознакомо, а обладатели клея БФ-4 или 88-НП были счастливы.
     Приведенных вариантов использования и «круга обязанностей», которые возлагаются на клеевые материалы, вполне достаточно, чтобы навсегда распрощаться с идеей «одного тюбика на все случаи жизни». Именно этим и объясняется разнообразие марок клев на прилавках магазинов, в назначении которых разбирается далеко не каждый.
     При ремонте с применением клеев и герметиков самое важное – правильно подобрать нужный состав и грамотно применить его, используя сильные стороны и обойти недостатки клеевого сое-динения, а главное, не переоценить возможности состава. Игнорирование основных принципов склеивания может привести к тому, что клеевое соединение окажется непрочным и сможет разрушиться даже без приложения внешних сил. И наоборот, правильное проектирование клеевого соединения, подбор клея и соблюдение технологии его использования позволяют применять клеи не только в самых ответственных узлах и деталях автомобиля, но и, например, в лопасти винта вертолета, крыле самолета.

СКЛЕИВАНИЕ В ЖИВОЙ ПРИРОДЕ

     Природа располагает большим количеством клеящих веществ. Например, раковинные амебы используют в качестве строительного материала вещества, содержащиеся в их собственных телах. Амеба собирает песчинки, обломки раковин, а затем благодаря капиллярным силам заполняет крошечные промежутки между “строительными блоками” застывающей жидкостью, выделяемой клеткой.
     Моллюски (род янтина) создают пенистый “плот” на поверхности воды для размещения своих коконов. Полукруглой ямкой подошвы ноги они захватывают порцию воздуха, которую покрывают оболочкой из затвердевающей слизи, и «приклеивают» получившийся воздушный баллончик к плоту. Склеивая вместе по 6-10 пузырьков, моллюск строит воздушную спираль длиной до 12 см и шириной около 2 см. Этот же принцип строительства применяют бойцовские рыбки, насекомые богомолы и некоторые земноводные.
     Морские звезды имеют в своем арсенале водостойкий клей, с помощью которого (наряду с присосками) закрепляются на скользких камнях. Вода не растворяет этот материал, собственные выделения помогают звезде отклеиваться и перемещаться на другое место. Пауки создают ловчие сети из паутинных нитей, смазывают их вязким секретом, собирающимся на воздухе в клейкие капельки, и таким образом ловят добычу.
     Бумажные осы строят свои гнезда, добывая строительный материал на старых, подсыревших от непогоды, деревянных штакетниках: соскабливают челюстями волокна древесины, пропитывают слюной и переносят их к гнезду. Затем еще раз пережевывают материал, добавляя к нему клейкий слюнной секрет, цементирующий мельчайшие кусочки древесины. Любопытно, что современный способ изготовления бумаги в принципе не отличается от осиного.
     Черные стрижи собирают растительный пух, перышки, кусочки бумаги и другой легкий материал, склеивают быстрозатвердевающей слюной и сооружают в дупле или скальной трещине чашевидное гнездо.
     Специфические особенности растительного листа в качестве строительного материала используются при “сооружении” укрытий для потомства: яркая южно­африканская улитка прячет потомство в воронке, которую она сворачивает из листа и склеивает слизью.
     Наблюдения за живой природой всегда служили импульсом для развития человеческой мысли. Первоначально речь шла только об инстинкте сохранения жизни, позже, в век техники, возникло целое направление, названное бионикой, изучающее особенности строения и жизнедеятельности организмов с целью создания по их подобию новых приборов, механизмов, систем. Прочностные характеристики паутины давно и с успехом используются в технике. Рецептура слюны птиц, вьющих гнездо, способное вынести тяжесть нескольких птенцов, послужила прообразом современных клеевых составов.

НЕМНОГО ИСТОРИИ

     Уже в первобытном обществе люди умели пользоваться природными клеями и минеральными вяжущими веществами. Сначала овладели гончарным искусством – обмазывали деревянные и плетеные сосуды, а затем стали возводить примитивные постройки с использованием глины, к которой в качестве армирующих материалов подмешивали солому, тростник и другие растительные волокна.
     Еще в неолитический период, или как еще его называют «новый каменный век» (ок.VIII-III вв.. до н.э.), который характеризуется как переход от присваивающего хозяйства (собирательство и охота) к производящему (земледелие, скотоводство), люди обратили внимание на выделяющуюся при обработке шкуры, костей и сухожилий животных жидкость, которая застывала при низких температурах и обладала хорошими клеящими свойствами (животный клей).
     Склеивание, лакирование, живопись были в высокой степени развиты в древнем Египте, Греции, Китае, Хорезме и других государствах. Весьма важным и интересным археологическим открытием стала обнаруженная в Дер-Эль-Бари (1922 г.) гробница 18-летнего фараона Тутанхамона (XIV в. до н.э.). В ней в числе различных предметов в большом количестве обнаружили клеящие вещества: костный клей, смолы, пчелиный воск, гипс, а также большой кусок животного клея.
     В древнем Риме, впитавшем культуру Греции, были известны технические приемы процессов склеивания и лакирования.
     Клеи применялись для склеивания дерева, папируса при изготовлении письменного материала. В XVII в. появились первые заводы, вырабатывающие клей из костей, сухожилий, мездры, а также из отходов рыбного промысла.
     Еще в начале XIX в. главное значение в практике склеивания имели составы животного и растительного происхождения. Собственно и в настоящее время они все еще применяются для склеивания пористых материалов, например, бумаги.
     В период первой мировой войны казеиновые клеи широко применяли для изготовления деревянных каркасов самолетов. Однако клеи такого типа имеют ограниченную стойкость к действию влаги и обрастают плесневыми грибками. Недостатки клеев природного происхождения послужили важным стимулом для создания (начиная с 30-х годов) новых клеев, основой которых послужили синтетические смолы и другие искусственные материалы.
     Фенолоформальдегидные смолы стали первыми синтетическими смолами, сыгравшими важную роль в технике склеивания. Первоначально их использовали для изготовления деревянных конструкций и фанеры. Затем требования авиационной промышленности, связанные с необходимостью создания клеев для соединения металлов, привели к разработке модифицированных композиций на основе фенольных смол, содержащих в своем составе синтетический каучук, снижающий угрозу расслоения клеевых соединений. В 50-е годы в качестве основы клея стали использоваться эпоксидные смолы (олигомеры), что дало возможность исключить из состава клея растворитель. Затем начали применяться клеи на основе полиуретановых, акрилатных, в том числе цианакрилатных в других смол, появились мономерные, водорастворимые и другие клеи.
     В настоящее время сфера применения клеев обширна и разнообразна. Они находят применение в промышленности. Бумажная, обувная и деревообрабатывающая промышленность все еще является главным потребителем клеев, в то же время возросло их применение при создании промышленного оборудования, в строительстве, на транспорте, в контрольно-измерительных приборах, а также для военных и космических целей. В последние десятилетия прошедшего века было разработано много новых синтетических смол и других продуктов, послуживших основой для создания более простых в применении эластичных и долговечных клеев, соединяющих различные материалы. Разработка новых клеев сопровождалась совершенствованием технологии склеивания.

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

     Итак, мы уже выяснили, что приоритет использования клеевых соединений принадлежит природе, этот факт, видимо, и является причиной того, что до сих пор не существует единой теории склеивания (адгезии), а ее познание подобно процессу познания самой природы – бесконечно. Исследования ведутся постоянно, причем во многих странах, поэтому научная литература данного направления изобилует терминами иноязычного происхождения: адгезия, когезия, адгезионное соединение, субстрат, компаунд.
     Производители и торговые структуры, занимающиеся распространением клеев и герметиков, в погоне за покупателем чего только не придумали: здесь и «смертельная резина», и «холодная сварка», и «жидкие гвозди».
     Но наши автолюбители в основном народ образованный и в долгу не остаются, часто просят продать им электроды, чтобы «варить холодной сваркой» или спрашивают, «чем забить жидкий гвоздь, если он жидкий».
     Чтобы расставить все по своим местам, не обойтись без знакомства с общепринятыми у специалистов терминами и определениями.

Клеи (клеевые составы) представляют собой вещества или смеси веществ органической, элементоорганической или неорганической природы, которые благодаря сочетанию определенных свойств, могут с достаточной прочностью сцепляться с другими материалами и (или) соединять их.

Герметик (клеевой состав). Отличие клея от герметика заключается не столько в свойствах материалов, сколько в их назначении. Основная задача клея – обеспечить прочную фиксацию двух или более деталей, тогда как функции герметиков ограничиваются только решением задач обеспечения заданного уровня герметизации; прочность соединения при этом не требуется, дабы избежать проблем при разборке таких соединений.
     В то же время существуют материалы, например, для крепления стекол в проеме кузова, которые являются одновременно и клеями и герметиками. Они так и называются – клеи-герметики и обладают одновременно и прочностными характеристиками, свойственными высокопрочным клеям, и в то же время отличаются высокими деформационными свойствами, т. е. эластичностью, которая свойственна всем герметикам.
     Как правило, толщина клеевого шва составляет 0,05-0,15 мм. Толщина слоя герметика может превышать 1 мм.

Адгезия (от латинского adhaesio – прилипание, сцепление) – поверхностное явление, суть которого заключается в возникновении физического или (и) химического взаимодействия между клеем и склеиваемыми поверхностями, что в итоге приводит к образованию адгезионного соединения.

Когезия — сцепление частиц, находящихся в одном агрегатном состоянии, в материале (теле), обусловленное действием сил межмолекулярного взаимодействия, образованием водородных и (или) химических связей между составляющими его молекулами (атомами, ионами) и приводящее к объединению этих частиц в единое целое.

Адгезивом (клеем) может считаться любой материал, способный сцепляться с другими материалами и (или) соединить между собой две поверхности разных тел. К адгезивам относится все многообразие клеев, герметиков, шпатлевок, мастик, грунтовок и красок.

Субстрат (от латинского substratum – подстилка, подкладка) – поверхность детали, участвующая в адгезионном взаимодействии с адгезивом в процессе формирования адгезионного (клеевого) соединения.

Температура стеклования (ТС) – температура, при которой полимер переходит из высокоэластичного или вязкотекучего состояния в стеклообразное. Так как этот переход происходит в диапазоне температур, достигающим нескольких десятков градусов, ТС характеризует его условно и зависит от скорости охлаждения и способа определения физического состояния. ТС – важная эксплуатационная характеристика полимера, так как она соответствует верхней температурной границе полимеров и нижней границе морозостойкости каучуков и резин. Введение пластификаторов снижает ТС.

Клеевое соединение неразъемно, поэтому любая система «адгезив-субстрат» характеризуется не только величиной адгезионной прочности, но и характером их разрушения. Изучение характера разрушения клеевого соединения имеет как теоретическое, так и практическое значение, так как позволяет выявить слабые места клеевого соединения и искать пути повышения его работоспособности. Виды разрушения клеевых соединений имеют общепринятую классификацию:

адгезионное (рис. 1, а) – разрушение клеевого соединения характеризуется тем, что адгезив полностью отделяется от субстрата;

когезионное (рис. 1, б) – разрушение происходит по адгезиву или по одной из склеиваемых деталей;

смешанное (рис. 1, в) – разрушение происходит частично по адгезиву, частично – по субстрату.

     Подавляющее большинство клеев, используемых при ремонте и техническом обслуживании автомобиля, относится к классу полимерных материалов. Именно поэтому все многообразие клеев и герметиков, используемых при ремонте автотранспортных средств, часто заменяют словосочетанием «полимерные материалы», «полимерные клеи» или просто «полимеры», что в общем не является ошибкой, однако в науке каждый из перечисленных терминов имеет свое четкое определение.

Полимерные клеи – клеи на основе полимера синтетического или природного происхождения. Основой полимерных клеев могут быть реактопласты или термопласты.

Полимеры – высокомолекулярные соединения, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа одинаковых структурных единиц (звеньев), соединенных химическими связями. Часто полимерами называют также высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из различных нерегулярно повторяющихся звеньев, например, статистических, синтетических сополимеров. Полимеры служат материалами, на основе которых получают пластические массы и клеи различного назначения. Говоря о применении полимерных материалов при ремонте автомобилей, чаще всего подразумевают использование клеев и герметиков.

Реактопласты – пластические массы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала. Реактопласты содержат обычно большие количества наполнителя (сажи, стекловолокна, мела и др.). Наиболее распространены реактопласты на основе фенолоформальдегидных, полиэфирных, эпоксидных и карбамидных смол.

Термопласты – пластические массы, способные размягчаться при нагреве и затвердевать при охлаждении. В отличие от реактопластов термопласты могут подвергаться повторной переработке. Наиболее распространены термопласты на основе полиолефинов, поливинилхлорида, полистирола.

Термопластичные клеи – клеи на основе термопластов, затвердевающие при склеивании и склонные к повторному размягчению при нагреве. Термопластичные клеи выпускают в виде растворов полимеров в органических растворителях; начальных продуктов полимеризации (олигомеров), представляющих собой вязкие жидкости; липких лент, пленочных клеев. В группу термопластичных клеев входят полиакриловые и полиамидные клеи, а также клеи на основе полиэтилена, поливинилхлорида, сополимера этилена с винилацетатом, полиизобутилена и различных эластомеров. Термопластичные клеи отличаются высокой эластичностью и низкой теплостойкостью. Затвердевание термопластичных клеев происходит в результате испарения растворителей или затвердевания после расплавления, при этом химическая структура состава не изменяется. Термопластичные клеи применяются главным образом для склеивания неметаллических материалов в изделиях несилового назначения. Некоторые клеи (карбинольный, модифицированный метилолполиамидный, полиакриловые и эластомерные) могут быть использованы для склеивания металлов между собой и с различными пластическими массами, резинами и другими материалами.

Термореактивные клеи – клеи на основе реактопластов, отверждение которых при образовании клеевого слоя происходит при нагреве (клей горячего отверждения) или без нагрева (клей холодного отверждения). При отверждении термореактивного клея происходит химическая реакция с выделением теплоты, в результате которой образуются неплавкие и нерастворимые полимеры трехмерной структуры. Термореактивные клеи могут быть одно-, двух- или многоупаковочными. К термореактивным относятся эпоксидные, полиэфирные, полиуретановые, карбамидные, кремнийорганические, фенолоформальдегидные и другие клеи. Термореактивные клеи обладают, как правило, относительно высокой прочностью при повышенных температурах. Клеи горячего отверждения как правило обеспечивают более высокую теплостойкость и прочность клеевых швов, чем клеи холодного отверждения, благодаря более полному отверждению. Термореактивные клеи в основном применяются как конструкционные для высоконагруженных конструкций и для эксплуатации при воздействии жестких внешних условий (высокие и низкие температуры, радиация, влажность и химически агрессивная атмосфера).

Мономерами называются низкомолекулярные соединения, которые способны к образованию взаимопроникающих сеток путем гомополимеризации или сополимеризации. Мономерные клеи, особенно в последнее десятилетие, широко стали применяться при стопорении резьбовых соединений.

Эпоксидные клеи – реактивные клеи на основе эпоксидных смол или продуктов их модификации и отвердителей. Они могут содержать наполнители (порошки металлов и оксидов металлов, синтетические и стеклянные волокна и ткани из них), эластификаторы (каучуки, олигоэфиракрилаты, термопласты), пластификаторы (фталаты, себацинаты), растворители (спирты, кетоны, эфиры, ксилол), реакционноспособные компоненты (глицидиловые эфиры) и др. Эпоксидные клеи выпускают в виде готовых композиций (пленки, порошки, прутки) или отдельными компонентами (пасты, вязкие жидкости), которые смешивают непосредственно перед использованием. Они обладают высокой адгезией к полярным поверхностям, не выделяют летучих продуктов и дают незначительную усадку при отверждении. Клеевые слои на их основе характеризуются большой прочностью. В зависимости от температуры отверждения эпоксидные клеи разделяют на эпоксидные клеи холодного, комнатного и горячего отверждения. Эпоксидные клеи – одна из самых универсальных групп клеев, применяемых во всех областях народного хозяйства: машиностроении, строительстве, космической и авиационной технике, на транспорте, в судостроении и т.д.

Отвердители – это вещества, которые вводят в клей для его перехода из жидкого состояния в твердое за счет изменения химической структуры основы клея.

Эпоксидные клеи горячего отверждения – эпоксидные клеи, температура отверждения которых выше +1000С. Отвердителями в них служат ароматические амины, ангидриды многоосновных карбоновых кислот, дициандиамид, фенолоформальдегидные смолы. Срок хранения клеев не менее 24 ч, а клеев с отвердителем дициандиамидом — 6-12 месяцев; при температуре +120...+2000С они отверждаются в течение 1-2 ч. Клеевые соединения на их основе имеют прочность при сдвиге до 35 МПа, работоспособны до +200...+2500С.

Эпоксидные клеи холодного отверждения – эпоксидные клеи, для отверждения которых не требуется дополнительный подогрев. В их число входят клеи, отверждение которых лежит в пределах комнатной температуры 15-350С, и отверждение которых происходит при более низких температурах. Отвердителями в эпоксидных клеях комнатного отверждения служат алифатические амины (полиэтиленполиамины, диэтилентриамин, триэтилентетрамин, гексаметилендиамин), низкомолекулярные полиамиды. При использовании комплекса трехфтористого бора эпоксидные клеи комнатного отверждения за 4-12 ч достигают твердости такой степени, при которой изделие можно подвергать дальнейшей механической обработке. Отверждение ускоряют введением фенолов, спиртов, третичных аминов. Однако максимальная прочность клеевых соединений достигается после нескольких суток выдержки. Для эпоксидных клеев, отверждающихся при отрицательных температурах, отвердителями служат комплексы фторида бора с гликолями, алифатическими аминами или эфирами, смеси аминов с трифенилфосфитом. Срок хранения этих составов при комнатной температуре несколько минут. Для получения высокопрочного клеевого слоя в некоторых случаях требуется выдержка при комнатной или повышенной температурах.

Теплостойкие клеи – клеи, создающие после завершения склеивания клеевой шов, способный сохранять прочность при высоких температурах (выше 900С). В эту группу входят полиароматические, кремнийорганические, неорганические клеи, некоторые виды фенолоформальдегидных клеев.

Композиционные материалы (композиты) – материалы, образованные объемным сочетанием химически разнообразных компонентов с четкой границей раздела между ними. Характеризуются свойствами, которыми не обладает ни один из компонентов, взятый в отдельности.

Эластомеры – это полимеры, обладающие при обычных температурах высокоэластичными свойствами, т.е. способные к огромным (до многих сотен процентов) обратимым деформациям растяжения. Типичными представителями эластомеров являются каучуки и резина.

Эластомерные клеи (резиновые клеи) – полимерные клеи на основе натурального или синтетического каучука, которые могут содержать вулканизаторы, наполнители (технический углерод, оксиды цинка, магния, титана), синтетические и природные смолы, пластификаторы, стабилизаторы, препятствующие старению, растворители. В зависимости от температуры склеивания различают эластомерные клеи горячей (1000С и выше) и холодной (комнатная температура) вулканизации, последние называют также самовулканизирующимися составами.

Релаксация – процесс установления в системе термодинамического равновесия после выведения исследуемой системы из состояния термодинамического равновесия. Среди релаксационных процессов в полимерах особенно большое значение имеют механические, проявляющиеся во временной зависимости характеристик упругости и вязкости.

Формообразующиеклеевыематериалы(холодная сварка)– материалы, которые после отверждения способны не только склеивать два или несколько элементов, но и принимать заданную форму и размеры.

     До настоящего времени таким материалам нет четкого и правильного определения ни в России ни за рубежом. Например, в Германии фирма, занимающаяся разработкой таких материалов, называется «Мульти Металл», и такая приставка существует в наименованиях всех их составов. В Швейцарии подобная фирма и материалы называются «Дурметалл». В России за такими материалами укоренилось название «холодная сварка». Но эти материалы к сварке (которая подразумевает расплавление соединяемых материалов) не имеют никакого отношения, они работают по законам склеивания.
     В ближайшем будущем, по-видимому, не заставит себя ждать появление новых терминов и понятий, на сегодняшний же день обходиться имеющимся арсеналом общепринятых понятий все сложнее и сложнее. Как, к примеру, следует назвать не поддающийся обработке напильником материал, полученный при обычном смешивании двух полимерных компонентов?!

НАУЧНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ АДГЕЗИИ

     В основе процесса склеивания лежит комплекс явлений, при этом наибольшее значение имеет адгезия. Природу и закономерности адгезии интенсивно исследуют разнообразными методами на различных объектах – от металлов и стекол до биологических клеток и полимеров. Однако до настоящего времени нет единой теории адгезии.
     Давно исследователи многих стран пытались выяснить причины и характер образования связи между поверхностями, когда еще процессы склеивания не имели столь широкого применения, как в настоящее время.
     Бехгольц и Нейман изучали прочность склеивания древесины разных пород и пришли к выводу, что на прочность склеивания значительное влияние оказывает природа подложки: порода дерева, капиллярная его структура, направление среза.
     Гернгросс впервые обратил внимание на зависимость прочности от химического состава клея. Он также высказал мнение о наличии химических связей между клеем и поверхностью склеиваемой древесины. Он отмечал, что обработка щелочью некоторых пород дерева, которые плохо склеиваются, повышает адгезию к ним клея.
     Харди и Дево, изучая смачивающее действие жидкостей, подтвердили химическую природу процесса прилипания оливкового масла к стеклу; реакция происходит только на поверхности раздела фаз, не проникая вглубь.
     Талмуд, Гороховский, Бреслер и другие считали, что на процесс склеивания решающее влияние оказывает изменение поверхностного натяжения поверхности на границе раздела фаз. Талмуд и Бреслер обнаружили в ряде случаев также наличие адсорбционных сил. Они считали, что явление адсорбции имеет место при креплении каучука к латуни: в результате вулканизации происходит адсорбция молекул каучука, которые, будучи ориентированными, вызывают изменение свойств всего склеивающего слоя. На адсорбционные свойства оказывает влияние наполнитель, который может способствовать развитию адсорбционных сил при адгезии.
     Макбен нашел, что наименьшим склеивающим действием обладают жидкости, а наибольшим – аморфорные смолообразные вещества. Было также установлено, что часто клеящая способность клея увеличивается с увеличением температуры плавления. На адгезию, по его мнению, оказывает влияние наличие в молекулах клея высокомолекулярных групп (гидроксильных и карбонильных), поскольку они обусловливают прочную связь клей – субстрат.
     По мнению Макбена, на адгезию большое влияние оказывает ориентация молекул в клеевом слое, которая распространяется вглубь на сотни молекулярных диаметров, причем наиболее сильная ориентация происходит на поверхности раздела фаз.
     Макбен установил также, что прочность склеивания возрастает с уменьшением толщины клеевого слоя, так как увеличивается степень ориентации.
     Как видно из сказанного выше, процесс склеивания рассматривается не как физико-химический процесс на поверхности раздела фаз, а как процесс, связанный со структурой субстрата и клеевого слоя. Таким образом, эти рассуждения не дают полного представления о причинах адгезии.
     До настоящего времени нет единой общепринятой теории адгезии, рассматриваемые ниже теории имеют под собой реальную почву и содержат теоретическое обоснование.
Из электрической теории адгезии следует, что субстрат, разделенный прослойкой адгезива, представляет собой конденсатор, разъединению обкладок которого препятствуют электрические силы.
     В темноте при отрыве пленки из каучука, нитроцеллюлозы и др. от стекла, металла и других поверхностей можно наблюдать разряды, сопровождаемые свечением и легким треском. Исследования показали, что после отрыва поверхность каучука заряжается отрицательно, а поверхности стекла и металла — положительно.
     Единственным объяснением, согласующимся со всеми экспериментальными данными, является следующее. Поверхности по границе раздела фаз, образовавшиеся при отрыве пленки, наэлектризованы противоположными зарядами в силу разделения друг от друга обкладок молекулярного электрического двойного слоя.
     Следует отметить, что в случае нанесения на твердую поверхность пленки полимера из раствора контакт получается, безусловно, лучше и, следовательно, плотность двойного электрического слоя больше. Однако после отрыва на воздухе плотность электризации на разъединенных элементах невелика вследствие происходящего при разрыве разряда. Это явление подтверждается увеличением силы отдира с увеличением скорости отдира. Поэтому регистрируемый после разрушения заряд поверхностей составляет весьма малую долю первоначального заряда, успевающего рассеяться при разрыве. Дальнейшие исследования показали, что плотность электризации является постоянной величиной для каждой системы и зависит от химического строения молекул адгезива и подкладки.
     Двойной электрический слой образуется вследствие перехода через фазовую границу электронов функциональных групп полимера (при наличии доноров и акцепторов) или вследствие ориентированной адсорбции полярных групп одной фазы на поверхности другой.
Сторонники диффузионной теории предполагают, что в подавляющем большинстве случаев адгезия обеспечивается только благодаря диффузии адгезива в субстрат. Согласно диффузионной теории, разработанной С.С. Воюцким и другими, адгезия полимеров, как и аутогезия, происходит вследствие диффузии линейных молекул или их участков в субстрат и образования тем самым прочной связи между адгезивом и субстратом. Аутогезия сходна по характеру с адгезией, но представляет собой совершенно отличное явление. При аутогезии происходит самодиффузия молекул, т. е. диффундируют одинаковые молекулы, тогда как при адгезии согласно диффузионной теории происходит диффузия макромолекул различных типов.
     Отправными точками диффузионной теории являются линейное строение высокополимеров и гибкость их молекул, позволяющая совершать им микроброуновское движение. В соответствии с диффузионной теорией адгезии способностью к диффузии могут обладать только адгезивы. Однако в случае нанесения клеящих материалов из растворов сами склеиваемые материалы могут набухать или растворяться под действием растворителя, вследствие чего молекулы субстрата приобретают значительную подвижность, а отсюда возможна диффузия молекул склеиваемого материала в клей. Оба эти процесса могут привести к исчезновению поверхности раздела фаз и образованию прочного соединения, в ряде случаев превышающего прочность одного из элементов — клея или субстрата. Таким образом, адгезия вследствие диффузии представляет собой по существу, объемный процесс.
     В отличие от адсорбционной теории адгезии, которая рассматривается ниже, диффузионная теория, как и электрическая, может объяснить несоответствие работы расслаивания работе, требующейся для преодоления молекулярных сил между поверхностью адгезива и субстрата. Диффузионная теория позволяет также объяснить зависимость работы адгезии от скорости расслаивания, если исходить из тех же предпосылок, на которых основано объяснение повышения прочности склеивания при увеличении скорости разрыва.
     По аналогии с растворением одного вещества в другом процесс диффузии может рассматриваться как растворение одного полимера в другом.
     Помимо теоретических рассуждений, в пользу диффузионной теории адгезии говорит влияние на адгезию полимеров следующих факторов:
1.длительности контакта при склеивании;
2.температуры склеивания или термической обработки клеевого соединения;
3.молекулярного веса клея;
4.формы молекул клея и полярности макромолекул.
     Повышение длительности контакта клея и склеиваемого материала под давлением приводит к увеличению прочности. Так, при склеивании каучука с целлофаном работа отслаивания в первые двадцать суток возросла в 3 раза. Ни адсорбционная, ни электрическая теории не могут дать удовлетворительного объяснения зависимости прочности от длительности контакта адгезива и субстрата.
     С точки зрения диффузионной теории адгезии, это происходит потому, что макромолекулы полимера ввиду их больших размеров проникают в субстрат (целлофан) очень медленно.
     Как видно из изложенного выше, диффузионная теория базируется на проникновении молекул адгезива в межмолекулярное пространство субстрата и предусматривает «переплетение» молекул адгезива и субстрата, что гарантирует прочное соединение.
     Диффузионная теория, однако, не дает теоретического представления о механизме образования связи адгезив — субстрат в случае склеивания металлов такими полимерными клеями, которые не переходят или переходят в трехмер при отверждении или при удалении растворителя.
     Следовательно, диффузионная теория адгезии объясняет лишь некоторые явления склеивания высокополимерных материалов термопластичными клеями.
    Согласно адсорбционной, или молекулярной теории, взаимодействие происходит на межмолекулярном уровне благодаря силам молекулярной природы — от дисперсионных до сил, обеспечивающих образование ковалентных связей.
     Дебройн утверждал, что силы, возникающие на границе раздела, зависят от взаимодействия вторичных (межмолекулярных) сил, и что именно вторичные силы обеспечивают адгезию, так как один и тот же клей обычно склеивает самые разнородные материалы, причем ввиду большой инертности пaры адгезив — субстрат химическое взаимодействие между ними маловероятно.
     Наиболее важным и нерешенным окончательно до сих пор вопросом адсорбционной теории адгезии является вопрос о возможности создания достаточно прочной связи, например, клей — металл, только за счет взаимодействия межмолекулярных сил.
     Недостатком данной теории является отсутствие теоретической оценки характера и условий образования связи субстрат — полимер, поэтому во всех работах, посвященных молекулярным силам, обусловливающим адгезию, рассмотрение связи адгезии — субстрат подменяется рассмотрением адсорбции низкомолекулярных продуктов, т. е. совершенно иного процесса. В связи с этими получаются большие расхождения между экспериментальными и теоретическими данными.
     В заключение следует отметить, что адсорбционная теория адгезии не может дать теоретическое обоснование многих особенностей связи адгезив — субстрат, хотя очевидно, что действие адсорбционных сил на поверхности раздела фаз может существовать.
     Химическая теория адгезии дает представление о химическом происхождении связи полимер-субстрат. Наиболее характерным примером является привулканизация каучука к латуни. При изучении механизма крепления каучука к латунированной поверхности было найдено, что удовлетворительное крепление возникает при наличии серы в резиновой смеси.
     Связь образуется вследствие взаимодействия серы с медью, что приводит к получению на поверхности латуни сульфида одновалентной меди. Этот сульфид либо реагирует с молекулой каучука по месту двойной связи, либо реагирует со свободной серой.
     Объяснение образования адгезионной связи химическим взаимодействием между клеем и склеиваемым материалом не может быть достаточным, так как мы почти всегда имеем пары, которые не могут реагировать друг с другом.
     Поэтому образование адгезионной связи вследствие химического взаимодействия является частным случаем адгезии.
     Сторонники механической теории адгезии утверждают, что клеевое соединение образуется исключительно за счет механического зацепления полимера в неровностях соединяемых материалов.
     Роль механической адгезии, безусловно, велика и, видимо, часто является определяющей при склеивании пористых материалов (древесины, пенопластов, бетона и т. д.) независимо от того, что могут существовать химические или иные связи адгезив — субстрат.
     Несмотря на значительные успехи в исследованиях адгезионного взаимодействия, достигнутые за последнее время, нельзя утверждать, что механизм такого взаимодействия достаточно ясен. По мере накопления экспериментальных данных и развития теоретических представлений становилось ясным, что любой односторонний подход к явлению адгезии не может объяснить его достаточно полно. Можно считать, что положение даже усложнилось. Это связано главным образом с тем, что разработанные ранее теории адгезии претерпели значительную трансформацию. В настоящее время можно говорить о сближении ряда теорий по некоторым основным положениям. Это, прежде всего, касается оценки адгезионного взаимодействия (или прочности адгезионного соединения) и выявления роли факторов, влияющих на этот показатель. Теперь общепризнано, что при определении этой величины необходимо учитывать затраты энергии на деформацию субстрата или пленки адгезива, когезионные свойства последнего, роль остаточных напряжений, распределение напряжений в соединении и их однородность.
     Таким образом, для решения практических задач необходимо выделить вклад физических или химических факторов в прочность и долговечность клеевых соединений. Это достаточно сложно и еще далеко не всегда возможно. Однако для практических целей часто достаточно качественно представлять себе, как тот или иной фактор влияет на условия образования адгезионной связи и ее поведение в процессе эксплуатации конкретного изделия.
     Так как приоритет использования клеевых соединений принадлежит природе, видимо, это — основная причина того, что до настоящего времени нет единой теории (адгезии) склеивания, а ее познание, как и самой природы, возможно, является бесконечным процессом.

ОБЛАСТИ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КЛЕЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ

     Использование клеев и герметиков актуально как при выполнении экстренных (аварийных) ремонтов, так и при проведении заранее спланированного ремонта и обслуживания автомобиля. Разнообразие свойств полимерно-адгезивных материалов и широкий диапазон возможных неисправностей автомобиля, конечно же, исключают наличие единых стандартов (правил) по применению составов. Условно же, исходя из свойств и назначения, клеевые материалы можно разделить на три группы:
1.для быстрого (аварийного) устранения возникших неисправностей;
2.специального назначения;
3.для выполнения слесарных разборно-сборочных работ.
     Типовые технологические рекомендации устранения неисправностей, как правило, рассчитаны на условия хорошо оснащенной станции технического обслуживания с высококвалифицированным персоналом и полным ассортиментом всех запасных частей. Наличие достаточных денежных средств и времени у автовладельцев во внимание принимаются редко. В реальности же, отличной от типовых рекомендаций, решение о предпочтительном способе и средстве устранения неисправности определяется совокупностью факторов: характером поломки, местом ее обнаружения (гараж, специализированный диагностический центр или проселочная дорога), общим состоянием автомобиля, финансовыми возможностями и запасом времени у владельца.
     Автомобиль – сложный объект, его узлы и детали подвержены тепловым и динамическим нагрузкам, вибрациям, контактам с топливом и смазочными материалами, коррозии. Не важно, за рулем какого автомобиля вы находитесь – старенькой «копейки» или «мерседеса», – заглохнуть на железнодорожном переезде может каждый. Впрочем, регулярные осмотры и диагностика могут свести риск возникновения подобных неисправностей к нулю. А вот от «встречи» с посторонним предметом на дороге или с камнями от попутных и встречных автомобилей не застрахован даже Шумахер. В таких случаях разбитая фара или трещина на лобовом стекле могут оказаться легким недоразумением по сравнению с лужей тосола или масла под машиной. Здесь обычно и звучит крылатое шоферское выражение «сливай воду, приехали». И если на улице мороз и, как говорится, «вперед – пятьсот, назад – пятьсот», то лучшее средство для ремонта – трос или эвакуатор. А вот, если неприятность приключилась в теплый летний день, то одна упаковка быстроотверждаемого состава, имеющего вязкость пластилина, например, отечественного «Полирем-10 мин», импортного «Permatex® Cold Weld Bonding Compound», может оказаться полезнее целого ящика прокладок, запасных частей и инструментов. Главное – правильно применить имеющийся материал, не переоценивая его возможности.
     Быстроотверждающиеся материалы не обладают достаточно высокой степенью адгезии и прочности. Будет ошибкой думать, что после использования подобных препаратов о проблеме можно забыть навсегда. Такие составы не могут гарантировать 100%-ное восстановление ресурса отремонтированной детали. Мало того, если до места назначения еще далеко, а радиатор отремонтирован подобным материалом, не помешает запас тосола – на случай, если течь возобновится в том же месте. Но для аварийных ситуаций такие средства незаменимы! После завершения поездки к неисправности лучше возвратиться вновь, чтобы покончить с ней более основательным образом. Впрочем, считать, что область применения адгезивных материалов ограничивается лишь их использованием в аварийных ситуациях, – тоже нельзя.
     В корпусных деталях могут возникать различные трещины, которые часто являются причиной их выбраковки. Например, если возникнет трещина между масляным каналом и системой охлаждения, то традиционные способы (сварка, наплавка, пайка) часто оказываются бессильными и приходится менять деталь. Если для отечественных автомобилей эти проблемы решаются, то возникновение подобных трещин в блоке цилиндров двигателя импортного автомобиля часто является окончанием его срока службы, тогда как несколько капель анаэробного герметика позволяют решить проблему и продлить срок службы автомобиля.
     В настоящее время без клеев и герметиков при сборке автомобиля уже не обойтись. Данный факт диктует и необходимость их применения при обслуживании и ремонте автомобилей. Однако безграмотное их применение может оказаться не только бесполезным, но и принести ощутимый вред: например, замена обычной прокладки на жидкую при сборке половинок корпуса коробки передач приведет к уменьшению зазора в конических подшипниках и послужит причиной перегрева и возможного заклинивания. Замена обычной прокладки на жидкую при установке водяного насоса на двигатель ВАЗ может привести к тому, что крыльчатка насоса будет упираться в корпус блока цилиндров и сделает насос неработоспособным. Опыт использования жидких прокладок показал, что в этих случаях они полезны в сочетании со штатными прокладками.
     Известно, что резьбовые соединения, сборка которых производилась на заводе-изготовителе, разбираются без труда даже после десяти лет эксплуатации. При разборке резьбовых соединений годовалой давности, сборка которых производилась самостоятельно или на станции технического обслуживания (особенно это относится к подвеске автомобиля), не обходится без сорванных граней гаек и болтов, сломанных ключей и ссадин на руках. При разборке таких резьбовых соединений часто приходится делать выбор между газо-сварочным аппаратом или молотком с зубилом. Объяснение этому простое. На всех автозаводах давно используются специально разработанные для этих целей герметики. Назначение этих материалов – фиксация и герметизация резьбы. Герметизация резьбы исключает попадание в резьбу влаги и загрязнений, тем самым исключается коррозия. Правильный подбор герметика обеспечивает не только надежную фиксацию и герметизацию резьбового соединения, но и последующую разборку такой резьбы без повреждений деталей.
     Перечень возможных неисправностей автомобилей велик. Велик и ассортимент предлагаемых к продаже полимерных материалов для использования их при ремонте и эксплуатации автомобиля. Только владение знаниями о свойствах и особенностях клеевых составов делает их применение эффективным.

КОМПОНЕНТЫ КЛЕЕВ

     Современные клеи являются сложными системами, в состав которых обычно включают основу, отвердитель (структурирующий агент), катализатор, наполнитель, растворитель, ингредиенты общего (эластифицикаторы и т.д.) и специального (адгезионные добавки) назначения. Ниже рассмотрены роль каждого из этих компонентов и возможности повышения эффективности их действия.
     Основа (связующие клеевых композиций). Химическая природа и строение полимеров – основы клеевых композиций – определяют комплекс основных адгезионных и когезионных характеристик состава. Наиболее существенное значение имеют вид, число и характер распределения функциональных групп в молекулярной цепи, природа и размер боковых цепей, молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение полимера. Оптимальное сочетание этих признаков характерно для полимеров адгезионного назначения, которые отличаются повышенной поверхностной энергией и значением когезионных параметров, отвечающих наиболее эффективному смачиванию и растеканию.
     Отвердители. Большинство клеев требует обязательного введения в состав отвердителя (структурирующего агента), роль которого заключается в формировании пространственных структур. Отвердители обеспечивают переход реактивного клея из жидкого состояния в твердое в результате изменения химической структуры. Для каждого типа мономеров и олигомеров имеются свои отвердители, при этом их вклад в адгезионную прочность очень значителен. Процесс отверждения осуществляется при формировании клеевого соединения.
     Соотношение количества отвердителя и основного клеящего продукта находится в узких пределах, и избыток (также, как и недостаток) отвердителя приводит к ухудшению прочности клеевого соединения. Технологические особенности процесса склеивания и отверждения (жизнеспособность, время и температура отверждения) также определяются типом применяемого отвердителя. Химическая природа и строение молекул отвердителя во многом определяют структуру сетки, оказывают влияние на технологические свойства исходных композиций и эксплуатационные характеристики отвержденных клеев.
     Катализаторы. Основная функция катализатора – ускорение процесса отверждения.
     Некоторые клеящие олигомеры отверждаются без введения в систему отвердителей, процесс отверждения происходит за счет реакций функциональных групп полимера. К ним относятся фенолоформальдегидные смолы резольного типа, полиароматические олигомеры, некоторые полиакрилаты и др. В клеях, состоящих из нескольких олигомеров, отверждение может протекать за счет взаимодействия реакционноспособных групп друг с другом. Однако для отверждения большинства клеев в их состав необходимо вводить отвердители и катализаторы отверждения.
     В состав некоторых клеев входят также ускорители, ингибиторы и замедлители – это вещества, которые контролируют процесс отверждения клеев. Ускоритель способствует быстрому протеканию реакции отверждения под действием катализатора, ингибитор может ее тормозить, а замедлитель – замедлить, тем самым обеспечивая сохранение готового состава до момента его использования.
     Пластификаторы – это вещества, позволяющие улучшить эластичность клеевого шва и его деформационную способность за счет увеличения гибкости молекул и подвижности надмолекулярных структур. Пластификаторы уменьшают хрупкость и температуру стеклования, повышают морозостойкость, текучесть и стойкость к термоциклированию клеевых композиций, но ухудшают их термостойкость, снижают механическую прочность.
     Растворители входят в состав многих клеев, так как позволяют перевести полимерную основу клеев в истинный или коллоидный раствор. Наиболее важными свойствами, которые учитываются при выборе природы растворителя, являются растворяющая способность, скорость испарения (летучесть), пожаро- и взрывобезопасность, безвредность как самого растворителя, так и его паров. Количество растворителя определяется требуемой вязкостью адгезива и другими реологическими характеристиками последнего. Концентрация клеевого состава – важный технологический фактор, определяющий закономерности смачивания адгезивом поверхности субстрата и формирования толщины и однородности клеевого шва. В ряде случаев многокомпонентность клеевой системы требует применения не индивидуальных растворителей, а их смесей. На практике наиболее часто используют этилацетат, гексан, метилэтилкетон, реже – ацетон, бензол.
     Наполнитель обеспечивает необходимую вязкость клея, придает ему тиксотропные свойства, т.е. способность не стекать с вертикальной поверхности при нанесении на нее слоя значительной толщины (до нескольких миллиметров). Наполнитель обеспечивают минимальную усадку при отверждении, способствует сближению коэффициентов линейного термического расширения клея и субстрата, улучшает эксплуатационные свойства клеевых соединений, повышает термостойкость и др.
     Введение в клеи наполнителей, как правило, снижает внутренние напряжения в клеевом шве, уменьшает ползучесть клея, при этом нередко повышается ударная прочность клеев, так как наполнитель способствует поглощению ударных нагрузок. Введение специальных наполнителей придает клеям такие свойства, как электро- и теплопроводность, антикоррозионные свойства.
     Наполнители используют также для снижения стоимости клеев и придания им нужного цвета. Однако прочность клеевых соединений при комнатной температуре для ненаполненных клеев обычно выше, чем для наполненных.
     Стабилизаторы вводят в состав клеев и герметиков для повышения их стойкости к действию различных внешних условий: тепла, света, радиации. Стабилизаторы подразделяются на антиоксиданты (предотвращают термоокислительную деструкцию) и светостабилизаторы (предотвращают изменение свойств клея под действием света).
     Биоциды вводят в состав клеев для обеспечения устойчивости клеевых соединений к воздействию микроорганизмов – биоустойчивости.

ВИДЫ КЛЕЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ

     Создание большого количества новых полимерных материалов и революционное совершенствование их эксплуатационных свойств требуют постоянного изучения и систематизации все новых возможностей и областей применения таких материалов для сервиса автомобилей. Повышение надежности работы различных машин и механизмов как на стадии их производства, так и при ремонте долгое время достигалось путем применения особо прочных металлов и сплавов, совершенствованием технологии их использования. На пути дальнейшего усовершенствования указанных способов возникают серьезные проблемы, особо это касается технологий ремонта, так как принятые способы (сварка, наплавка, гальваника) требуют дорогостоящего технологического оборудования, материалов, больших производственных площадей. Кроме того, они энергоемки и сопровождаются выделением вредных для окружающей среды продуктов. Это приводит к тому, что технологии ремонта, основанные на использовании традиционных материалов и технологий, все более исчерпывают себя.
     Каждая ступень развития техники сопровождается появлением новых материалов. Сейчас с уверенностью можно сказать, что человечество в своем развитии со ступеньки «железного века» перешагивает на следующую, где приоритет будет отдан полимерным и композиционным материалам.
     При ремонте и обслуживании автомобилей может быть использовано множество клеев и герметиков, различных по свойствам и происхождению.
     Для классификации клеевых и герметизирующих материалов используются самые разнообразные признаки. Многообразие клеевых материалов, широкие области их применения и многообразие свойств привели к тому, что в настоящее время отсутствует не только единая классификация, но нет и единого подхода к самой проблеме классификации. Учитывая запросы практического применения, ни один из отличительных признаков клеев не может считаться универсальным для их классификации. Существующие различные типы классификации являются в какой-то мере условными.
     Чаще всего клеевые материалы классифицируют по следующим признакам:
1.по областям применения (клеи для склеивания металлов, резин, теплозащитных покрытий и т.д.);
2.по физическому состоянию (жидкие, пастообразные, твердые, пленочные);
3.по температуре отверждения (клеи холодного и горячего отверждения);
4.по химической природе основного компонента – связующего (эпоксидные, фенолоформальдегидные, силоксановые, акрилатные и т.д.);
5.по допустимым температурам эксплуатации клеевых соединений (клеи криогенностойкие, термостойкие, применяемые при умеренных температурах и т.д.);
6.по количеству компонентов (однокомпонентные, двухкомпонентные и т.д.);
7.по условию их отверждения (клеи и герметики анаэробного отверждения, влажностного отверждения, клеи, отверждаемые активацией, клеи термического отверждения).
     Авторам представляется наиболее эффективной классификация адгезивных материалов по химической природе основного компонента (или связующего). Механические и другие эксплуатационные свойства клеев в значительной степени зависят от химической природы клея, и поэтому в основу большинства классификаций положена химическая природа главного компонента. Чаще всего клеи классифицируют по типу основы клея: органические (природные, синтетические) и неорганические.
     Наибольшее распространение по сравнению с другими клеями получили клеи синтетические (на основе синтетических мономеров, олигомеров, полимеров или их смесей) благодаря возможности легкого и направленного изменения их свойств. Чаще всего клеи синтетические классифицируют по химической природе основы на термореактивные (реактивные) и термопластичные.
     Ниже рассмотрены группы синтетических клеев, наиболее востребованные при ремонте автотехники, которые делятся на реактопласты и термопласты.
     Реактопласты
     У реактопластов при склеивании изменяется химическая структура, и они переходят необратимо в стеклообразное или эластичное состояние в результате протекания химической реакции (отверждения) – поликонденсации, полимеризации или полиприсоединения.
     Клеевые материалы на основе реакционноспособных мономеров
     Мономерные клеевые материалы представляют собой композиции на основе реакционноспособных соединений мономеров и олигомеров, которые отверждаются по реакции полимеризации или поликонденсации и совмещают процесс образования полимера с процессом склеивания. Невысокая вязкость мономерного клея позволяет улучшить затекаемость в микронеровности поверхностей склеивания и повысить диффузию при склеивании полимерных субстратов, а наличие в мономерах различных функциональных групп способствует образованию межфазных связей различной природы.
     К мономерным клеевым материалам, отверждающимся по полимеризационному механизму, относятся:
1.анаэробные клеи и герметики;
2.акрилатные клеи;
3.акриловые клеи, отверждаемые ультрафиолетовыми лучами;
4.цианакрилатные клеи.
     Все мономерные клеи имеют следующие преимущества:
1.длительная жизнеспособность (год и более);
2.высокая скорость отверждения;
3.высокие прочностные показатели;
4.технологичность применения.
     Применение акриловых и цианакриловых клеев для ремонта автомобилей позволяет значительно сократить и упростить технологические операции за счет малого времени отверждения, повышения качества и надежности склеиваемых изделий.
     Слово «анаэробный» заимствовано из биологической терминологии, где оно применялось по отношению к микроорганизмам, существующим без доступа кислорода. Анаэробные материалы отверждаются только в закрытых полостях в отсутствие кислорода. Основой анаэробных составов являются способные к полимеризации соединения акрилового ряда, чаще всего диметакриловые эфиры полиалкиленгликолей. В анаэробный состав входят ингибирующие и инициирующие системы, обеспечивающие его длительное хранение и быстрое отверждение в зазорах, а также загустители, модификаторы, красители и другие добавки. Все марки анаэробных адгезивов являются однокомпонентными материалами. В продаже имеются как отечественные, так и импортные анаэробные составы разного назначения, которые отличаются между собой вязкостью и прочностными показателями. Маловязкие составы используются для герметизации микротрещин, вязкие используются как жидкие прокладки для герметизации фланцевых соединений. Слабо прочные материалы используются для герметизации и фиксации резьбовых соединений, а высокопрочные составы находят применение для восстановления посадочных мест подшипников, фиксации подшипников скольжения и шпилек в отверстиях с поврежденной резьбой.
     Технические характеристики и области применения анаэробных составов представлены в табл. 1.
     Правильный выбор анаэробных адгезивов зависит не только от условий нагружения, температурного режима в соединении, но и от зазора между соединяемыми поверхностями. Поэтому одним из основных параметров, который учитывают при выборе анаэробного адгезива, является его вязкость. Ее подбирают исходя из величин зазора между собираемыми деталями, пределы которых указаны в табл. 2.
     По прочностным свойствам анаэробные полимерные материалы делятся на высоко-, средне- и низкопрочные. Анаэробные материалы после отверждения обладают высокой термической и химической стойкостью, обеспечивают работоспособность узлов и деталей при эксплуатации их в контакте с органическими растворителями и агрессивными средами в широком интервале температур и давлений. Скорость отверждения и время достижения максимальной прочности соединений с использованием анаэробных адгезивов зависят от температуры окружающей среды. При температуре ниже 150С полимеризация замедляется. Благодаря высокой проникающей способности анаэробные полимерные материалы плотно заполняют трещины, микродефекты сварных швов и зазоры.
     На скорость отверждения анаэробных полимеров влияет материал, контактирующий с полимером. По этому признаку материалы делятся на три группы:
1.активные — ускоряющие отверждение полимера (сплавы меди, никель, низкоуглеродистые стали);
2.нормальные — не влияющие на скорость отверждения (углеродистые стали, цинк);
3.пассивные — замедляющие отверждение (высокоуглеродистые стали, алюминий, золото, титан и его сплавы, материалы с антикоррозионными покрытиями, пластмассовые изделия).
     На открытых поверхностях анаэробные адгезивы остаются жидкими неограниченное время и легко удаляются как растворителями, так и водными моющими растворами.
     Технология нанесения анаэробных адгезивов проста и универсальна. При выполнении всех видов ремонтных работ эту операцию производят вручную, нанося препарат непосредственно из стандартного флакона, который имеет специальный наконечник.
     На скорость отверждения анаэробных адгезивов влияют величины зазоров между сопрягаемыми поверхностями, температура, качество очистки поверхности, характер покрытия и т.д.
     К преимуществам анаэробных адгезивов относятся:
1.высокая скорость отверждения (время фиксации составляет 15 - 30 мин);
2.стабильность свойств при длительной эксплуатации в условиях резкого перепада температур и повышенной вибрации;
3.высокие прочностные характеристики (прочность при ударном сдвиге – 8-20 кДж/м2; предел прочности на сдвиг – 20-30 МПа).
     К недостаткам анаэробных составов следует отнести:
1.невысокую прочность при склеивании замасленных поверхностей (предел прочности на сдвиг 0,5-5 МПа);
2.зависимость прочностных свойств отвержденного адгезива от величины зазора между соединяемыми поверхностями.
     Научные исследования показывают высокую эффективность использования анаэробных полимеров как в чистом виде, так и с использованием различных наполнителей, позволяющих получить требуемые свойства адгезива.
     Основными компонентами акриловых клеев являются различные (мет)акриловые мономеры и олигомеры, загустители, инициирующие системы, стабилизаторы, наполнители, красители и др. Структурные акриловые клеи в отличие от обычных содержат реакционноспособные загустители и представляют собой одно- или двухсоставные композиции различной вязкости. Они отверждаются под действием специальных активаторов, при смешении компонентов или при облучении. Например, АН-105-клей и активатор наносятся раздельно на склеиваемые поверхности деталей: клей – на одну деталь, активатор – на другую. Процесс отверждения начинается только после соединения двух деталей при комнатной температуре. Клеевой шов имеет высокую стойкость к вибрации и ударным нагрузкам.
     Акриловые клеи применяются для склеивания металлов (в том числе замасленных), стекла, керамики, пластмасс. Клеи хорошо хранятся при температуре от +5...+ 300С при исключении воздействия прямых солнечных лучей и попадания посторонних веществ во флакон. Гарантийный срок хранения составляет 12 месяцев, но опыт использования показывает, что клеи сохраняют достаточные проч-ностные характеристики даже после 5 лет хранения.
     Физико-механические характеристики акрилатных клеев, выпускаемых в России, представлены в табл. 3, фирмы LOCTITE – в табл. 4.
     К преимуществам акрилатных клеев относятся:
1.высокая скорость отверждения – время фиксации составляет 5-30 мин;
2.стабильность свойств при длительной эксплуатации в условиях резкого перепада температур, повышенной вибрации;
3.высокие прочностные характеристики (прочность при ударном сдвиге 15-28 кДж/м2; предел прочности на сдвиг 25-40 МПа).
     К недостаткам акрилатных клеев следует отнести:
1.потерю прочностных характеристик при увеличении зазора между склеиваемыми поверхностями, невысокую прочность при склеивании замасленных поверхностей (предел прочности на сдвиг 0,5-5 МПа);
2.низкую теплостойкость (интервал рабочих температур -55 ...+ 1200С);
3.старение при воздействии повышенных и пониженных температур, воды, минеральных масел, топлив и других сред;
4.низкую вязкость, которая позволяет склеивать материалы при зазорах между сопрягаемыми поверхностями не более 0,1 мм.
     Из анализа свойств и характеристик акрилатных адгезивов можно выделить следующие ценные свойства: малое время схватывания, быстрый набор прочности, устойчивость к вибрациям и ударным нагрузкам, простую технологию использования. Перечисленные положительные свойства указывают на перспективность этих клеев при ремонте автомобилей.
     Структурные акриловые клеи отверждаются по радикальному механизму под действием окислительно-восстановительных систем. Одним из возможных способов отверждения акриловых клеев является инициирование радикальной полимеризации за счет термического распада перекисных или других инициаторов.
     При отверждении акриловых клеев образуется полимер, обладающий высокими прочностными характеристиками и стойкостью к различным химическим реагентам. Отличительной особенностью структурных клеев является высокая ударная прочность, достигаемая за счет привитой полимеризации акрилового мономера к реакционноспособному загустителю.
     Преимущества акриловых клеев — технологичность, быстрое и контролируемое отверждение, хорошая адгезия к разнообразным материалам, высокая стабильность при хранении. При использовании специальных активаторов или при ультрафиолетовом (УФ) отверждении время схватывания прочных акриловых клеев уменьшается до секунд.
     Акриловые клеи находят применение при различных способах сборки. Их преимущества состоят в обеспечении более равномерного распределения статических и динамических нагрузок по поверхности соединения, одновременной герметизации и защиты от коррозии.
     Уф-отверждаемые акриловые клеи отверждаются по механизму радикальной полимеризации при облучении УФ или видимым светом в присутствии различных фотоинициаторов. Основное отличие клеев УФ-отверждения от любых других адгезивных материалов заключается в операции отверждения, которая происходит только после облучения клеевого шва ультрафиолетовыми лучами.
     В состав клеев УФ-отверждения входят специальные добавки фотоинициаторы, которые при обычных условиях в химическую реакцию не вступают. Таким образом, все операции по нанесению клея и монтажу собираемого агрегата могут выполняться в обычном режиме, так как клей остается до начала облучения в неотвержденном состоянии.
     При экспозиции клеевого шва УФ-лучами в течение нескольких секунд фотоинициаторы расщепляются, переходят в свободные радикалы и инициируют линейную полимеризацию, которая происходит с очень высокой скоростью, и процесс полного отверждения клея может закончиться в течение нескольких секунд.
     Свойства клеев УФ-отверждения приведены в табл. 5.
     При УФ-полимеризации может происходить:
1.полная полимеризация (если УФ-лучами облучается вся площадь клеевого соединения);
2.частичная полимеризация (если УФ облучается только клеевой шов).
     Полная УФ-полимеризация возможна только при склеивании прозрачных материалов, когда клеевой шов облучается со стороны прозрачного материала, и в течение 3-30 сек происходит его полное отверждение. При полном УФ-отверждении, если длина излучаемых УФ-волн находится в диапазоне от 300 до 400 нм (ближний ультрафиолет), то время отверждения зависит только от толщины клеевого шва.
     На практике даже при склеивании прозрачных материалов обеспечить полную УФ-полимеризацию не всегда представляется возможным, например, когда площадь склеивания существенно превышает заданную для конкретной УФ-лампы величину или УФ-лучи не могут достичь всех обработанных клеем поверхностей.
     При частичной УФ-полимеризации прочность клеевого соединения полностью зависит от геометрии клеевого шва, расстояния между лампой и клеем, типом рефлектора и т.д.
     Механизм частичного УФ-отверждения использован при разработке целой серии адгезивов, которые получили название клев, отверждаемых УФ-светом, со вспомогательными системами полимеризации.
     При таком способе отверждения первоначально в момент облучения отверждается только часть клеевого материала по периметру клеевого шва, т.е. происходит поверхностная полимеризация.
     При частичной УФ-полимеризации клеевому соединению в течение нескольких секунд обеспечивается достижение 30-70% прочности от максимально возможной, а полностью процесс полимеризации заканчивается по обычному для данного клея механизму. Например, для анаэробных УФ-клеев и герметиков полностью процесс полимеризации адгезива происходит при отсутствии контакта с кислородом воздуха.      Отечественными адгезивами УФ-отверждения являются клеи марок: Квант – 401 (ТУ 6-01-2-731-87) и Анатерм 50УФ (ТУ 6-02-41-90).
     Цианакрилатные клеи более известные под названием «супер-клей», отверждаемые в узком зазоре, катализатором отверждения являются следы влаги, находящиеся на склеиваемых поверхностях. Они представляют собой вязкие однородные жидкости, которые длительное время могут оставаться в исходном состоянии и быстро отверждаться между склеиваемыми поверхностями с образованием прочного клеевого соединения.
     Цианакрилатные клеи характеризуются:
1.высокой адгезией к любым металлам;
2.быстрым отверждением (время схватывания составляет от нескольких секунд до нескольких минут);
3.сохранением рабочих характеристик в широком диапазоне температур.
     Клеи состоят из одного компонента, не требуют специальных инициаторов или растворителей, не вызывают коррозии.
     Физико-механические характеристики цианакрилатных клеев, выпускаемых в России и за рубежом, приведены в табл. 6, 7.
     Клеи типа ТК дают клеевое соединение, обладающее высокой прочностью и теплостойкостью, что позволяет использовать их для склеивания деталей, подвергающихся высоким механическим и тепловым нагрузкам.
     При необходимости обеспечения эластичности клеевого соединения используют клеи типа КМ, что позволяет склеивать детали, испытывающие вибрационные нагрузки и резкие перепады температур.
     Широкое внедрение цианакрилатных клеев при ремонте и обслуживании машин и оборудования сдерживается проблемами с хранением клея. Гарантийный срок хранения в герметичной таре в условиях комнатной температуры составляет 6 месяцев, при температуре не выше +50С – 12 месяцев.
     На отечественном рынке представлены также следующие цианакрилатные клеи фирмы Permatex.
     Permatex® Super Glue (Супер клей) обеспечивает прочное, быстросхватывающееся соединение, длительное время сохраняющее свои свойства. Он легко наносится и прочно склеивает пористые и гладкие материалы: металлы, большинство пластмасс, винил, резину, бумагу, дерево, ткань, пробку.
     Permatex® Super Glue Gel (Суперклей-гель). Гелеобразная консистенция данного клея очень удобна для точного применения и при креплении деталей к вертикальной поверхности. Также идеально подходит для высокорасположенных и труднодоступных поверхностей. Клей легко наносится и прочно склеивает непористые материалы: металлы, большинство пластмасс, винил, резину, бумагу, дерево, ткань, пробку.
     Permatex® Plastic Bonder (Супер клей для пластика) применяется для склеивания всех видов пластмасс, включая полиэтилен и полипропилен. Поверхность под склеивание подготавливается с помощью активатора, после чего наносится клеящий состав и поверхности прижимаются друг к другу.
     Клеи на основе каучуков
     Большое распространение в машиностроении получили клеи-растворы на основе обработанных натуральных или синтетических каучуков.
     Клеи на основе хлоропреновых каучуков представляют собой растворы синтетических термопластичных эластомеров в органических растворителях (этилацетате, бензине, бензоле, толуоле, и др.) со специальными добавками для повышения адгезионной прочности и теплостойкости (кумароноинденовых, бутилфенолоформальдегидных и др. олигомеров).
     Клеи представляют собой вязкие жидкости, состоящие из раствора хлоропренового каучука (обычно в смесях ароматических и алифатических углеводородов) и добавок. Сухой остаток 15-30%. Цвет белый, коричневый или рыжевато-коричневый (могут быть полупрозрачными или непрозрачными). Содержат наполнители (например, силикат кальция, диоксид кремния, глину, черную сажу) и антиоксиданты. Вулканизующие агенты для этих клеев – оксиды магния и цинка.
     Технологические особенности. Открытая выдержка при 20°С составляет 10-20 мин для «мокрого» склеивания и неограниченная в случае хранения деталей с просушенной пленкой клея и последующей ее реактивацией перед склеиванием с помощью растворителя или нагревания.
     При соединении пористых субстратов применяют «мокрое» склеивание (растворитель постепенно «мигрирует» из клеевого шва через приклеенный материал). Для непористых материалов основную часть растворителя удаляют испарением при выдержке в течение от 20 мин до нескольких часов (сушку можно ускорить обдувкой горячим воздухом, инфракрасным обогревом и т.д.) и производят контактное склеивание липких поверхностей при минимальном давлении.
     Повышенная прочность соединений обеспечивается в случае вулканизации каучука, что достигается либо склеиванием с нагревом, либо добавлением катализатора (например, изоцианата) и отверждением в течение 20 мин при температуре около 80°С и давлении 0,3 МПа.
     Расход клея зависит от вязкости композиции и для клеев с сухим остатком 30% составляет 0,15-0,25 кг/м2.
     Клеевые соединения имеют хорошую стойкость к воздействию воды, соляного тумана, алифатических углеводородов, ацетона, этилового спирта, смазок, слабых кислот и щелочей, биологических факторов. Клеи не пригодны для эксплуатации в контакте с ароматическими и хлорированными углеводородами, некоторыми кетонами и сильными окислителями. Длительно могут работать только в интервале температур от - 50 до +95°С. При высоких температурах подвергаются деструкции с выделением кислых побочных продуктов. Для уменьшения термодеструкции в состав клеящих композиций вводят акцепторы кислот, например, оксиды цинка или магния.
     Клеевые соединения поглощают вибрации, имеют хорошую прочность при сдвиге и отдире. При ограниченном уровне напряжений (0,20-0,70 МПа) выдерживают длительные статические нагрузки лучше, чем клеи на основе каучуков других типов.
     Клеи не пригодны для силовых соединений, в которых нужна прочность при сдвиге свыше 2 МПа, так как склонны к хладотекучести под действием относительно низких нагрузок.
     Нарастание прочности соединений при отвердевании происходит с большой скоростью, и в отличие от клеев на основе других каучуков хлоропреновые клеи способны выдерживать небольшие нагрузки при повышенных температурах уже вскоре после склеивания. Клеи этого типа, как правило, сохраняют липкость более короткое время, чем клеи на основе натурального каучука. Вскоре после склеивания хлоропреновые клеи в течение длительного периода могут выдерживать постоянную нагрузку от 0,2 до 0,7 МПа.
     Полихлоропреновые клеи хорошо заполняют зазоры. Для достижения оптимальных свойств клеевых соединений может понадобиться предварительная выдержка (кондиционирование) склеенных деталей в течение нескольких недель.
     Универсальные клеи марок 88СА, 88ПН, 88Н и др. применяют для склеивания широкого круга различных материалов: декоративных слоистых пластиков, резин, резин с металлами, кожи, тонких алюминиевых и стальных листов, линолеума, тканей, синтетических текстильных материалов, для крепления деревянных, фанерных и древесноволокнистых панелей к бетонным стенам.
     Для улучшения адгезии к металлам и пластикам обычно применяют адгезионные подслои на основе кремнийорганических соединений.
     Клеи и герметики на основе кремнийорганических каучуков поставляются в виде одно- или двухкомпонентных паст белого цвета, образующих в результате отверждения при комнатной температуре эластичные кремнийорганические материалы (RTV-силиконы). За рубежом название RTV часто применяют и по отношению к двухкомпонентным материалам, которые отверждаются при комнатной температуре в результате контакта с атмосферной влагой. Тонкие пленки (0,6 мм) отверждаются за срок до 90 мин, более толстые (до 15 мм) — за 7 суток.
     Двухкомпонентные составы отверждаются за счет каталитической реакции. Жизнеспособность после смешивания компонентов зависит от содержания катализатора и температуры окружающей среды.
     Свойства клеев этого типа подобны свойствам кремнийорганических резин: они обладают высокой устойчивостью к воздействию влаги, горячей воды, окислительной среды, озона, коронного разряда и комплекса климатических факторов: хорошо противостоят воздействию многих химикатов, в том числе разбавленных кислот и щелочей (например, стойки к серному ангидриду), но не устойчивы по отношению к газообразной хлористоводородной кислоте. В присутствии углеводородных растворителей и топлив отвержденные эластомерные клеи набухают. Имеют хорошую теплостойкость в интервале от 75 до 200°С (250°С кратковременно), сохраняя эластичность при низких температурах (до - 50...-60°С).
     Клеи обеспечивают прочность при сдвиге соединений из малоуглеродистой стали 1,7 (при 20°С) и 1,0 МПа (после 7 суток старения при 250°С), соединений из алюминия – до 2,0 (при 20°С) и 1,3 МПа (после 7 суток при 250°С). Прочность при отдире достигает 0,2-0,3 Н/мм, при отслаивании (фторкремнийорганических резин от металла) находится в пределах 0,2-0,4 Н/мм.
     Применяются в качестве герметизирующих и клеящих материалов общего назначения для уплотнения, придания водонепроницаемости и изоляции электрического и механического оборудования (бытового и промышленного).
     Основа полисилоксановых герметиков — жидкие, кремнийорганические каучуки линейного строения, содержащие боковые алкильные или арильные и концевые гидроксильные группы.
     Вулканизация кремнийорганических герметизирующих составов быстро протекает при комнатной температуре.
     В результате вулканизации композиции, имеющие консистенцию паст или вязких жидкостей, превращаются в резиноподобный материал. В зависимости от природы вулканизующего агента эта реакция протекает в присутствии катализаторов или под воздействием влаги воздуха. Отверждение однокомпонентных герметиков на основе силоксановых каучуков происходит в результате реакции вулканизующего агента с влагой воздуха, при этом, например, может выделяться уксусная кислота – катализатор вулканизации, в дальнейшем она улетучивается. При ремонте и обслуживании автомобиля данные составы применяются для уплотнения лобовых стекол, стекол фар. Большинство «жидких прокладок» являются составами влажностного отверждения.
     Одноупаковочные герметизирующие составы хранят в герметичных тубах. Продолжительность их вулканизации зависит от толщины наносимого слоя (например, при толщине слоя, равной 3 мм, она составляет 24 ч). Вулканизованные герметизирующие составы на основе жидких полиорганосилоксанов характеризуются удовлетворительными физико-механическими свойствами, высокой атмосферо- и влагостойкостью, малой коррозионной активностью по отношению к металлам. Эти герметизирующие составы не стойки к действию нефтяного топлива и предназначены для работы при температурах от -70 до 200°С. Для улучшения их крепления к металлическим и другим поверхностям применяют адгезионные подслои (например, П-11, П-12Э).
     Составы используются как герметики для паяных и сварных соединений; для склеивания металлов, стекла, керамики, древесины, пластиков в случаях, где необходимо обеспечить гибкость и теплостойкость клеевых швов; для устранения повреждений поверхности кремнийорганических резин при ремонте трактов горячего воздуха.
     Клеи на основе фенолоформальгедидных смол
     Фенолоформальдегидные смолы являются основной составной частью многочисленных клеевых композиций, обладающих ценным комплексом свойств, которые применяют при склеивании металлов, древесины, пластмасс и ряда других материалов. Фенолоформальдегидные смолы получаются поликонденсацией фенола с формальдегидом. В зависимости от соотношения исходных реагентов и условий поликонденсации могут быть получены смолы с различными свойствами. При эквимолярном соотношении реагентов или при избытке формальдегида в присутствии щелочного катализатора образуются смолы резольного типа, при избытке фенола в кислой среде – новолачные.
     Составы этой группы представляют собой смесь термореактивной фенолоформальдегидной смолы с дивинилнитрильным каучуком. Склеивание такими клеями производят в течение 20-120 мин при 150-200°С и давлении до 1,0 МПа.
     Наряду с высокими прочностными показателями при температурах до 200°С фенолокаучуковые клеи характеризуются высокой стойкостью к длительному (до 30000 ч и более) при 150-200°С и кратковременному (500-1000 ч) при 300°С старению. По стойкости к действию воды и различных климатических факторов – это лучшие из современных конструкционных клеев. К недостаткам клеев этого типа относятся высокое давление при склеивании (до 1,0 МПа) и относительно большое содержание летучих продуктов.
     Конструкционные фенолокаучуковые клеи выпускаются в виде жидких смол и в виде пленок, что позволяет в некоторых случаях упростить технологию склеивания и обеспечить высокую надежность клеевого соединения.
     Используются для склеивания металлов, резин, пластиков, древесины, стекла, керамики; в изделиях, работающих при высоких температурах, например, для приклеивания автомобильных тормозных накладок и накладок муфт сцепления, крепления абразивных полировальных кругов к металлическим державкам.
     Композиции из фенолоальдегидных олигомеров с поливинилбутиралем являются одними из наиболее старых марок клеящих материалов БФ-2 и БФ-4, используемых в машиностроении. Они до сих пор занимают важное место среди конструкционных клеев.
     После нанесения жидкого клея на склеиваемые поверхности необходима выдержка при 20°С до 1 ч, затем при 50-85°С (сушка для удаления растворителя). Фенолоформальдегидные резольные смолы, совмещенные с поливинилбутиралем, являются клеями с очень высокой адгезией к металлам и большинству неметаллических материалов.
     Типичные значения прочности клеевых соединений металлов для фенолополивинилбутиральных клеев составляют: предел прочности при сдвиге 14,0-35,0 МПа; предел прочности при равномерном отрыве 7,0-28,0 МПа; прочность при отдире 13-20 Н/см. Клеи обладают исключительной стойкостью к воздействию биологических факторов, воды, масел и ароматических топлив, а также погодных условий.
     Клей марки БФ-2 предназначен для склеивания металлов, пластмасс, керамики, для склеивания термопластов рекомендуется клей БФ-4. Клеи на основе фенолоформальдегидных смол и поливинилбутираля применяются для склеивания металлов, пластмасс, керамики, вулканизованных и невулканизованных резин, для приклеивания обшивок из металла или армированного пластика к сотовому заполнителю из бумаги (пропитанной смолой), в качестве адгезионного грунта для металлов перед склеиванием с древесиной клеями на основе фенолоформальдегидных смол.
     В качестве основы клеев применяют фенолоформальдегидные смолы резольного и новолачного типа. Теплостойкий клей ВС-10 представляет собой продукт совмещения резольного олигомера, поливинилформальэтилаля и алкоксисилана в смеси органических растворителей. Клеевые соединения отличаются высокими показателями длительной прочности и термостабильности и характеризуются высокой водостойкостью, стойкостью к действию масел, керосина и бензина.
     Клей ВС-350 отличается от клея ВС-10Т тем, что содержит фенолоформальдегидофурфурольную смолу. Клеевые соединения на клее ВС?350 имеют прочность при сдвиге, близкую к прочности клеевых соединений на клее ВС-10Т, но обладают большей прочностью при равномерном отрыве и длительной прочностью при повышенных температурах. Соединения выдерживают нагревание (до 200 ч) при 200°С и 5 ч при 350°С. Клеи ВС-10Т и ВС-350 предназначаются для склеивания металлов и теплостойких неметаллических материалов. Они обладают хорошей текучестью и способностью легко заполнять зазоры и неровности склеиваемых поверхностей.
     Теплостойкие клеи ВС-10Т, ВС-350, БФТ-52 (Россия), “Ридакс” (Англия), НАА-Хай-Темп-422 (США), “Пластофенол” (Германия) используются для приклеивания тормозных накладок, как при изготовлении, так и при ремонте.
     Полиуретановые клеи
     Высокие адгезионные и когезионныe характеристики полиуретановых клеев определяются наличием в них уретановых групп НNСОО с высокой энергией когезии.
     Наиболее распространены двухупаковочные клеи, состоящие из олигоэфирной смолы и изоцианатного отвердителя. После смешивания компонентов клеи отверждаются при комнатной температуре в течение 1-3 суток или при 100-1200С и давлении до 3 кгс/см2. Клеевой шов получается пористым, так как при реакции выделяются газообразные продукты реакции: вода и углекислый газ. Такие клеи обеспечивают прочности склеивания алюминиевых сплавов от 10 до 20 МПа при сдвиге.
     Второй тип полиуретановых клеев – однокомпонентные. Представляют собой раствор готового полиуретанового форполимера. Такие клеи в герметичной таре имеют срок хранения до одного года, отверждаются при комнатной температуре. Клеи, обладающие высокими конфекционными свойствами (АДВ-5к, Витур, “УР-МОНО”), предназначены для наклеивания отделочных тканевых и пленочных материалов (на лавсановой, полиамидной, полиимидной и ПХВ основах), фольги, листовых теплоизоляционных материалов. Клеи также применяются для склеивания металлов, резин, большинства жестких и эластичных пластиков, (кроме полиолефинов и фторопластов), древесины, пробки, бумаги, различных текстильных материалов, стекла и керамики, кожи, искожи, между собой и с пластиками, для крепления ворса к резинам и текстильным материалам, изготовления многослойных материалов из пластиков.
     Склеивание производят при контактном давлении после достижения липкости нанесенного слоя клея за счет испарения растворителя (или после реактивации полностью высохшего слоя клея горячим растворителем, прогревом лампами, феном). Полиуретановые клеи обладают высокой липкостью, часто обеспечивают мгновенную начальную прочность при контактном склеивании. Выдающимися свойствами полиуретановых материалов являются их высокая эластичность и стойкость к истиранию.
     Третий тип полиуретановых клеев – одноупаковочные составы, отверждаемые влагой воздуха, адсорбированной на склеиваемых поверхностях и содержащейся в воздухе.
     Клеи на основе эпоксидных смол
     Эпоксидные клеи могут быть жидкими, пастообразными, порошковыми, пленочными. Они поставляются в виде одно-, двух- или многоупаковочных композиций. Механизм процесса отверждения – поликонденсация или полимеризация (экзотермические реакции). Эпоксидные смолы в неотвержденном состоянии относятся к высокомолекулярным соединениям с низкой степенью полимеризации, которые могут вступать в реакции полимеризации. Они содержат функциональные группы, обеспечивающие возможность образования полимеров с пространственной сетчатой структурой (реакция отверждения). На основе матрицы из эпоксидных смол могут быть созданы универсальные материалы.
     Для ремонта автомобилей наиболее подходят отечественные эпоксидно-диановые смолы ЭД-16, ЭД-20, ЭД-22 (табл. 8). Наибольшей вязкостью обладает смола ЭД-16, которую перед применением нагревают до температуры 60-800С. Смолы ЭД-20 и ЭД-22 пригодны для применения при комнатной температуре. Неотвержденные эпоксидные смолы легко растворяются многими органическими растворителями. Достоинства эпоксидных композиций – возможность их отверждения при любых температурах, даже отрицательных, с получением требуемой формы и размеров отвердевшей композиции.
     Свойства отвержденной эпоксидной композиции в значительной степени определяются характеристиками эпоксидной смолы, условиями и режимами протекания процесса их отверждения.
     Химическая природа и строение молекул отвердителя во многом определяют структуру сетки и оказывают влияние не только на технологические свойства исходных композиций, но и на эксплуатационные характеристики полимеров. Как правило, двухкомпонентные системы смешивают, наносят на склеиваемые поверхности в пределах срока, соответствующего их жизнеспособности (минуты или часы), и отверждают при комнатной температуре не менее 24 ч, или для сокращения продолжительности отверждения выдерживают при повышенной температуре: не менее 3 ч при 600С или не менее 1 ч при 1000С.
     Однокомпонентные системы содержат латентный отвердитель, который требует нагрева для того, чтоб инициировать процесс отверждения. Алифатические амины, низкомолекулярные полиамиды и некоторые другие вещества отверждают эпоксидные смолы при комнатной температуре, а ангидриды кислот, ароматические амины и амиды кислот – при нагревании.
     Для холодного отверждения эпоксидных смол обычно применяют различные алифатические амины: диэтилентриамин (ДЭТА), триэтилентетрамин (ТЭТА), полиэтиленполиамин (ПЭПА) или полиаминоамиды марок Л-19, Л-20, ПО-300. При использовании полиамидов получаются композиции с лучшими эластическими свойствами, большей жизнеспособностью и меньшей усадкой, чем композиции с аминными отвердителями. Эти отвердители являются менее токсичными, чем аминные.
     Для создания быстроотверждающихся клеевых композиций, в том числе для отверждающихся при пониженных температурах и на влажных поверхностях, следует применять подгруппу высокоактивных аминных отвердителей, в которую входят полиаминоалкилфенолы. Это этилендиаминометилфенол (АФ-2) – продукт конденсации формальдегида и фенола с этилендиамином; диэтилентриаминометилфенол (УП-583Д) — продукт конденсации формальдегида и фенола с ДЭТА; триэтилентетраминометилфенол (УП-583Т) — продукт конденсации формальдегида и фенола с ТЭТА.
     Физико-химические свойства отвердителей марок ПЭПА, АФ-2, УП-583Д, УП-583Т и показатели эпоксидных композиций, отвержденных этими отвердителями, представлены в табл. 9. Указанные аминные отвердители позволяют отверждать эпоксидные смолы в интервале температур -10 … + 350С.
     Для клеев, способных отверждаться при комнатной температуре, повышение температуры отверждения положительно сказывается на сокращении продолжительности процесса, а также на прочности и теплостойкости соединений.
     Клеи горячего отверждения получают при использовании ароматических аминов, ангидридов и модифицированных ангидридов ди- и поликарбоновых кислот, например, фталевого ангидрида (ФА). Клеевые композиции с этими отвердителями требуют нагрева и не могут отверждаться при комнатной температуре. Обычно их жизнеспособность при комнатной температуре – несколько часов. Системы, отвержденные ароматическими аминами, имеют более высокую теплостойкость (до 120-1750С), чем клеи с алифатическими аминами (не выше 80°С).
     Термостабильность эпоксидных композиций с отвердителями ангидридного типа еще выше: длительно до – 1500С и кратковременно до 2600С.
     Хотя термостойкость эпоксидных композиций с отвердителями горячего отверждения (ангидридного типа и ароматическими аминами) выше, чем у композиций холодного отверждения, технологические трудности препятствуют широкому применению первых в клеевых композициях.
     Соединения с эпоксидными клеями сохраняют исключительную прочность и долговечность при воздействии различных сред. Прочность клеевых соединений мало изменяется при воздействии климатических условий в течение многих лет или при контакте с маслами, смазками, углеводородными топливами, щелочами, ароматическими растворителями, кислотами, спиртами в условиях холодной и теплой погоды. Некоторые композиции не стойки по отношению к жирам и маслам и могут терять прочность при продолжительной выдержке в воде (особенно горячей).
     Эпоксидные клеи имеют ряд преимуществ перед другими клеями, основными из которых являются:
1.высокая поверхностная активность и смачивающая способность по отношению к большому числу материалов;
2.высокая когезионная прочность отвержденных полимеров, которая часто превосходит прочность склеиваемых материалов;
3.отсутствие летучих продуктов в процессе отверждения, что снижает до минимума усадку и позволяет проводить склеивание больших поверхностей без давления при отверждении (при использовании других клеев часто необходимо делать дренажные отверстия для удаления выделяющихся при отверждении побочных летучих продуктов);
4.малая усадка по сравнению с усадкой полиэфирных, акриловых и винильных клеев;
5.низкая ползучесть и более значительное сохранение прочности при длительном нагружении по сравнению с термопластичными клеями;
6.возможность улучшения требуемых свойств путем подбора смолы и отвердителя, добавления модифицирующего агента, введения наполнителя, так как эпоксидные смолы обладают хорошей адгезией к большинству наполнителей, армирующих компонентов;
7.разнообразие эпоксидных смол и отверждающих агентов позволяет получить после отверждения материалы с широким сочетанием свойств.
     Свойства клеевых соединений на эпоксидных композициях не столь чувствительны к толщине клеевого шва, как свойства соединений на других клеях, и отличаются стабильностью в условиях эксплуатации.
     Эпоксидные композиции обладают уникальным набором технологических свойств, а полимерные материалы на их основе отличаются таким сочетанием высоких прочностных, теплофизических, диэлектрических, адгезионных, влагозащитных и других показателей, которого не имеет ни одна группа высокомолекулярных соединений.
     Предел прочности клеевых соединений металлов при сдвиге у эпоксидных клеев составляет от 7-50 МПа в зависимости от рецептуры, типа металла и способа подготовки склеиваемых поверхностей. Отвержденные в чистом виде эпоксидные смолы обладают повышенной хрупкостью, плохо выдерживают удары и вибрацию. Для повышения эластичности смол в их состав вводят пластификаторы. Пластификаторы можно вводить вручную, однако это может привести к неравномерному смешиванию с образованием большого количества пузырьков воздуха. Поэтому обычно применяют готовые компаунды, в которые уже введены пластификаторы: дибутилфталат (ДБФ), олигоэфиракрилат (МГФ-9) и др. (табл. 10). Пластификаторами эпоксидных смол также являются низкомолекулярные полиамидные смолы (Л-18, Л-19, Л-20), которые могут применяться в качестве отвердителей.
     Таблица 10. Модификаторы, используемые в эпоксидных клеях-компаундах

     Наиболее перспективным путем создания эластичных, высокопрочных клеев является модификация эпоксидных смол полиэфирами, полиуретанами. Но так как модифирующие добавки, как правило, имеют термопластичную природу, их введение снижает теплостойкость клеев. Несмотря на то, что существует большое количество марок эпоксидных клеев, непрерывно ведутся работы, направленные на дальнейшее повышение их технологических и эксплуатационных характеристик.
     Физико-механические свойства эпоксидных композиций существенно изменяют наполнители, которые вводят для уменьшения усадки, снижения коэффициента линейного (термического) расширения отвержденной композиции, увеличения теплопроводности, термостойкости и улучшения других физико-механических свойств.
     Наполнители в виде металлических порошков придают эпоксидным композициям свойства, присущие металлам: тепло- и электропроводность. Одновременно они сохраняют важные свойства полимеров: эластичность, адгезию к металлам, химическую стойкость. Некоторые наполнители, вступая в химические реакции с реакционноспособными группами эпоксидных отвердителей, влияют и на процесс отверждения эпоксидной смолы. Наполнители могут быть неорганическими и органическими, а также могут быть порошками из различных металлов. Характеристики и назначение некоторых наполнителей приведены в табл. 11.
     Составы эпоксидных композиций на основе смол ЭД-20 и ЭД-16 с пластификатором ДБФ, отвердителем ПЭПА, широко применяемые в практике ремонта автомобилей, представлены в табл. 12. Рекомендации по назначению этих составов приведены в табл. 13. Составы клеевых материалов с ускоренным режимом отверждения, повышенными морозостойкостью и улучшенными антифрикционными свойствами представлены в табл. 14.
     Готовят композиционные материалы следующим образом. Для лучшего перемешивания эпоксидную смолу ЭД-16 или ЭД-20 разогревают до температуры 60-800С и в ванночку отбирают необходимое ее количество. Небольшими порциями в смолу добавляют пластификатор (если он содержится в композиции) и перемешивают смесь 5-8 мин. Затем небольшими порциями вводят наполнитель и перемешивают еще 8-10 мин. Такой состав можно хранить длительное время. Окончательное приготовление композиции осуществляется непосредственно на месте использования перед применением. Так как после введения отвердителя или катализатора жизнеспособность композиции составляет от нескольких минут до нескольких часов – в зависимости от типа отвердителя.
     Таблица 11. Характеристики и назначение наполнителей

__________
*температура плавления,
**температура размягчения;
***температура разложения;
**** температура возгонки
А - окрашивание; Б - повышение теплопроводности; В - повышение электропроводности; Г - стабильность размеров; Д - повышение антифрикционных свойств и прочности на истирание; Е - улучшение электрических свойств; З - повышение электрического сопротивления; К - повышение хим-и влагостойкости; Л - наполнитель.
Таблица 12. Составы эпоксидных композиций

     При хорошем смешивании компонентов отклонение дозировки отвердителей до 5% от оптимального соотношения, а пластификаторов и наполнителей до 10% не приводит к существенным изменениям свойств композиции. Большее отклонение приводит к ухудшению свойств композиции.
     Разработан ассортимент клеевых композиций с повышенной адгезией ко многим металлическим и неметаллическим субстратам, высокой ударопрочностью, водо-, масло-, топливостойкостью, которые в настоящее время находят применение в различных отраслях народного хозяйства.
     В машиностроении эпоксидные клеи (в т.ч. модифицированные) широко используются для склеивания металлов (алюминиевых и титановых сплавов, сталей), конструкционных стекло-, углепластиков между собой и в сочетаниях, панелей из пенопласта, при замене клепаных соединений. В автомобильной промышленности применяются для приклеивания усиливающих элементов к легким металлам с целью повышения их жесткости; для замены операции сварки при изготовлении кузовов; при сборке кузовов из стеклопластиков; для склеивания корпусов аккумуляторных батарей.
     Все большее применение находят клеящие составы, которые наряду со склеиванием позволяют проводить ремонтные работы по восстановлению дефектных поверхностей. Типичными представителями таких составов являются высоконаполненные составы на основе эпоксидных смол, которые при отверждении способны не только склеивать между собой два или несколько элементов. Если такой состав нанести на поверхность, то после отверждения получается конструкционный материал с заранее заданными характеристиками, который можно механически обрабатывать. От шпатлевок, которые, как правило, используются только для выравнивания поверхности, их отличает то, что им заранее можно задавать как свойства, так и форму, что может полностью исключить их последующую обработку после отверждения. Например, при необходимости получить резьбу в дереве заранее подготовленное отверстие заполняется одним из таких составов, затем в это отверстие вставляется болт с необходимой резьбой, покрытой антиадгезивом (например, тонким слоем смазки), и все это оставляется до полного отверждения. После выкручивания болта получается необходимая резьба. При этом состав не только приклеился, но и принял необходимую форму.
     Такие высоконаполненные клеевые составы на основе конструкционных реактопластов, по мнению авторов, следует называть формообразующими клеевыми материалами (ФКМ).
     До настоящего времени таким материалам нет однозначного и правильного определения ни в России, ни за рубежом. В Германии фирма, занимающаяся разработкой таких материалов, называется Multi Metall, также называются производимые ею составы. В Швейцарии подобная фирма и материалы известны как «Durmetall». В России за такими материалами укоренилось название «холодная сварка». Но эти составы к сварке (которая подразумевает расплавление соединяемых материалов) не имеют никакого отношения и работают по законам склеивания.
     Наименование «холодная сварка» по отношению к полимерным композиционным материалам обосновывается тем, что во многих случаях они позволяют не только заменить пайку, сварку или наплавку, но и производить восстановление таких деталей, ремонт которых известными способами затруднен или невозможен.
     К преимуществам формообразующих материалов (как и композиционных материалов) перед полимерными относятся: повышенные жесткость, прочность на сжатие, теплостойкость, стабильность размеров; пониженные газо- и паропроницаемость; регулируемые электрические и фрикционные свойства; пониженная стоимость. Эти материалы готовятся перед применением из двух компонентов в виде пасты или состава консистенции пластилина (в зависимости от степени наполнения). Пастообразные составы обладают более высокой адгезией, а композиции в виде пластилина более удобны для применения в условиях аварийного ремонта, на потолочных швах и для восстановления корпусных деталей.
     Пастообразные материалы могут наноситься локально или по всей поверхности слоями, способны удерживаться в горизонтальных и вертикальных положениях.
     По своим прочностным характеристикам формообразующие материалы уступают металлам, но могут успешно применяться для проведения ремонтных работ на металлических поверхностях с рабочими температурами от –60 0С до + 1500С (до 2500С кратковременно) и конкурировать со сваркой или наплавкой из-за следующих преимуществ:
1.сокращение сроков проведения работ;
2.отсутствие деформаций и остаточных напряжений в стальных конструкциях;
3.возможность производить ремонтные работы емкостей без их опорожнения;
4.для проведения ремонтно-восстановительных работ не требуется высокая квалификация персонала;
5.низкая стоимость проведения ремонтных работ;
7.обеспечение пожаро- и взрывобезопасности ремонтных работ.
     Формообразующие клеевые составы обеспечивают проведение следующих видов работ:
1.ремонт и восстановление геометрии деталей, разрушенных эрозией и коррозией;
2.заделку и герметизацию трещин, вмятин, пробоин;
3.устранение дефектов литья, микропор, микротрещин, газовых сыпей;
4.восстановление до номинальных размеров посадочных мест подшипников качения, посадку втулок и подшипников;
5.ремонт трубопроводов, емкостей, цистерн.
     В основе их отверждения лежит химическая реакция полимеризации (или поликонденсации), которая происходит после смешивания компонентов. Поэтому формообразующие клеевые материалы практически не дают усадки при отверждении. Раздельно компоненты (полимерные составляющие с наполнителями) могут храниться достаточно долго, а после перемешивания в процессе отверждения молекулы этих двух компонентов образуют сшитые макромолекулярные цепи, которые переплетаются с мелкодисперсными частицами наполнителя. В качестве наполнителей используют порошки разных металлов, карбиды, минералы и т.п.
     Многие свойства формообразующих клеевых составов в значительной степени определяются свойствами связующего. Для ремонтных целей наиболее подходят связующие из эпоксидных смол, которые являются основой многих композиционных материалов. Эпоксидные смолы проявляют ценные физико-механические свойства в результате превращения под действием отвердителей в сетчатый полимер. Эпоксидные композиции обладают уникальным набором технологических свойств, а полимерные материалы на их основе отличаются таким сочетанием высоких прочностных, теплофизических, диэлектрических, адгезионных, влагозащитных и других показателей, какого не имеет ни одна группа высокомолекулярных соединений.
     Основное достоинство технологии ремонта с использованием эпоксидных клеевых составов основано на возможности их отверждения при любых температурах, начиная с отрицательных, и получения требуемой формы и размеров отвердевшей композиции. Это позволяет восстанавливать детали, минуя сложные технологические процессы нанесения и обработки материала.
     Эпоксидные смолы являются одним из лучших видов связующих для большого числа формообразующих клеевых составов, что объясняется следующими причинами:
1.эпоксидные смолы обладают хорошей адгезией к большинству наполнителей, армирующих компонентов и подложке;
2.разнообразие доступных эпоксидных смол и отверждающих агентов позволяет получить после отверждения материалы с широким сочетанием технологических и механических характеристик; 3.в ходе химической реакции между эпоксидными смолами и отверждающими агентами не выделяются вода и вредные летучие вещества, а усадочные явления при отверждении в этом случае ниже, чем для фенольных или полиэфирных смол;
4.отвержденные эпоксидные смолы обладают хорошей химической стойкостью к бензину, маслам, специальным жидкостям, а отдельные эпоксидные составы – также высокой водостойкостью.
     Характеристики и области применения формообразующих клеевых составов, представленных на российском рынке, приведены ниже. ООО «ТЕХНО-БАЗИС» освоено производство ряда формообразующих ремонтных составов, основные потребительские свойства которых представлены в табл. 15.
     Формообразующими клеевыми материалами “Полирем” производства ООО «Техно-Базис» для устранения дефектов отливок пользуются моторные, машиностроительные, компрессорные и насосные заводы, заводы топливной аппаратуры, вагоноремонтные предприятия.
     Производители абразивного инструмента используют в качестве клеевого материала в узле склейки шлифовальных головок на оправках клеевой состав «Полирем- Т».
     «Полирем» – вязкая металлополимерная композиция, предназначена для холодной молекулярной «сварки» металлических и неметаллических материалов (кроме полиэтилена и фторопласта), устранения макродефектов литья, отверстий, пробоин и других дефектов, отверждается в течение 24 ч.
     «ПОЛИРЕМ» – стержень, предназначен для ремонтно-восстановительных работ: герметизации свищей радиатора, заделки раковин, трещин, пробоин кузова машины, заделки отверстий топливного бака, пробоин картера, а также быстрого, прочного и герметичного ремонта и соединения деталей из черных и цветных металлов, пластмасс, стекла, керамики, дерева, работающих при температуре от –60°С до +150°С.
     Материал ПОЛИРЕМ-Т «ЛЕКАР» предназначен для ремонта трещин, пробоин, проржавевших отверстий в глушителях автомобилей, работающих при повышенных температурах (до +250°С), вибрациях и напряжениях.
     Состав «Полирем-Т» — термостойкий аналог холодной сварки «Полирем», температурный диапазон эксплуатации: от -600С до +2500С.
     Металлопластилин «Полирем-стержень» — высоковязкий тиксотропный аналог «Полирем-пасты», предназначенный для ремонтных работ.
     Металлопластилин «Полирем-алюминий» — двухкомпонентный состав, используется для проведения ремонтных работ на алюминиевых сплавах.
     Металлопластилин «Полирем-бронза» — двухкомпонентный состав, рекомендуется для ремонтно-восстановительных работ на медьсодержащих металлах.
     Паста и металлопластилин «Полирем-I0 минут» предназначены для быстрого и надёжного соединения и ремонта деталей из черных и цветных металлов, пластмасс, керамики. Обеспечивают надежный ремонт в условиях повышенной влажности, при низких температурах (до 0 0С). Готовить клеевой состав следует при температуре не ниже +50С. Состав схватывается за 10 мин при +200С. Через 1-1,5 ч изделие можно подвергать нагрузке и механической обработке.
     Быстротвердеющая композиция «АВТО-МИГ» предназначена для быстрого и эффективного ремонта пробитых топливных баков, текущих радиаторов, пробоин картера, заделки трещин и свищей. Может использоваться на влажных поверхностях и со следами масла. Диапазон рабочих температур от -60°С до + 130°С. Время «схватывания» при 200С – 10-15 мин, время полного отверждения – 24 ч.
     Предприятием ОАО «Композит» выпускается эпоксидный ремонтный состав — клеевая мастика марки «Маком-1» – очень технологичный с пределом прочности при сжатии не менее 90,0 МПа, с прочностью при отрыве при склеивании стали не менее 25 МПа. Характеристики клеевой мастики «Маком-1» представлены в табл. 16.
     Клееваямастика «Маком-1» – быстроотверждающийся (за 3 ч) клеевой состав, наполненный порошками минералов, – используется не только для восстановлении потерь металла от коррозии, кавитации, изнашивания при ремонте автомобилей, но и для заполнения дефектов, вмятин при ремонте трубопроводов большого диаметра (рис. 2). Мастика «Маком-1» также применяется для выравнивания дефектов и усиления поверхностей из металлов, керамики, для ремонтно-восстановительных работ с целью герметизации и ликвидации течей, трещин в системах отопления. Состав «Маком-1» может применяться для склеивания деталей из сталей, алюминиевых сплавов, стеклопластиков, керамики в случае больших зазоров (от 0,5 мм) между склеиваемыми поверхностями.
     При отверждении клей-мастика «Маком-1» не дает усадки, может наноситься на дефекты в любых положениях, в том числе и вертикальных. «Маком-1» может наноситься на поверхности любой влажности и отверждаться при температурах, начиная от -10°С и выше. После отверждения клей-мастика может обрабатываться шлифовальной машинкой или вручную – напильником. В отвержденном состоянии мастика легко подается механической обработке (сверлению, точению, нарезанию резьбы и пр.).
     В управлении механизации №3 г. Москвы «Маком-1» применяют для герметизации трещин в аккумуляторах, что указывает не только на достаточную адгезию состава к разным типам пластмасс, но и на его кислотостойкость.
     Отвержденная клеевая мастика была опробована с положительным результатом на работоспособность в интервале температур от - 196 до 200°С в условиях повышенной влажности, бензина, масел.
     Предприятие ЗАО «Металлополимерные материалы ЛЕО» под маркой “ЛЕО” производит широкую номенклатуру компаундов: в виде паст, гелей, легкотекучих композиций. Составы “ЛЕО” приготавливаются на основе эпоксидных смол, модифицированных физико-химическим способом, с многокомпонентным наполнителем из металлических, керамических и минеральных частиц, придающих необходимые прочностные и технологические свойства. Материалы имеют высокую когезионную и адгезионную прочность к цветным металлам, чугуну, нержавеющей стали, дереву, стеклу, бетону, керамике, пластмассам (текстолиту, стеклопластику и т.п.). Свойства составов «Лео» сохраняются при длительной эксплуатации в водной, масляной, химически активных средах.
     Металлополимер “ЛЕО-Сталь-керамика”: вязкая однородная паста коричневого цвета (удельная масса 2,86 г/см3), универсального применения. Имеет наиболее высокую прочность и повышенную износостойкость.
     Металлополимер “ЛЕО-Т”: вязкая однородная паста светло-серого цвета (удельная масса 1,95 г/см3). Состав предназначен для ремонта и восстановления узлов, деталей, не подверженных интенсивному износу (устранение различных протечек, заделка литьевых раковин, трещин, вмятин), легко обрабатывается инструментом.
     Металлополимер “ЛЕО-антифрикционный”: вязкая однородная паста сине-черного цвета (удельная масса 2,1 г/см3). Состав предназначен для восстановления трущихся деталей и узлов и обеспечивает низкий коэффициент трения (восстановление посадочных мест подшипников скольжения, втулок, валов и т.п.).
     Набор для ремонта радиаторов Permatex® (США) Quick Solder Radiator Repair Kit предназначен для заделки небольших отверстий, швов и мест утечек в радиаторах, отверждается в течение 60 мин. Выдерживает высокие рабочие температуры и давление. Применяется при ремонте радиаторов из стали, латуни и алюминиевых сплавов.
     Состав Peimatex® Instant Gas Tank Repair позволяет заделывать небольшие отверстия без демонтажа бака (рис. 3). Обладает адгезией к металлу, смоченному бензином. После отверждения в течение 60 мин превращается в прочный клеевой шов.
Х     арактеристики металлополимерных составов фирмы LOCTITE представлены в табл. 17.
     Термопласты
     У термопластичных клеев при склеивании химическая структура не изменяется; они затвердевают в результате удаления растворителя (клеи-растворы) или застывания расплава (клеи-расплавы – термопласты со 100%-ным содержанием клеящего вещества).
     Клеи-расплавы
     Клеями-расплавами (плавкими клеями) называют термопластичные клеи, которые при нагревании переходят из твердого состояния в пластичное, а остывая, склеивают между собой различные материалы. Адгезионная и смачивающая способность клеев-расплавов проявляется при их плавлении и последующем охлаждении до комнатной температуры.
     Использование клеев-расплавов имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с адгезивами других типов. К ним относятся:
1.возможность проведения процесса склеивания с большой скоростью;
2.отсутствие растворителей, что делает клеи-расплавы совершенно безвредными для здоровья;
3.клеи-расплавы полностью нелетучи;
4.клеи-расплавы не вытекают из клеевого шва и не проникают в глубь субстрата.
     Клеи-расплавы готовят на основе термопластов, которые затвердевают при охлаждении и склонны к повторному размягчению при нагреве. Термопластичные клеи выпускаются в виде растворов полимеров в органических растворителях, начальных продуктов полимеризации (олигомеров), липких лент пленочных клеев, мономеров. В группу термопластичных клеев входят полиакриловые, полиамидные, полиуретановые и полиэфирные клеи, а также клеи на основе полиэтилена, поливинилхлорида, сополимера этилена с винилацетатом, полиизобутилена и различных эластомеров. При формировании клеевого слоя химическая структура клея-расплава не изменяется. Адгезионная способность клея-расплава сохраняется в течение длительного времени. Время схватывания может составлять от долей секунды до нескольких секунд.
     Эксплуатационный диапазон температур зависит от марки клея и составляет + 80…+2300С. Чем выше температура плавления клея-расплава, тем больше интервал рабочих температур такого клеевого соединения.
     Большой теплостойкостью (до 2000С) обладает клей-расплав марки КР-16-20 (ТУ 6-05-11-60-75).
     Наибольшей эластичностью обладает клей-расплав марки КРУС-2 (ТУ 13-027-3250-32-92) – однородный гранулированный материал на основе сополимера этилена с винилацетатом, эфира канифоли и минерального наполнителя. Клей КРУС-2 имеет температуру размягчения не менее 85 0С, время открытого твердения – 3-5 сек., обеспечивает прочность клеевого соединения при сдвиге не менее 2,5 МПа.
     Клеи-расплавы независимо от марки подогревают с помощью любого нагревательного прибора до температуры текучести: до тех пор, пока он не станет текучим и не заполнит трещину, после остывания образуется прочное клеевое соединение, которому дальнейшее отверждение не требуется.
     Клеи-расплавы не получили еще такого широкого распространения для ремонта и обслуживания автомобилей, как, например, эпоксидные компаунды, тем не менее, это очень перспективные материалы, которые в будущем могут стать одними из основных клеев, используемых как в автомобилестроении, так и для ремонтных работ.

ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ

     Эффективность применения клеевых составов в значительной степени определяется подготовкой поверхности. Неправильная подготовка поверхности приводит к снижению адгезии, а в некоторых случаях даже к разрушению клеевого соединения без приложения внешних сил.
     Подготовка поверхности для нанесения любого клеевого соста-ва — это химический или механический процесс, который изменяет поверхность субстрата, делая ее более активной при контакте с клеевым составом.
     Подготовку поверхности следует разделить на два этапа:
1 — очистка и обезжиривание;
2 — специальная обработка.
     Очистка и обезжиривание
     Самой неприятной, но необходимой операцией при любом техническом обслуживании и ремонте автомобиля является его очистка. Если мойка наружной поверхности кузова дело обычное и занимает несколько минут, то очистка внутренностей автомобиля, моторного отсека, коробки перемены передач, ведущего моста занятие не из приятных. Однако именно на этих узлах и агрегатах в основном приходится устранять неисправности. Удаление загрязнений является необходимым условием для качественного обслуживания и ремонта автомобиля, так как наличие загрязнений на поверхности деталей автомобиля препятствует обнаружению дефектов и проведению контрольных и регулировочных работ.
     Так сложилось, что эти места моют только перед продажей автомобиля или техосмотром, что, мягко говоря, неправильно. Содержание всего автомобиля в чистоте – одно из необходимых условий долговечности и безотказной его работы. Скопившиеся загрязнения на поверхности радиатора и двигателя нарушают его теплообмен. Наличие пыли на аккумуляторе приводит к задерживанию на нем влаги, а результат – утечка тока, что является причиной разрядки аккумулятора. Каким бы не был «крутым» аккумулятор, стоянки два-три дня в сырую погоду вполне достаточно, чтобы его энергии не хватило не то, что на запуск двигателя, но даже и на работу автомагнитолы. Грязные и влажные провода высокого напряжения уменьшают энергию искры на свечах, поэтому возникают проблемы с пуском двигателя и заметно повышается расход бензина. Ну, а то, что наличие загрязнений в виде соли на окрашенных поверхностях кузова ускоряет коррозионные процессы, всем понятно.
     Специалистами установлено, что большая часть выходов из строя современных автомобилей случается из-за отказа электросистем, а также из-за разъедания резины и пластика агрессивными загрязнениями, накапливающимися на двигателе и в моторном отсеке. По статистике страховых компаний, большинство автомобильных пожаров связано с возгоранием моторного отсека от короткого замыкания проводки после “проедания” изоляции загрязнениями.
     Проведение операций по очистке поверхности также предусмотрено при подготовке поверхности для нанесения практически всех клеев и герметиков, что оказывает определяющее влияние на качество клеевого шва и стабильность его прочностных показателей.
     Очистка труднодоступных мест с помощью тряпки или щетки (достаточная для наружной очистки поверхности кузова) – трудоемкое и малоприятное занятие. Поэтому для облегчения мойки таких труднодоступных мест автомобиля используют разные способы.
     Стационарные пункты мойки автомобилей в основном специализируются на наружной очистке автомобиля. Некоторые пункты проводят очистку моторного отсека, причем без гарантии запуска двигателя; буксировать автомобиль в автосервис, хотя и отмытый до блеска, никому не хочется.
     Быстро, а главное, качественно, очистить труднодоступные места автомобиля от прочных смолистых отложений позволят современные пенные очистители фирм GUNK® (США) FOAMY ENGINE BRITE® (рис.4) и фирмы Permatex® Eliminftor Engine Degreaser, которые быстро удаляют любые загрязнения: пригоревшие технические жидкости, масляные подтеки, солевые следы. Мощные эмульгаторы, образующие активную пену, позволяют составу удерживаться на вертикальных поверхностях, проникать в зазоры между деталями, размачивать и удалять любую, даже застарелую, грязь. Состав безопасен для пластика и резины, предотвращает разрушение электрической проводки моторного отсека солевыми агрессивными дорожными остатками. Защищает от опасности возникновения пожара моторного отсека. Очиститель рекомендуется использовать каждый год – перед началом сезона, техническим обслуживанием и ремонтом двигателя, коробки перемены передач, подвесок, при предпродажной подготовке автомобиля.
     Составы наносятся на холодные детали. Для лучшего доступа к карбюратору, где, как правило , скапливается особенно много загрязнений, желательно снять воздушный фильтр. Необходимо отсоединить аккумулятор, закрыть полиэтиленовой пленкой генератор, стартер, распределитель, катушку зажигания, карбюратор. Баллон перед употреблением необходимо тщательно взболтать. Не переворачивая баллон клапаном вниз, очиститель обильно наносится на очищаемую поверхность и выдерживается в течение 10-20 мин. Сильно загрязненные места необходимо очистить щеткой или кистью. Затем все смывается сильной струей воды. Можно использовать мойку под давлением. Если очистке подвергался моторный отсек, то после мойки его необходимо оставить с открытым капотом на 15-20 мин. Этого будет достаточно для его сушки, после чего можно приступить к установке снятых деталей, и удалению защитных пленок. Очиститель двигателя GUNK® CITRUS ENGINE BRITE® 16 AVG не только очищает моторный отсек, но и придает ему приятный запах. Состав также может придать глянцевый вид очищенным деталям, для этого повторно на очищенные детали необходимо нанести препарат и дать ему высохнуть в течение 10-15 мин, не смывая водой. Защитная пленка предотвращает загрязнение очищенных деталей.
     Аккумулятор и его выводы могут быть очищены специальными пенными щелочными очистителями Permatex® Battery Cleaner (рис.5) или GUNK® BTC 4 BATTERY TERMINAL CLEANER, которые быстро удаляют не только солевые отложения и грязь с корпуса, но и трудноудаляемые окислы с клемм аккумулятора.
     очистки контактов проводки также существуют специальные средства. Очистка режущими инструментами или наждачной бумагой часто дает мнимый положительный результат. Поверхности электрических контактов современных автомобилей имеют специальные покрытия, толщина которых не рассчитана на использование механических способов очистки, в результате использования которых они могут быть повреждены, что ухудшает их токопроводность и ускоряет коррозию. Для указанных целей могут быть использованы, специальные составы, Permatex® Electrical Contact Cleaner (рис.6) или GUNK® NM1 ELECTRIC MOTOR CONTACT CLEANER, которые быстро сохнут и не вызывают коррозии контактов, являются токонепроводными. После нанесения на поверхность легко растворяют загрязнения, и, стекая, удаляют их.
     При ремонте снятых узлов и деталей (карбюратора, двигателя, коробки передач и т.д.) возникает необходимость в очистке внутренних полостей и каналов. Для этих целей необходимы не только другие моющие составы, но и другие способы очистки. Для очистки внутренних поверхностей используют погружной способ очистки. Основное преимущество этого способа по сравнению со струйным в том, что обеспечен контакт всех поверхностей с моющим составом. При погружном способе очистки затруднено механическое воздействие моющего состава на загрязнение, и определяющая роль отведена химическому воздействию на загрязнение, что могут обеспечить только специальные средства. Специально для погружных способов очистки разработано моющее средство Permatex® Carburetor Parts Cleaner (рис.7). Препарат не требует нагрева, не вызывает коррозии.
     При удалении старых пригоревших прокладок часто используют механические способы очистки, не думая о последствиях. Герметичность любого соединения обеспечивается не только прокладкой, но и шероховатостью соединяемых поверхностей, которая при использовании механических способов изменяется. Применение специальных составов Permatex®Gasket Remover, Permatex® Silicone Stripper Gel Gasket Remover позволяют удалить старые прокладки и получить готовую поверхность для сборки.
     Для обезжиривания поверхностей применяют органические растворители, водные моющие средства, щелочные препараты и специальные щелочные составы.
     В качестве растворителей для обезжиривания металлических поверхностей обычно используют бензин и ацетон, для обезжиривания поверхностей полимерных материалов и резин – тетрахлорэтилен, трихлорэтилен и изопропиловый спирт при условии, что эти материалы не растворяются в выбранном растворителе.
     Фирма Permatex для одновременной очистки и обезжиривания субстратов перед использованием своих анаэробных герметиков рекомендует использовать аэрозольный очиститель тормозов Permatex® Non-Chlorinated Brake Part Cleaner, что особенно удобно при сборке резьбовых соединений.
     Многообразие клеевых и герметизирующих составов, предлагаемых для ремонта и обслуживания автомобилей (эпоксидные, полиэфирные, анаэробные, акриловые и т.д.), исключает единые технологические рекомендации подготовки поверхности перед нанесением клеевых материалов. Так, обезжиривание синтетическими моющими растворами благоприятно действует на нанесение полимерных покрытий на основе эпоксидных смол. Но анаэробные полимерные материалы на поверхностях, обезжиренных синтетическими моющими растворами, не отверждаются.
     Во многих случаях вышеперечисленные операции позволяют эффективно очистить поверхности перед склеиванием при условии, что на субстратах не осталось следов коррозии металла. Для повышения адгезионной активности субстрата могут быть использованы специальные способы подготовки поверхности. Продукты и следы коррозии могут быть удалены или нейтрализованы дополнительной химической обработкой.
     Специальные способы подготовки
     Повысить адгезию клеевых составов, и противокоррозионную стойкость склеиваемых поверхностей можно за счет специальных способов подготовки субстратов. Для этого используют физические (механические), химические и физико-химические способы. Более эффективной является химическая обработка поверхности, которая обеспечивает наибольшую прочность клеевых соединений.
     К физическим (механическим) способам обработки поверхности относятся абразивная обработка струйными методами и зачистка поверхности шлифовальной шкуркой. При эксплуатации автомобиля происходит интенсивный процесс коррозии металлических поверхностей, в результате которого на поверхности возникают углубления со следами коррозии. При ремонте автомобиля, как правило, приходится работать именно с такими поверхностями. Из механических способов очистки хорошие результаты дает только пескоструйная очистка. Однако пескоструйная очистка может применяться только для деталей толщиной более 3 мм, требует специального оборудования, значительных энергетических затрат и может быть использована только при специализированном ремонте. Удаление ржавчины механическим методом – тяжелый и трудоемкий процесс. Для этого применяются металлические щетки, наждачная шкурка либо другой абразивный инструмент. Механический способ не позволяет удалить следы коррозии из углублений, при этом оказывается воздействие только на верхний слой ржавчины. Нанесение на такую поверхность клеевого состава приводит к быстрому образованию вокруг остатков коррозии дополнительных, рыхлых продуктов коррозии, объем которых быстро увеличивается, что ведет к разрушению клеевого соединения.
     Более производительными и эффективными являются химические способы подготовки поверхности. Химические составы могут по-разному воздействовать на поверхность металлов. В зависимости от механизма взаимодействия химического состава с поверхностью металлов различают следующие химические способы подготовки поверхности: травление; фосфатирование; нейтрализация ржавчины; нанесение адгезионных грунтов (праймеров).
     Травление – это процесс удаления окислов и гидратов окислов металлов с поверхности химическими методами. Для этого используют растворы кислот или кислых солей в основном в производ-ственных условиях. После травления детали необходимо промыть проточной водой.
     Фосфатированием называется процесс химической обработки стальных изделий с целью получения на их поверхности слоя нерастворимых в воде фосфорнокислых соединений. Фосфатирование проводится на предварительно очищенной поверхности металла растворами на основе солей фосфорной или ортофосфорной кислоты. Соли этих кислот, оседая на поверхности металла, образуют нерастворимую в воде мелкокристаллическую пленку фосфата железа с сильно развитой поверхностью и высокой адгезией к металлу. Полимер, нанесенный на фосфатный слой, обладает адгезией в 2-2,5 раза большей, чем к металлу, подготовленному механическим способом. Кроме того, фосфатный слой пассивирует поверхность металла, т.е. тормозит процесс коррозии. Это способствует увеличению срока службы клеевого соединения.
     Использование химических специальных способов позволяет также полностью удалить остатки коррозии или преобразовать их в нерастворимые соединения.
     Производительность удаления ржавчины повышается при сочетании механического и химического способов. Сначала с поверхности механическим путем удаляют рыхлый поверхностный слой ржавчины, а на остатки ржавчины в порах и углублениях воздействуют химическим способом.
     Для удаления ржавчины могут быть использованы следующие составы. Техническое моющее средство РОН-СТОП фирмы «ТЕХНО-БАЗИС», позволяющее очистить поверхность металлов от ржавчины, окалины, накипи. Для удаления ржавчины также могут быть использованы «Автоочиститель ржавчины Омега-1». Состав представляет собой смесь ортофосфорной кислоты, карбоксиметилцеллюлозы, аэросила и ингибитора коррозии. Перед употреблением очиститель необходимо хорошо перемешать, а затем нанести шпателем или кистью слоем 1-3 мм на ржавую поверхность и выдержать на ней 5-30 мин (в зависимости от толщины слоя ржавчины). Опыт использования очистителя показывает, что он действительно способен полностью удалить ржавчину, в том числе и из углублений. Но для этого вышеуказанную операцию приходится повторять многократно (для интенсификации процесса очиститель можно дополнительно втирать железной щеткой). После полного удаления ржавчины очиститель удаляют сухой тканью или щеткой и протирают поверхность насухо. Аналогичным образом может быть использована паста «Морж».
     Использование химических составов позволяет преобразовать остатки ржавчины в прочные, нерастворимые в воде соединения. Для этих целей может быть использован состав Permatex® Rust Treatment, средство КОЛЬЧУГА фирмы «ТЕХНО-БАЗИС», которое преобразовывает ржавчину в нерастворимый в воде цинкооксиднофосфатный слой серого цвета (рис.8). При этом обеспечивается эффект протекторной защиты металла от коррозии, что повышает долговечность клеевых соединений. Аналогичнымисвойствами обладает состав «Нейтрализатор ржавчины ВСН-1». Необходимо отметить, что преобразователи ржавчины не взаимодействуют с толстыми слоями ржавчины (более 100 мкм), которые необходимо удалять механическим путем.
     При использовании химических способов антикоррозионной подготовки поверхности необходимо строго соблюдать инструкцию по их применению, иначе они сами могут способствовать коррозии металла.
     До настоящего времени отсутствуют четкие теоретические представления, которые объясняют все многообразие процессов, протекающих при подготовке поверхности под склеивание, а также влияние этих процессов на образование адгезионного контакта между клеем и субстратом. При нанесении клеевого состава на поверхность металла происходит контакт разнородных материалов, что в некоторых случаях может привести к закономерной контактной коррозии. В машиностроении существует перечень материалов, которые не могут находиться в контакте именно из-за возникновения контактной коррозии. Если все же возникает такая необходимость, то между деталями устанавливают прокладки. Подобных рекомендаций для клеевых составов пока нет. Однако замечено, что при использовании полиэфирных шпатлевок при ремонте кузовов автомобилей коррозия возникает там, где имеется прямой контакт шпатлевки с металлом, а там, где шпатлевка контактирует с окрашенной или загрунтованной поверхностью, коррозии не наблюдается. Возникающий контакт металла с клеевым составом также может существенно изменять условия протекания коррозионного процесса на поверхности металла (защищать, тормозить, активизировать).
     Для того, чтобы полностью обезопасить себя от подобных процессов, используются противокоррозионные, адгезионные грунты, которые улучшают смачиваемость клеем субстратов, создают промежуточный слой, который защищает от коррозии металлы. Для этих целей могут быть использованы покрытия, содержащие цинк, например, Cold Galvanizing Compound. После нанесения состава реализуется протекторная (катодная) защита металлов от коррозии. Состав широко используется при ремонте кузовов, перед нанесением любых шпатлевок.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СКЛЕИВАНИЯ

     При разрушении клеевого соединения, как правило, обвиняют клей. Но, что такое «хороший» клей? Среди специалистов такой термин практически не употребляется. Основным критерием любого клея является адгезия. Однако один и тот же клей, например, анаэробный, имеет хорошие адгезионные характеристики при склеивании металлов, но совершенно бесполезен при склеивании картона или дерева. Об адгезионной прочности соединения в этом случае говорить не придется, так как анаэробный клей при этом просто не станет отверждаться.
С     клеивание – это лишь один из способов соединения деталей друг с другом в ряду прочих, среди которых резьбовые соединения, сварка, пайка, клепка. Каждый такой вид предполагает свои конструкционные особенности соединяемых деталей. Так, например, соединения, спроектированные под сварку, не могут быть адекватно заменены клеевым соединением (рис. 9).
     Анализ характеристик существующих клеев показал, что трудно выделить отдельные свойства или группу свойств, по которым можно было бы судить о качестве составов. Прочность и долговечность клеевого соединения не определяется только свойствами клея, поэтому правильно рассматривать клеевое соединение в целом.
     Оценить качество клеевого соединения можно только по его работоспособности – способности выполнять заданные функции на определенном отрезке времени и при определенных условиях.
     Работоспособность клеевого соединения главным образом определяется следующими параметрами: величиной, направлением и характером действующей нагрузки; конструкцией клеевого соединения; условиями эксплуатации; правильным выбором клея; подготовкой склеиваемых поверхностей; технологией приготовления и нанесения клея; соблюдением технологии монтажа склеиваемых поверхностей; соблюдением режимов отверждения клея.
     Поэтому работоспособность клеевого соединения зависит не только от того, чем склеено, но еще и как склеено.
     Величина, направление и характер нагрузки
     Трудно получить клеевое соединение с требуемой работоспособностью без предварительного анализа величины нагрузок, действующих в процессе эксплуатации, и направления их действия. Цель оптимизации любого клеевого соединения заключается в достижении наиболее равномерного распределения нагрузки (напряжения) по всей площади клеевого шва, который удерживает клеевое соединение за счет адгезии или внутренних сил. Упрощенно можно сказать, что напряжение – это внутренняя сила, приходящаяся на единицу площади клеевого шва. Определить величину напряжения можно только расчетным путем по формуле
где ? – напряжение;
P – сила;
А – площадь.
     В Международной системе единиц (СИ) в качестве единицы напряжения принят паскаль (Па). Паскаль – это напряжение, при котором на площади в 1 м2 возникает сила, равная 1 Н.Эта единица очень мала, поэтому используется кратная ей единица – мегапаскаль, 1МПа=106 Па.
     В зависимости от направления действующей нагрузки различают два вида напряжений в клеевом шве: нормальные (?), при которых нагрузка перпендикулярна относительно клеевого шва, и касательные (?), при которых нагрузка лежит в плоскости клеевого шва.
     В этом случае формула имеет вид:
     В зависимости от направления приложения нагрузки к клеевому соединению различают следующие виды нагружения клеевого шва: сдвиг, равномерный отрыв, равномерное сжатие, неравномерный отрыв, отдир и расслаивание (рис.10).
     При сдвиге (рис.10 а) возникают касательные напряжения, более-менее равномерно распределенные по всей площади склеивания. Клеевое соединение, спроектированное для работы на сдвиг, позволяет рационально использовать площадь клеевого шва – получить экономичное соединение с максимальной стойкостью к разрушению.
     При равномерном сжатии (рис.10, б) и равномерном отрыве (рис.10, в) несущие способности клеевых соединений также высоки. При этом возникают нормальные напряжения, распределенные равномерно по всей площади склеивания. Особенность этого вида нагружения в том, что на практике его трудно получить, особенно при выполнении ремонтных работ. Это объясняется тем, что если приложенная нагрузка действует эксцентрично или отклоняется от перпендикуляра относительно клеевого шва, то нарушается равномерное распределение напряжений, и клеевое соединение будет испытывать внецентренное растяжение, сжатие.
     Внецентренное растяжение (рис.10, г), сжатие имеют место при смещении нагрузки относительно центра площади склеивания или при наличии момента сил. При этом виде нагружения в клеевом шве напряжения распределяются неравномерно, и с одной стороны соединения происходит концентрация напряжений. Такое соединение будет иметь большую склонность к разрушению, нежели при сдвиге или равномерном отрыве. При данном виде нагружения особенно важны толщина склеиваемых элементов и их площадь, а точнее – способность их к деформации под нагрузкой. Деформация склеиваемых элементов существенно нарушает равномерность распределения напряжений. Для более равномерного распределения напряжений необходимо увеличение площади склеивания и толщины склеиваемых элементов. Поэтому клеевые соединения, испытывающие такие нагрузки, будут менее экономичны.
     Отдир имеет место, если один из склеиваемых элементов гибкий (тонкий лист, ткань, резина), а другой жесткий (рис. 10, д).
     Расслаивание склеенных элементов (рис.10, е) вызывает недостаточная жесткость обоих склеиваемых элементов.
     Особенность отдира и расслаивания в том, что вся нагрузка сосредотачивается на очень маленькой площади клеевого шва, т. е. возникает очень высокая концентрация напряжений вдоль узкой линии. В этом случае площадь клеевого шва не влияет на прочность склеивания. Если клеевое соединение не будет иметь достаточную длину или нагрузка не будет достаточно малой, оно будет разрушаться.
     Из анализа вида нагружения клеевого шва следует, что при проектировании клеевого соединения необходимо стремиться снизить концентрацию напряжений. Это достигается трансформированием нагрузки в сжимающие или сдвигающие напряжения в клеевом шве, по возможности избегая отслаивающих и расслаивающих усилий.
     Справедливость вышеизложенных теоретических рассуждений и пример трансформирования отдирающей нагрузки показан на рис. 11, 12. Для проведения эксперимента достаточно линейки и любой липкой ленты (изоляционная лента, лейкопластырь и т. п.).
     Приклеим изоляционную ленту к линейке и приложим силу, направленную, примерно, под углом 900 к плоскости линейки (см. рис. 11). Разрушить такое клеевое соединение не представляет труда, так как клеевое соединение работает на отдир. При этом линейку можно рассматривать как жесткий элемент по сравнению с лентой. Причем, за счет увеличения площади клеевого шва при этом не удается повысить прочность клеевого соединения.
     Снова приклеим изоляционную ленту, но линейку перевернем на 1800, при этом клеевой шов находится внизу и работает уже на сдвиг. Разрушить такое соединение, даже приложив достаточное усилие (что видно по изогнутой линейке), не получается (см. рис. 12). В итоге имеем вполне работоспособное клеевое соединение.
     Для более детального исследования работы клеевого соединения рассмотрим клеевое соединение в виде одинарной нахлестки.
     Анализ напряженно-деформированного состояния клеевого соединения в виде одинарной нахлестки и расчет его параметров
     Следует отметить, что до настоящего времени отсутствуют общепринятая методика для расчета параметров клеевого соединения и общепринятая теория адгезии. Существующие способы расчетов клеевых соединений разработаны для конкретных случаев с множеством допущений и основываются в основном на результатах эксперимента.
     При расчете параметров клеевого соединения важно, чтобы площадь (при соединении жестких элементов) или длина (если хотя бы один элемент эластичный или гибкий) клеевого соединения была достаточной по размерам для восприятия самой большой нагрузки, которая возможна в условиях эксплуатации. Найти необходимую площадь (длину) клеевого соединения можно из выражений показателей прочности клеевых соединений. Для оценки их прочности в основном используют два показателя: средняя прочность и максимальное напряжение. По физическому смыслу показатель «максимальное напряжение» ближе к объективной оценке прочности клеевого соединения, чем средняя прочность, так как клеевой шов начинает разрушаться там, где проявляется максимальное напряжение.
     Для более детального изучения клеевого соединения рассмотрим тип клеевого соединения металлов «одинарная нахлестка» (рис. 13, а). Приложение нагрузки (Р) в плоскости склеиваемых элементов (пластин) (рис. 13, б) приводит к деформации как склеиваемых элементов, так и клеевого шва. Это является причиной появления переменных напряжений, в основном касательных (?), в клеевом шве и нормальных (?) для склеиваемых поверхностей металла. По длине клеевого соединения напряжения распределены неравномерно; максимальное напряжение (?мах) в клеевом шве находится на конце нахлестки (рис. 13, в) и может в несколько раз превышать величину среднего напряжения (?ср), определяемого отношением величины нагрузки (Р) к площади склеивания (F). Для количественной оценки распределения напряжений необходимо использовать довольно громоздкий математический аппарат, не располагая к тому же необходимыми исходными данными (такими, как толщина, критерии прочности клеевого шва, его деформационные свойства). Положение осложняется еще и тем, что напряжения в клеевом шве во времени не остаются постоянными, а могут существенно перераспределяться, поэтому этот способ имеет ограниченное применение.
     В большинстве практических случаев, а также при экспериментальной оценке клеевых соединений оценка прочности клеевого шва сводится к определению разрушающей нагрузки для клеевого соединения или к определению «средней прочности» отношением разрушающей нагрузки (Р) в (Н) к площади склеивания (A) в (м2).
     Отсюда условие прочности клеевого соединения на сдвиг будет иметь вид:
     Условие прочности клеевого соединения на отрыв определяется выражением:
     Допустимые напряжения сдвига [?] и [?] можно определить отношением значения предельных напряжений ?пр и ?пр для клея к коэффициенту запаса прочности n:
     Величина коэффициента запаса прочности зависит от многих факторов (правильности подбора клея, ответственности и условий эксплуатации клеевого соединения) и обычно его принимают n?2.
     Пределы прочности клеев на сдвиг примерно в 2 раза меньше прочности на отрыв, что зависит от многих факторов (вида склеиваемых материалов, способа подготовки поверхности и т.д.) для современных клеев? ?отр достигает 25-60 МПа.
     Однако справедливость этих формул обеспечивается только в том случае, если обеспечивается более или менее равномерное распределение напряжений по всей площади клеевого шва, а склеиваемые элементы обладают достаточной жесткостью.
     Следует иметь в виду, что повышение площади клеевого шва за счет увеличения длины нахлестки (размер c) (см. рис. 13, а) может повышать несущую способность соединения только до определенного предела, что вытекает из анализа напряженно деформированного состояния (см. рис. 13). После достижения определенной длины нахлестки разрушающая нагрузка стремится к постоянной величине и увеличить значение разрушающей нагрузки можно только за счет увеличения ширины нахлестки (размер d), а если это невозможно по конструктивным соображениям, следует выбрать более рациональную схему клеевого соединения.
     Если хотя бы один склеиваемый элемент будет эластичным (ткань, резина и т.д.) или гибким (тонкий лист железа), приведенные формулы теряют физический смысл, так как площадь клеевого шва не будет влиять на его несущую способность, а шов будет испытывать отдирающие напряжения. При этом напряжения концентрируются вдоль линии.
     Поэтому для таких случаев расчет ведется по другой формуле, где нагрузка распределяется не на площадь, а на длину клеевого шва:
где d – длина клеевого шва.
     Эти напряжения выражаются в кг/см и н/мм.
     Анализ напряженно деформированного состояния самого простого клеевого соединения, как одинарная нахлестка, показывает, что работоспособность клеевого соединения может быть значительно повышена при равномерном распределении напряжений по клеевому шву. Равномерно распределить нагрузку по площади клеевого шва позволяют рациональные конструкции клеевых соединений, приведенные ниже.
     Другими словами, важно не только, чем склеено, но еще и как.
     Конструкция клеевого соединения
     Основная цель при конструировании клеевого соединения – равномерное распределение нагрузки в клеевом шве. Поэтому при конструировании клеевых соединений необходимо избегать отдира и отслаивания.
     Конструкция клеевого соединения, как правило, определяется двумя основными факторами:
1.направлением действия всех приложенных нагрузок и сил, которые соединение должно выдерживать в процессе эксплуатации;
2.легкостью, с которой может быть сформировано соединение.
     Проектирование клеевой конструкции сводится к стремлению снизить концентрацию напряжений, а также трансформировать приложенную нагрузку в сжимающие или сдвигающие напряжения в клеевом шве, по возможности, избегая при этом отдирающих и расслаивающих усилий.
     Все типы клеевых соединений, как бы не были они сложны, можно представить в виде четырех основных типов: угловые, Т-образные, стыковые, лист-лист (рис.14).
     В зависимости от вида соединяемых материалов, их жесткости, типа соединений, характера и направления нагрузок разрабатываются конструкции клеевого соединения.
     На рис. 15, 16, 17 представлены схемы клеевых соединений деталей в зависимости от их типа.
     Условия эксплуатации клеевых соединений      Выбранный клей должен удерживать склеенные элементы и сохранять прочность шва в течение всего предполагаемого срока эксплуатации изделий. Поэтому при выборе соответствующего клея необходимо знать условия эксплуатации склеиваемого изделия.
     Важным фактором, влияющим на выбор клея, является диапазон температур, при котором будут использоваться клееные соединения. Требование по температуре эксплуатации должно относиться к температуре в клеевом соединении, но никоим образом не к температуре окружающей среды. При высоких температурах все клеи теряют некоторую часть прочности, которую они имеют при нормальной температуре, а некоторые размягчаются или деструктируют до такой степени, что становятся бесполезными. Хотя часть выпускаемых в настоящее время синтетических клеев может выдержать воздействие температуры 350°С, для большинства клеев ограничение верхнего значения эксплуатационной температуры составляет 70-95°С.
     Воздействие низких температур вызывает хрупкость большин-ства клеев и приводит к появлению внутренних напряжений. Для работы при температуре ниже 0°С рекомендуется выбирать эластичные термопластичные или эластомерные клеи, которые сохраняют некоторую упругость при отрицательных температурах.
     На прочность и долговечность клеев, кроме температуры, могут оказывать влияние химические реагенты, холодная и горячая вода, масла, растворители, бензин и т.д.
     Выбор клея
     В настоящее время не существует универсальных клеящих веществ, удовлетворяющих комплексу требований для склеивания любых материалов при любых возможных условиях эксплуатации. Поэтому часто идут на компромисс, исходя из требуемых свойств соединения, решают, какое из требований в данном случае является более, а какое — менее важным. Общее правило при выборе клеев – клей по своим свойствам должен приближаться к склеиваемым материалам. Из большого числа типов клеев выбирают прежде всего те, которые имеют адгезию к склеиваемым материалам в соответствии с табл. 18 и 19.
     К выбору клея могут быть разные подходы. Предложенный ниже метод считаем наиболее исчерпывающим, который в некоторых случаях может быть упрощен. Итак, при выборе клея необходимо учитывать и анализировать следующее:
1.вид нагрузки на клеевое соединение (статическая, динамическая);
2.способ нагружения (растяжение, сдвиг, отдир);
3.величина нагрузки (при динамическом нагружении и частота);
4.когезия клея и его адгезия к субстрату должны быть максимально высокими, составлять не менее 1/10 когезионной прочности склеиваемого материала;
5.деформационные характеристики клея(модуль упругости и т. п.) должны совпадать или приближаться к характеристикам склеиваемого субстрата;
6.теплостойкость и изменение деформационных характеристик клея и субстрата в рабочем температурном интервале (для соединений, работающих в средней климатической зоне – от -30 до +80 ОС) также должны быть близкими;
7.долговечность в данных условиях, безопасность и надежность соединения (возможность аварийной ситуации в результате нарушения клеевого шва в случае резких изменений условий эксплуатации);
8.стойкость к воздействию внешних факторов (основное значение имеет степень снижения адгезии и когезии), а также минимальные гигроскопичность и проницаемость для веществ из окружающей среды; стойкость к прямому влиянию химических (концентрация веществ и пределы их изменения), биологических реагентов и температуры (пределы и частота изменений);
9.способ подготовки поверхности субстрата перед склеиванием, который должен быть по возможности простым и менее трудоемким;
10.клей не должен вызывать коррозию склеиваемого субстрата или оказывать другое отрицательное влияние;
11.способ и время отверждения (желательно, чтобы клей отверждался без нагревания и давления).
     Условия работы клеевого соединения могут быть весьма специфическими, что определяется особенностями их нагружения. По своему характеру нагрузка может быть постоянно действующая, действующая периодически или меняющаяся с высокой частотой. Не каждый клей одинаково хорошо работает во всех этих условиях. Некоторые из них образуют жесткие, хрупкие клеевые швы, которые разрушаются при действии нагрузок, меняющихся с высокой частотой (вибрационные нагрузки). Другие клеи склонны к ползучести и не способны выдерживать длительное воздействие нагрузок на клеевое соединение, но они могут выдерживать значительные нагрузки, действующие в отдельные промежутки времени. Увеличение скорости нагружения клеевых соединений вызывает повышение их прочности (например, при ударе или сдвиге). Эти факторы также надо учитывать при выборе клея.
     Приготовление, нанесение клея
     Приготовление клея в домашних условиях требуется в тех случаях, если используются многокомпонентные клеевые или герметизирующие материалы. Как правило, такие материалы выпускаются в упаковках с мерными делениями, что позволяет потребителю точно соблюдать пропорции компонентов.
     Клеи, полученные смешиванием компонентов, следует использовать в течение срока их жизнеспособности.
     Очень большая группа клеев и герметиков выпускается в виде одного компонента, и именно такие материалы наиболее широко используются в быту при выполнении ремонтных работ. К этой группе материалов относятся все виды акрилатных и анаэробных клеев и герметиков, большинство кремнийорганических и полиуретановых герметиков, клеи-расплавы и некоторые другие клеящие материалы.
     Чаще всего клей наносят на обе склеиваемые поверхности, однако допускается и одностороннее нанесение адгезива, например, цианакрилатные клеи и некоторые каучуковые клеи наносят только на одну из соединяемых поверхностей. Как правило, на одну из сопрягаемых поверхностей наносят и герметики. А вот эпоксидные клеи всегда необходимо наносить на обе склеиваемые поверхности.
     Способ нанесения клея зависит от его состояния (жидкий, пастообразный и твердый в виде пленки, порошков, прутка или таблеток), размеров и конфигурации склеиваемых поверхностей. Правильно выбранный способ нанесения адгезива позволяет распределить материал в виде сплошного равномерного клеевого слоя заданной толщины.
     Для нанесения клея используют полив, кисти, шпатели, валики, ножевые устройства.
     Монтаж склеиваемых деталей.Образование клеевого соединения
     После нанесения клеящих материалов необходимо зафиксировать склеиваемые детали в определенном положении, чтобы не допустить их смещения в период формирования клеевой прослойки, что обеспечивается с помощью соответствующих приспособлений. Используемые приспособления должны обеспечить требуемое для склеивания давление.
     Давление создает равномерный слой клея определенной толщины, которая влияет на прочностные характеристики клеевого соединения. Для большинства клеевых соединений оптимальной является толщина клеевой прослойки 0,1-0,2 мм. Толщину клеевой прослойки контролируют при помощи проволоки различного диаметра, которая соответствует толщине клеевой прослойки. Давление способствует хорошему контакту клея со склеиваемыми поверхностями. Под давлением клею легче проникнуть в поры и неровности поверхности, благодаря чему возникает механическое зацепление. Давление должно быть приложено вертикально к площади соединения и быть равномерным. Неравномерное распределение давления, особенно при склеивании элементов с недостаточной жесткостью, может привести к перекосу элементов и формированию клеевой прослойки переменной толщины, что снижает прочность клеевого соединения.
     Образование клеевого соединения происходит при отверждении клеевой прослойки, которая происходит в результате:
1.улетучивания растворителя из раствора клея;
2.улетучивания одной из эмульсий;
3.улетучивания растворителя с одновременной полимеризацией растворенного вещества (процесс полимеризации может протекать при воздействии кислорода, тепла, воды или катализатора);
4.улетучивания растворителя до полимеризации растворенного вещества или одновременно с ней с отверждением отвердителем;
5.использования реакционноспособного растворителя в качестве одного из ингредиентов клея;
6.отверждения олигомеров отвердителями;
7.затвердевания расплавленного твердого или порошкообразного клея при его охлаждении.
     нанесения клея соединение должно быть выдержано в сборочном приспособлении в течение определенного времени, достаточного для полного отверждения клея.
     При использовании клеев холодного отверждения соединение может выдерживаться от нескольких часов до нескольких суток.
     Клеи холодного отверждения можно отверждать и при повышенных температурах для сокращения продолжительности отверждения, повышения прочности, однако при этом снижается эластичность клея.
     Клеи горячего отверждения могут отверждаться за время от нескольких минут до нескольких часов при конкретных температурах от 40 до 3500С и могут быть использованы для склеивания субстратов, способных выдерживать такой нагрев. Для клеев горячего отверждения регламентируются время и температура отверждения, скорость повышения которой зависит от габаритов склеиваемых элементов и их теплопроводности.
     В процессе отверждения при повышенной температуре очень важно, чтобы нагрев был равномерным по всей склеиваемой поверхности, в противном случае могут возникать локальные внутренние напряжения. Охлаждать клеевые соединения после горячего отверждения следует медленно.
     Другие факторы,влияющие на прочность склеивания
     Если выбор клея определяется необходимостью достижения заданной прочности, то толщина слоя клея в соединении играет важную роль. Объем клея в соединении должен быть достаточным, чтобы заполнить микронеровности на поверхности субстрата (поры, капилляры, выступы), а также компенсировать его усадку при отверждении. Усадка клея может иметь место вследствие изменения объема молекул в результате химической реакции или в результате удаления растворителя. Нельзя не обращать внимания на повышенный расход клея в результате его диффузии в поры субстрата (например, при склеивании древесины). В подобных случаях может возникнуть необходимость предварительного заполнения пор субстрата с помощью соответствующего адгезионного грунта.
     Самую высокую прочность при равномерном отрыве и сдвиге получают, применяя клеи с высоким модулем упругости при минимальной толщине клеевого слоя. Для термореактивных клеев оптимальная прочность обычно достигается при толщине слоя 0,06-0,15 мм. При толщине менее 0,03 мм прочность обычно уменьшается в зависимости от качества подгонки поверхности субстратов. При таком зазоре может получиться ”голодное” соединение – практически полное отсутствие клея.
     Если клей является жестким, как, например, термореактивные клеи, тонкий слой клея будет более устойчив к возникновению в нем трещин при изгибе соединения. Для осуществления деформации тонкой пленки требуется большее усилие, чем для толстой. Увеличение толщины клеевого слоя одновременно повышает вероятность появления в нем пустот, воздушных пузырей или других дефектов, ослабляющих клеевое соединение. Более того, степень нагружения границы раздела клеевого соединения внутренними напряжениями и термические напряжения при использовании субстратов с различными коэффициентами линейного расширения будут пропорциональны толщине слоя клея. Для эластичного клея с низким модулем упругости внутренние напряжения в соединении не так сильно влияют на снижение его несущей способности. Экспериментально было многократно подтверждено, что при действии на соединение внахлестку растягивающей нагрузки желательно использовать эластичные клеи в достаточно толстом слое.
     Контроль качества склеивания
     Контроль качества склеивания осуществляется визуально, а также по сплошности и толщине выдавленного из клеевого шва слоя клея или герметика.
К дефектам склеивания относятся:
1.недостаточная адгезионная прочность (может произойти в случае некачественной подготовки поверхности под склеивание, неправильного выбора клея или несоблюдения технологических режимов склеивания);
2.местные непроклеи (могут возникнуть в случае плохой пригонки сопрягаемых поверхностей и при слишком тонком слое клея);
3.расслаивание и трещины (когезионные разрушения), причиной которых, как правило, являются большие остаточные напряжения.
     Таким образом, при использовании клеев и герметиков необходимо не только правильно выбрать клей и грамотно его приготовить, но и строго соблюдать технологию склеивания.

ОСОБЕННОСТИ СКЛЕИВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

     Свойства склеиваемых материалов оказывают влияние как на выбор клея, так и на технологию склеивания. Так при склеивании тканей и декоративно-отделочных материалов клей не должен их пропитывать, а при склеивании поверхностей, имеющих трещины и капилляры, наоборот, нужен клей с низкой вязкостью, способный в них проникать. При склеивании металлов клей не должен вызывать их коррозию. Свойства материала определяют и способы подготовки поверхностей к склеиванию. Ниже рассмотрены особенности склеивания наиболее распространенных материалов.
     Склеивание металлов
     Хотя склеивание как способ соединения материалов известен давно, история склеивания металлов насчитывает немногим более 50 лет. Причиной этого можно считать не низкую адгезию к металлам, а скорее низкую когезионную прочность клеев, которая и сегодня уступает практически всем металлам.
     Только после появления составов с относительно высоким модулем упругости, накопления опыта и обобщение теоретических знаний возникла реальная возможность соединять металлы склеиванием. Однако склеивание долгое время оставалось не основным способом, а только заменой других способов соединения металлов. Во время Второй мировой войны авиакомпания «Dе Havil1and Aircraft Соmраnу» (Англия) выпустила первые самолеты, в которых были использованы клееные деревянные конструкции, усиленные металлом.
     Интересно,чтоэто было первое применение клея на основе фенолоформальдегидной смолы, модифицированной поливинилацеталем.
     Успех английской авиакомпании долго оставался единственным, хотя к концу войны были разработаны высокопрочные клеи на основе эпоксидных смол именно для металлов. Недостаток опыта и теоретических знаний вызывали недоверие к этому способу соединения. Даже спустя 25 лет после войны, специалисты в печати задавали вопрос, что лучше: клеить, клепать или сваривать? Однако сегодня с уверенностью можно сказать, что космическую технику: внеземную (ракеты, спутники и объекты типа лунохода) и наземную (огромные радиолокаторы и другое оборудование) – без склеивания представить нельзя.
     Склеивание имеет ряд преимуществ перед классическими способами соединения металлов:
1.возможность соединять разнородные металлы, которые нельзя клепать или сваривать;
2.возможность соединять металлы с неметаллическими материалами;
3.равномерное распределение напряжений по площади соединения;
4.упрочнение конструкции в тех местах соединения, где клепка и сварка вызывают ослабление;
5.снижение вибрации конструкции;
6.герметичность соединения при давлении и вакууме;
7.соединяемые материалы не подвергаются таким температурным колебаниям, как при сварке;
8.большинство клеевых соединений могут быть демонтированы при нагреве без повреждения субстратов;
9.лучший внешний вид и более ровная поверхность.
     Склеивание металлов имеет и определенные недостатки:
1.клеевое соединение чувствительно к ударам, высокой температуре и некоторым химическим реагентам;
2.требуется очень тщательная подготовка поверхности;
3.необходимо точное соблюдение технологии, главным образом, при использовании многокомпонентных клеев и клеев, отверждаемых по сложным режимам;
4.конечная прочность достигается обычно за более длительный промежуток времени, чем при клепке и сварке;
5.возможности контроля качества соединения ограничены.
     Кроме перечисленных преимуществ и недостатков, следует назвать и некоторые другие факторы, с которыми необходимо считаться, но которые нельзя однозначно отнести к преимуществам или недостаткам. Например, клеевое соединение представляет собой электрически изолированную систему (если не используются токопроводящие клеи). Это свойство иногда может быть полезным, а иногда, наоборот, невыгодным. Считается, что квалификация работников, занимающихся склеиванием, должна быть высокой. Однако квалификация сварщиков, особенно при сварке специальных сплавов, в защитной атмосфере и т. п., должна быть тоже самой высокой.
     Несмотря на то, что и сегодня задают вопросы, что лучше: варить, клепать, паять или клеить, для специалистов ответ давно ясен. Склеивание рассматривается как один из способов неразъемного соединения материалов. Для того, чтобы определиться перед выбором вида неразъемного соединения металлов, необходимо взвесить все преимущества и недостатки каждого из них, что и позволит получить соединение с необходимыми свойствами.
     Необходимым условием достижения максимальных прочности и долговечности клеевых соединений металлов является правильный выбор субстрата и клея. Выбранные для склеивания металлические поверхности должны иметь соответствующие физико-механические свойства и оптимальные геометрические размеры. Разнородные субстраты должны как можно меньше различаться по таким свойствам, как модуль упругости и термический коэффициент расширения. Если этот принцип нe может быть соблюден, то необходимо выбрать такой клей, который снижает эти различия. Если предъявляемым требованиям не отвечает ни один клей, то выбирают эластичный клей или систему клеев. Например, при соединении эластичного и твердого субстратов используют со стороны эластичного субстрата эластичный клей, а со стороны твердого – жесткий. Оба клея должны быть, совместимыми и иметь адгезию друг к другу.
     Решающее значение имеет поверхностная обработка металлов перед склеиванием. Однако до настоящего времени в этой области остается еще много невыясненных вопросов. Например, влияние шероховатости, результатом которой должно быть механическое заклинивание клея, не полностью объяснено. Существует точка зрения, согласно которой клей является прежде всего средством для выравнивания неровностей на поверхности субстратов. В то же время известно, что наиболее высокая прочность достигается при склеивании металлов, подвергнутых травлению. Оставшиеся после травления неровности более мелкие, чем те, что остаются после механического шерохования.
     Кроме того, клей должен иметь соответствующие физико-химические и физико-механические, адгезионные и когезионные свойства. Для повышения адгезии используют различные добавки к клеям (хлорированные каучуки, поливиниловый спирт или адгезионные грунты, которые характеризуются высокой адгезией к субстрату). Они помогают устранить различия в механических константах субстрата и клея.
     Большинство металлов, как правило, хорошие проводники тепла. Поэтому клеи, которые под действием тепла существенно меняют свои свойства, можно использовать только в условиях, исключающих повышение температуры. В настоящее время имеется достаточное число клеев для металлов, которые продолжительное время выдерживают температуру от +80 до +1100С. Для более сложных условий эксплуатации имеются клеи, которые в течение длительного времени выдерживают температуры от +120 до +1800С и кратковременно – до 5000 С.
     Выше отмечалось, что клеевые соединения хорошо сопротивляются сдвигу и равномерному отрыву, хуже – неравномерному отрыву и еще меньше – отдиру и отслаиванию. Кроме того, клеевые соединения относительно плохо противостоят резким ударам. Это необходимо принимать во внимание при конструировании соединения. Напряжения, вызывающие отдир или удары, должны приходиться на металлические части соединения. Наиболее подходят для этого конструкции с использованием различных усиливающих устройств.
     Клеевые соединения часто эксплуатируются в условиях воздействия воды, ее паров и различных химических реагентов. От этих воздействий необходимо предохранить прежде всего чистую поверх-ность металла после ее подготовки перед склеиванием. Поэтому склеивают, как правило, сразу же после проведения химической подготовки. Следует учесть, что обработанная поверхность некоторое время сохраняет кислую или щелочную реакцию, которая может отрицательно повлиять на отверждение клея, так «кислые» поверхности после травления замедляют или полностью прекращают отверждение цианакрилатных клеев. Пленка на поверхности металла от синтетических моющих средств, которые используются для обезжиривания субстрата, повышает адгезию при использовании клеевых составов на основе эпоксидных смол, но препятствует отверждению анаэробных составов. Поэтому желательно, чтобы поверхность субстрата имела нейтральную реакцию и была сухой.
     Некоторые клеевые соединения имеют низкую долговечность, так как отверждeнный клей в условиях эксплуатации может гидролизоваться или деструктироваться, быстро утрачивая клеящую способность. Через клеи могут мигрировать агрессивные вещества, вызывающие коррозию субстрата.
     Объем продуктов коррозии значительно превышает объем исходного металла, поэтому возникновение продуктов коррозии между металлом и клеем не только способно снижать адгезию, но и разрушать клеевое соединение. Коррозию могут вызывать клеи, отверждаемые кислотами, при склеивании алюминиевых материалов коррозию вызывает избыток щелочного отвердителя. Клей не должен образовывать с металлическим субстратом гальваническую пару. В зависимости от величины электродного потенциала клей может активизировать, замедлять или защищать поверхность металла от коррозии. В клеевом соединении может быть реализован как анодный, так и катодный способ защиты субстрата от коррозии. Наиболее эффективным и экономически обоснованным является анодный способ. Этого можно избежать, правильно выбрав клей, субстрат или изменив условия работы соединения. Однако наиболее простым способом является применение качественного защитного покрытия на площади всего клеевого соединения, главным образом по краям клеевого слоя. Хорошо в этом случае зарекомендовали себя эпоксидные и силиконовые покрытия, которые одновременно улучшают внешний вид изделия. Такая обработка целесообразна главным образом в том случае, когда соединение работает в жидкой или в очень агрессивной среде.
     Часто бывает важно, чтобы клей отверждался быстро. Для этого применяют клеи-расплавы, которые можно расплавить индукционным или высокочастотным нагревом. Отверждение происходит в результате застывания расплава при соответствующем давлении. Этот способ склеивания похож на точечную сварку. Однако на практике возникают проблемы, связанные с взаимным расположением соединяемых элементов, их параллельностью и хорошей очисткой в месте соединения. Способ требует сложных конструкционных приспособлений для фиксации соединяемых элементов.
     Склеивание металлов и неметаллических конструкционных материалов – наиболее важная и обширная область применения клеев. Клеевые соединения металлов и других конструкционных материалов должны обладать высокой прочностью, долговечностью в различных климатических условиях, термостойкостью. При выборе клеев для склеивания различных пар металлов и неметаллических материалов целесообразно воспользоваться справочными таблицами по клеям.
     Таблицы 18 и 19 предназначены для предварительного выбора клея соответствующего типа для конкретного случая применения. Однако следует учитывать, что данные о свойствах клеев и их типах, приведенные в этих таблицах, носят ограниченный характер, так как они не дают представлений о взаимосвязи между всеми основными свойствами клеев. Представление настоящих таблиц объясняется тем, что они полезны, так как позволяют сразу исключать не отвечающие требованиям клеи при рассмотрении более трудных проблем. В табл. 18 показано, могут ли обеспечить адгезию к какому-либо конкретному субстрату клеи различных типов, обозначенных кодовыми номерами, приведенными в табл. 19. При выборе клея для склеивания одного материала с другим кодовый номер типа клея, помещенный в строке, соответствующей склеиваемому материалу, должен быть одинаковым для обоих материалов.
     Особенности технологии склеивания пластмасс
     Неразъемные соединения пластмасс получают главным образом сваркой, химической сваркой и склеиванием. Четкую границу между этими методами в применении к пластмассам провести трудно.
     При сварке в месте соединения материал доводят до вязкотекучего состояния с помощью различных устройств и приспособлений: паяльника, потоков горячего газа, токов высокой частоты, ультразвука, лучистой энергией и т.д. Сваривание пластмасс также происходит и при их контакте с нагретой твердой поверхностью. В результате получают слой расплава на поверхности детали, который играет роль связки, способной после совмещения с другой поверхностью (находящейся в аналогичном состоянии) после охлаждения давать неразъемное соединение. При сварке происходит локальное изменение агрегатного состояния материала в ограниченном объеме. В основе таких процессов соединения, когда адгезив и субстрат имеют одинаковую химическую и молекулярную природу, лежит явление аутoгезии (самослипания). Прочность шва может достигать значений когезионной прочности основного материала.
     Химическая сварка имеет некоторые общие черты со способами сварки пластмасс, представленными выше. При химической сварке в условиях сжатия соединяемых нагретых поверхностей происходит взаимодействие свободных функциональных групп, имеющихся в материале соединяемых заготовок. Этот процесс идет тем энергичнее, чем выше температура. Так, в частности, происходит сварка не полностью отвержденных реактопластов. Результаты получаются лучше, если на поверхность детали будет нанесен слой полимерного связующего, входящего в состав пластмассы, особенно, если процент незаполимеризовавшейся смолы низок. Химической сварке способствует набухание полимера в растворителе, так как при этом усиливается подвижность функциональных групп. Прочность шва при химической сварке зависит от продолжительности выдержки заготовок в нагретом состоянии под давлением. Значения давления и температуры нагрева могут быть ниже, чем при обычной сварке. К химической сварке можно отнести и склеивание пластмасс растворителями.
     Склеивать пластмассы сложнее, чем металлы, так как они содержат большое количество различных добавок, многие из которых препятствуют склеиванию. Несмотря на это, склеивание – вполне оправданный способ соединения как одинаковых, так и различных пластмасс. При этом для некоторых пластмасс, например, жестких пенопластов, склеивание является оптимальным, а часто и единственно возможным способом соединения.
     Целесообразность применения того, или иного способа получения неразъемного соединения можно определить только с учетом специфики конкретного материала и изделия. В самом общем виде можно сформулировать следующие рекомендации:
1.термопласты (пластмассы, способные переходить при нагреве в вязкотекучее состояние без существенных изменений их молекулярной структуры) предпочтительно соединять сваркой;
2.реактопласты (пластмассы, которые при нагреве деструктируют, не переходя в вязкотекучее состояние) лучше склеивать;
3.однородные материалы, способные растворяться, целесообразно склеивать растворителями;
4.разнородные материалы, резко различающиеся по своей природе, можно склеивать с использованием составов, имеющих высокую адгезию к каждому из материалов;
5.материалы, содержащие частично незаполимеризовавшееся связующее, следует соединять химической сваркой.
     Эти рекомендации не дают исчерпывающего ответа на вопрос о выборе способа соединения. Так, например, полистирол, одинаково хорошо сваривается и склеивается растворителем. Винипласт успешно сваривается многими методами и склеивается с помощью тетрагидрофурана или раствора ПВХ в нем и т. д.
     Номенклатура полимерных материалов чрезвычайно многообразна. Они могут также соединяться друг с другом в различных сочетаниях. Пластмассы, имеющие одну основу и принадлежащие к одной группе материалов, но с разной рецептурой, могут по-разному вести себя при склеивании. Входящий в состав пластмасс пластификатор и другие добавки могут мигрировать на поверхность и ослаблять или разрушать соединения, даже если до начала склеивания поверхности были тщательно обработаны. На поверхностях деталей может находиться смазка, используемая при литье в форму. Некоторые растворители, содержащиеся в клее, вызывают растрескивание основного материала под нагрузкой. Это особенно важно иметь в виду, когда в материале сохраняются значительные остаточные напряжения. В таких случаях, прибегают к предварительной термической обработке заготовок.
     В зависимости от режимов получения полимеры могут иметь отклонения по молекулярной массе. Решающим фактором для оценки пригодности клея является химическая природа субстрата, а точнее, соотношение полярностей субстрата и клея. Известное правило: полярные полимеры склеиваются полярными адгезивами и, наоборот, неполярные – неполярными клеями.
     Поверхностные слои заготовок могут претерпевать значительные изменения в результате процессов старения, при этом будет изменяться адгезия к ним клея. При склеивании пластмасс в отличие от склеивания других материалов теплофизические и механические свойства адгезива и субстрата достаточно близки. Исключение составляют только композиционные материалы на полимерной основе. Так, например, коэффициент теплового расширения стеклопластиков в 7 раз ниже, чем полимера, составляющего его основу. Поэтому в клеевом шве могут возникать значительные напряжения при изменении температуры.
     Полимерные клеи имеют, как правило, достаточно высокую химическую стойкость. Теплостойкость и химическая стойкость клеевого соединения и основного материала в большинстве случаев должны быть близкими. Клеи удовлетворяют этому требованию. По этим показателям обычно проверяют только клеевую пленку.
     Склеивание резин с металлами
     Единственно возможным способом «холодного» соединения резины с металлом является склеивание с применением клеев на основе каучуков. Клеевой шов поглощаетт вибрации от двигателя и подвески, имеет хорошую прочность при сдвиге и отдире. Клеевые соединения используются для вклеивания стекол, приклеивания резиновых уплотнений дверных проемов, люков и т.д.
     Клеи представляют собой вязкие жидкости, состоящие из раствора хлоропренового каучука (обычно в смесях ароматических и алифатических углеводородов) и добавок. Сухой остаток 20-60%. Цвет белый, коричневый или рыжевато-коричневый (могут быть полупрозрачными или непрозрачными). Содержат наполнители (например, силикат кальция, диоксид кремния, глину, черную сажу) и антиоксиданты. Кроме этого, широко используются клеи на основе поливи-нилацеталя и клеи-расплавы.
     Клеевые соединения имеют хорошую стойкость к воздействию воды, длительно могут работать в интервале температур от -50 до +80°С.
     Клеи непригодны для силовых соединений, в которых нужна прочность при сдвиге свыше 2 МПа, так как склонны к хладотекучести под действием относительно низких нагрузок.
     Для приклеивания резины к металлам используют клеи марок 88СА, 88Н, 88НП и др. Универсальный клей 88СА предназначен для склеивания самых различных материалов: металла с резиной, пластмассы, резино-тканевых и других материалов при комнатной температуре.
     Клей 88НП отличается от клея 88 СА более высокой температуростойкостью (до 70°С – 88НП, до 50-60°С – 88СА), большей скоростью набора прочности и меньшим временем сушки. Поэтому для склеивания больших поверхностей, например, для приклеивания уплотнителя дверного проема, предпочтительнее клей 88СА.
     Технология применения клеев серии 88 следующая: на зачищенные поверхности необходимо нанести ровный слой клея и выдержать 10-15 мин. Далее наносится второй слой и через 1-2 мин соединение собирают и ставят под пресс на 5-6 ч. Склеенным изделием можно пользоваться через сутки. Можно клеить быстрее, если второй слой подсушить 40-60 мин, выдержать при 90±50С в течение 5-10 мин и плотно прижать на 1 мин. В этом случае склеенным изделием можно пользоваться уже через 6 ч.
     Клеи марок 78-БЦС-П и 78-БЦС-П-М широко используются в автомобильной промышленности для приклеивания уплотнителей к окрашенному металлу (в том числе для уплотнителя дверного проема кузова автомобиля). Клей 78-БСЦ-П-М предназначен для приклеивания губчатого уплотнителя на основе СКЭПТ к металлу. Клеи 78-БЦС-П и 78-БЦС-П-М температуростойки до 900С и успешно могут использоваться вместо клеев 88СА и 88НП.
     Клей марки 88КР – это более поздняя модификация в серии хлоропреновых клеев, отличающаяся от 88НП и 88СА повышенными прочностью, термостойкостью, скоростью схватывания, водостойкостью и стабильностью параметров при длительной эксплуатации клеевых швов.
     Универсальный клей 88КР – на основе полихлоропрена применяется для склеивания резины, резины и металлов (алюминиевых сплавов и сплавов на основе железа), металлов между собой, синтетических пленок, полиуретана, поливинилхлорида, кожезаменителей, кожи, АБС пластиков, слоистых пластиков, обивочных тканей и т.д. Прочность на отрыв образуемого с его поверхностью клеевого шва при соединении металлов оказывается в 1,5-2 раза выше, чем шва на клее 88НП. Он вибростоек, полностью сохраняет свою работоспособность в интервале температур от -30 до +900С. Клей марки 88КР применяется для соединения и ремонта деталей внутренней отделки кабин грузовых автомобилей, салонов легковых автомобилей и автобусов.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕРМЕТИЗАЦИИ

     При соединении двух неподвижных деталей часто возникает необходимость в герметизации такого соединения, для этого используются прокладки. Прокладка – это материал, помещенный между двумя соединяемыми деталями (фланцами) с целью герметизации их стыка.
     А можно ли вообще обойтись без прокладок? Как ни странно, можно. Но при этом необходимы следующие условия:
1.чистота и плоскостность поверхностей должны отвечать высоким классам точности;
2.достаточная жесткость соединяемых деталей;
3.обеспечено достаточное усилие для сжатия стыка.
     Вышеназванные условия отнюдь не из области фантастики, данная схема успешно реализуется в станках, где соединения «металл по металлу» обеспечивают герметичность гидравлических систем при давлении жидкости 20МПа (200 кгс/см2) и выше. Но неподвижный тяжелый станок не сравнить с автомобилем, в котором жесткость деталей приведет к повышению их массы, а точность обработки – к повышению себестоимости. Все эти факторы в совокупности диктуют необходимость использования прокладок.
     Существуют два основных типа прокладок.
     Твердые прокладки. Это прокладки, имеющие первоначальную форму. К ним относятся прокладки, изготовленные из бумаги, резины, пробки, металла и других материалов.
     Жидкие прокладки наносятся в виде жидкого уплотнителя непосредственно перед сборкой деталей.
     В зависимости от условия отверждения они могут быть силиконовыми (отверждаемыми от воздействия влаги воздуха) и анаэробными (отверждаемыми в зазорах при прекращении контакта с кислородом). Свойства отечественных герметизирующих материалов – жидких прокладок представлены в табл. 20.
     Силиконовые прокладки используются там, где предусматриваются малые «микроперемещения» между соединяемыми деталями из-за их недостаточной жесткости и воздействия вибрации, изменения нагрузок, температурных изменений и т.д.
     Силиконовые прокладки, кроме того, делятся на прокладки, сформированные на месте и отверждаемые на месте.
     Сформированные на месте прокладки наносятся в виде жидкого уплотнителя на одну из поверхностей непосредственно перед сборкой деталей. В момент соединения деталей уплотнитель распределяется между фланцами, заполняя зазоры, полости, царапины и неровности поверхности. При этом прокладка отверждается после монтажа деталей.
     Прокладки, отверждаемые на месте, также наносятся в виде жидкого уплотнителя на одну из поверхностей непосредственно перед сборкой деталей и после отверждения образуют резиноподобный полимерный материал. В этом случае герметизация достигается сжатием прокладки после монтажа фланцев.
     Отличительными особенностями работы узлов и деталей автомобилей являются постоянно меняющаяся их температура и воздействие вибрации. При недостаточной жесткости герметизируемых соединений (которых на автомобиле большинство) детали могут перемещаться относительно друг друга и испытывать деформации. При этом толщина герметизатора и запас его упругости должны обеспечивать компенсацию этих неизбежных деформаций и перемещений соединенных деталей. Другими словами, герметизатор должен «следить» за микронеровностями перемещающейся сопряженной поверхности.
     Из вышесказанного следует, что выбор типа и вида прокладки зависит от множества факторов. В настоящее время в машиностроении все больше используются жидкие прокладки, это вызвано определенными их преимуществами перед твердыми.
     Волнистость, микродефекты (выступы и впадины), наличие посторонних частиц в микротрещинах, особенно характерных для выполнения ремонтных работ, и другие отклонения от правильной геометрической формы в реальных стыках деталей агрегатов приводят к тому, что контакт между ними осуществляется по выступам микронеровностей (рис.18, а).
     Гарантированное уплотнение достигается только за счет заполнения всех микронеровностей и дефектов контактируемых поверхностей материалом герметизатора (прокладки). Такое заполнение может обеспечить герметизатор с высокоподвижной структурой, свойственной жидкости (рис.18, б). Но структура жидкости не может обеспечить стабильности герметизации при воздействии давления рабочей среды и других внешних факторов, для этого герметизатор должен обладать свойствами твердого тела. Именно поэтому для герметизации идеально подходят материалы, при нанесении находящиеся в состоянии, близком к жидкости (что обеспечивает заполнение всех микронеровностей и исправление отклонений от геометрически правильных форм), а после соединения деталей, приобретающие свойства твердого материала. Такими свойствами обладают герметики влажностного отверждения на основе силикона и анаэробные материалы.
     Однако это не означает, что пришло время забыть о твердых прокладках (рис.18, в). Толщина твердой прокладки, предусмотренная заводом-изготовителем, как правило, включена в размерную цепь соединяемых деталей. От этого могут зависеть зазор в подшипниках качения, взаимное расположение деталей и т.д. Задать и строго выдержать необходимый зазор жидкой прокладке практически невозможно – ни при сборке автомобиля, ни, тем более, при выполнении ремонтных работ. Жидкие прокладки обладают экструзией или, другими словами, могут быть выдавлены из соединения за счет усилия сжатия и разности внутреннего и внешнего давлений. Именно поэтому нельзя полностью отказаться от прокладок из картона, паронита или других твердых материалов, способных удерживать заложенный конструкцией зазор.
     Поэтому ни одна солидная фирма, производящая жидкие прокладки, не дает однозначных рекомендаций по поводу замены картонных или паронитовых прокладок жидкими. Так фирма LOCTITE рекомендует использовать жидкие прокладки «вместо или дополнительно к твердым уплотнителям», как бы оставляя окончательный выбор за потребителем и снимая с себя ответственность за безграмотное использование их материалов.
     На практике все выглядит следующим образом. Те, кто профессионально занимается ремонтом автомобилей, устанавливают прокладку, предусмотренную заводом изготовителем, и дополнительно с двух сторон наносят жидкую. Такая схема (рис. 18, г) вполне обоснована, так как жидкая прокладка заполняет все микронеровности, царапины, которые неизбежны при выполнении ремонтных работ, обеспечивая гарантированную герметизацию, а твердая прокладка надежно удерживает заданный заводом-изготовителем зазор в соединении. Только в таком варианте – сочетании жидкой прокладки с обычной, причем, не обязательно новой – жидкие прокладки могут принести неоспоримую пользу. Затраты на их приобретение полностью себя окупают за счет экономии рабочих жидкостей, утечку которых таким образом можно полностью исключить.
     Анаэробные составы также используются для герметизации соединяемых фланцев. Технические характеристики анаэробных жидких прокладок приведены в табл. 1. Однако условия их применения значительно отличаются от условий применения силиконовых составов. Анаэробные составы используются для герметизации жестких стыков, где исключено их взаимное перемещение, и анаэробный состав не только герметизирует стык, но и фиксирует положение деталей.
     Примером использования таких прокладок являются герметизация и фиксация корпуса подшипников распределительного вала и крышки головки блока двигателя ВАЗ-21112. Схемы нанесения герметика показаны на рис. 19, 20.
     На практике иногда такие составы используются именно для дополнительной фиксации соединяемых деталей, а о герметизации вообще вопрос не стоит.
     Условия отверждения анаэробных составов исключают их использование совместно с обычными прокладками.

ПРИМЕРЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЖИДКИХ ПРОКЛАДОК

     Опыт использования жидких прокладок как импортных, так отечественных, показал, что силиконовые герметики «не любят» долгосрочного контакта с бензином и разбухают. Это затрудняет их использование для системы питания, особенно для карбюратора, где еще при сборке трудно избежать попадания герметика в жиклеры и т.д. Под действием температуры жидкие прокладки “ползут”, а так как во внутренних полостях карбюратора создаётся разрежение, то движение будет вовнутрь, после чего карбюратор может быть засорен настолько, что его очистка станет дороже покупки нового.
     Для узлов и деталей, работающих в контакте с бензином (бензонасосы, карбюраторы), фирмой Permatex специально разработаны специальные составы Permatex® Hylomar HPF gasket and Flange Sealant, Permatex® Form-A-Gasket® №2 Sealant, Permatex® Tack Seal Gasket Sealing. Составы предназначены для нанесения на штатные прокладки, являются незатвердевающими и после сборки узлов, чем обеспечивается надежная их герметизация. Составы необходимо наносить тонкой пленкой, чтобы до минимума исключить выдавливание состава, попадание его внутрь системы питания, что может вызвать ее засорение. Аэрозольная упаковка состава Permatex® Hylomar® Aerosol Highp-Temp Gasket Dressig позволяет наносить состав тонким ровным слоем на штатные прокладки до их монтажа, что исключает попадание его во внутренние полости узлов и деталей.
     Для дополнительной герметизации резиновых прокладок предназначен состав Permatex® Rubber-Gasket Dressing (рис. 21). Состав как будто специально разработан для отечественных «Самар» и восьмиклапанных «Десяток», где двух гаек для крепления клапанной крышки, видимо, не достаточно, иначе как объяснить постоянное запотевание этого разъема. А в 16-клапанных «Десятках» после 40-50 тыс.км пробега появляется масло в свечных колодцах, и штатным резиновым кольцам также требуется дополнительная герметизация.Использование состава позволяет существенно продлить срок службы резиновых прокладок, а также устранить неровности и шероховатости монтируемых поверхностей. Состав устойчив к воздействию бензина, масел, антифриза и других технических жидкостей. Диапазон рабочих температур от - 500С до + 1350С.
     Для герметизации впускных коллекторов, водяных насосов, крышек клапанных механизмов, поддонов картера могут быть использованы составы серии «Ultra»: Ultra Black® (рис. 22). Ultra Copper®, Ultra Grey® (рис. 23), Ultra Blue® выпускаемые фирмами Permatex® и LOCTITE. Механизм отверждения силиконовых герметиков заключается во взаимодействии герметика с молекулами воды, содержащейся в воздухе. При этом для неспециализированных силиконовых составов характерно выделение в качестве побочного продукта паров уксусной кислоты. Они могут вывести из строя кислородные датчики двигателя. Составы серии «Ultra» безопасны для датчиков, практически не имеют запаха.
     Герметизация шланговых соединений. В процессе эксплуатации автомобиля часто приходится менять детали и узлы системы охлаждения двигателя (патрубки, термостат, насос охлаждающей жидкости). После выполнения таких операций возможны утечки охлаждающей жидкости из-за прикипевших остатков старого патрубка, царапин, дефектов литья или механической обработки. Подтяжка хомутов помогает не всегда, а повышенное усилие затяжки хомутов также может спровоцировать повреждение резиновых патрубков.
     Гарантировать герметизацию таких соединений могут силиконовые герметики самых различных марок: импортные, Permatex® the Right Stuff® Gasket Maker, Done DeaL Blue RTV silicon Gasket Maker, а также отечественные фирмы Пента: Пентэласт -1159, Пентэласт-1161.
     Наносить герметик необходимо только на внутреннюю часть соединения ровным и тонким слоем, исключая попадание излишков герметика в систему охлаждения. Присутствие посторонних частиц герметика может ухудшить работу как основного радиатора, так и радиатора печки или даже вывести из строя термостат.
     Герметизация уплотнений стекол. При дождливой погоде часто возникают проблемы из-за попадания воды в салон автомобиля, и это не зависит от способа крепления стекол, вклеенные стекла тоже «текут». Кроме дискомфорта, которые вода в салоне приносит водителю и пассажирам, наносится вред и самому автомобилю. Вода стекает вниз и скапливается под ковриками пола, где начинают образовываться очаги от коррозии. Наличие воды под ковриками можно определить по интенсивному запотеванию стекол даже в солнечную погоду.
     Для обеспечения надежной герметизации стекла предназначены составы Permatex®: Auto Glass Sealer и Done DeaL Flawable silicon windshield and glass repair, обладающие хорошей адгезией к стеклу и окрашенному металлу.
     Замена стекол автомобильных фар. Разбитые или треснутые фары автомобилей не редкость, техосмотра при этом ждать не стоит, так как попадающая в фару влага приводит в негодность отражатель. При этом потребуется замена фары полностью, а своевременная замена стекла фары позволит сэкономить. Подобрать клей для вклеивания стекла фары – задача не простая, как может показаться на первый взгляд. Прежде всего, необходим состав, который обладает хорошими адгезионными свойствами по отношению к стеклу и пластмассе. Включенные фары сильно нагреваются, а в силу своего расположения еще и подвергаются сильнейшей вибрации при движении. Клей должен «справиться» со всеми этими воздействиями и обеспечить надежную герметизацию, а следовательно, и защиту фары от влаги и пыли. Мало того, для сохранения привлекательного внешнего вида автомобиля клеевой шов должен быть практически незаметным. Всем этим требованиям соответствуют прозрачные силиконовые клеи-герметики DoneDeaL Clerar RTV silicone adhesive sealant, и Permatex® Flowable Silicone Windshield and Glass Sealer. Отечественный силиконовый клей-герметик марки “Эластосил 137-352 “ производства ОАО «Силан» применяется в автомобилестроении для склеивания блок-фар из поликарбоната и стекла.
     Одним из недостатков однокомпонентных силиконовых герметиков является продолжительное время их отверждение. Как правило, автомобиль может эксплуатироваться через 10-12 ч, а для полного отверждения герметика необходимо 24 ч, что очень не удобно при ремонтных работах. Жидкие прокладки Permatex® the Right Stuff® Gasket Maker (рис. 24) разработаны именно для ремонтных мастерских и позволяют эксплуатировать автомобиль через 1 ч после их применения.
     Удаление прокладок как твердых, так и жидких является неприятной и трудоемкой операцией. Как правило, при этом используются различные режущие инструменты, наждачная бумага, отвертки и т.д. С использованием перечисленных средств, с одной стороны, трудно обеспечить необходимую чистоту поверхности, а с другой, не исключено появление царапин и рисок, что негативно сказывается на герметичности соединения. Перечисленных проблем можно избежать, используя специальные средства для удаления прокладок: «Kleb-und Dichtstoffentferner» фирмы LOCTITE, Gasket Remover (рис. 25) и Silicone Stripper Gel Gasket Remover (рис. 26) фирмы “Permatex”. Использование перечисленных составов существенно экономит время при выполнении ремонтных работ и не повреждает герметизируемые плокости.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ КЛЕЕВ И ГЕРМЕТИКОВ

     Выбор необходимой марки клея или герметика при выполнении работ по ремонту или обслуживанию автомобилей определяется многими условиями, именно поэтому имеется множество различных материалов, из которых и нужно выбрать самый эффективный.
     Рациональное использование физико-механических и химических свойств клеевых материалов позволяет снизить стоимость и трудоемкость ремонта автомобилей, что обусловлено следующим:
1.технологии с использованием клеев и герметиков не требуют сложного оборудования и высокой квалификации работающих;
2.при использовании клеевых и герметизирующих материалов появляется возможность устранять неисправности без разборки узлов и агрегатов;
3.использование клеев и герметиков во многих случаях позволяет не только заменить сварку или наплавку, но и производить ремонт таких деталей, восстановление которых другими способами невозможно или опасно с точки зрения безопасности труда;
4.применение клеев и герметиков позволяет восстанавливать детали, минуя сложные технологические процессы нанесения материала и его обработки.
     Экспериментальные исследования и опыт использования клеевых составов позволили выявить некоторые закономерности.
     Высокими прочностными и адгезионными характеристиками обладают материалы, полное отверждение которых происходит в течение 20-24 ч при температуре 180С, и которые имеют невысокую вязкость. Быстроотверждающиеся клеи (в течение 15-60 мин), как правило, обеспечивают низкую прочность склеивания. Высоконаполненные клеевые материалы, близкие по вязкости к пластилину, также характеризуются невысокой прочностью склеивания.
     Такие различные свойства составов позволяют более гибко подходить к устранению возникших неисправностей. Так при возникновении неисправности в пути целесообразно использовать быстро-отверждаемые составы. В этих случаях главное не надежность ремонта, а возможность доехать до места. После завершения поездки необходимо вернуться к неисправности с тем, чтобы основательно устранить ее с использованием более прочного состава, если нет необходимости ее полной замены.
     Эффективному применению клеевых материалов при ремонте и обслуживании автомобилей часто препятствует недостаток информации по технологии склеивания.
     Освоение приведенных ниже типовых технологических рекомендаций по использованию клеев и герметиков позволит расширить область их применения, использовать преимущества и исключить их недостатки.
     Устранение течей в системе охлаждения двигателя
     При эксплуатации автомобиля много неприятностей приносят всевозможные трещины и пробоины в системе охлаждения двигателя, из-за которых происходят потери рабочей жидкости. Изучение свойств полимерных материалов позволило разработать технологии ремонта, которые обеспечивают устранение течи в самых разных условиях.
     Если удалось определить место течи, и оно доступно, то для ее ликвидации, могут быть использованы следующие клеевые составы.
     Для устранения неисправности в пути, очень эффективными являются быстроотверждаемые составы: Permatex® Quick Solder Radiator Repair Kit (рис. 27), Permatex® Instant Gas Tank Repair или «ПОЛИРЕМ-10 МИНУТ» ( в виде пластилина или пасты), которые позволяют быстро устранить течь и завершить поездку. При этом не стоит переоценивать способности состава и после поездки необходимо устранить неисправность более прочным материалами, например, «ПОЛИРЕМ» или Permatex® PermaPoxynTM 90 min, Permatex® Cold Weld Bondig Compaund.
     Герметизировать систему охлаждения с использованием клеевых составов можно даже без слива рабочей жидкости, свойство которой при охлаждении уменьшаться в объеме способствует повышению эффективности применения клеевых составов. Для этого на прогретом двигателе проверяют, плотно ли закрыта заливная горловина радиатора, готовят один из вышеперечисленных эпоксидных составов и очищают место течи.
     При плотно закрытой крышке в системе охлаждения двигателя появляется разрежение, и течь из трещины должна прекратиться. В это время необходимо повторно очистить трещину, по возможности обезжирить ее (ацетоном или растворителем) и нанести клеевой состав. За счет того, что поверхность трещины имеет повышенную температуру, снижается вязкость клеевого состава, и благодаря разрежению в системе охлаждения он хорошо заполняет трещину и быстро отверждается (рис. 28). Как правило, уже после остывания двигателя достигается необходимая прочность герметизации, а отвердевший сверху трещины слой компаунда обеспечивает дополнительную прочность и герметичность повреждения.
     Сложнее устранить течь в сердцевине радиатора. Это объясняется трудностями точного определения места течи, которое к тому же часто оказывается труднодоступным для герметизации. Так как новые модели радиаторов выполнены из пластмассы и алюминия, они непригодны для ремонта общепринятыми способами, и использование полимеров является единственным способом ремонта. В этом случае предлагается следующая технология устранения течи (рис. 29).
     Отмечают предполагаемое место повреждения сердцевины радиатора (точное место можно не определять) и снимают радиатор. Тщательно очищают предполагаемое место течи (желательно при помощи струи моющего раствора), продувают сжатым воздухом и сушат.
     На предполагаемое место течи накладывают резиновую прокладку , смазанную тонким слоем масла, для того, чтобы после отверждения клеевого состава она легко отделилась от него, не повреждая покрытие. Радиатор укладывают горизонтально. С обратной стороны, т.е. сверху, заполняют поврежденное место клеевым составом типа «ПОЛИРЕМ» до полного заполнения им всех ячеек до самого верха. Для обеспечения более полного проникновения клеевого состава во все полости радиатора необходима определенная его вязкость. Если вязкость состава повышена, то для ее уменьшения состав или радиатор следует подогреть. Вязкость клеевого состава также можно снизить путем нагрева компонентов перед смешиванием. При использовании эпоксидных клеев типа Permatex® PermaPoxyTM в шприцах или в тюбиках для повышения их вязкости можно использовать теплопроводные наполнители, например, порошок меди или алюминия. После заполнения поврежденного места клеевым составом радиатор оставляют в таком положении до отверждения клеевого состава.
     Теплопроводность восстанавливаемого участка может быть повышена при вводе сквозных теплопроводных стержней (из толстой медной проволоки).
     Фиксация и герметизация резьбовых соединений
     Водяной винт, изобретенный Архимедом (287-212 гг. до н.э.), положил начало созданию резьбовых соединений – наиболее распространенного метода создания разъемных соединений (разъемными называются соединения, которые можно разобрать без разрушения элементов конструкций). В конструкциях автомобилей, например, число болтов составляет более 1000 шт.
     Известно, что около 65 % поломок болтов происходит по первому или второму рабочему витку резьбы от опорного конца гайки. Это обусловлено тем, что на первые два витка резьбы приходится до 80% всей нагрузки, воспринимаемой резьбовым соединением (рис. 30). Таким образом, разрушение резьбового соединения обусловлено неравномерным распределением нагрузки между витками резьбы.
     Клеевой материал (герметик) в резьбовом соединении выполняет одновременно несколько очень важных функций:
1.облегчает монтаж соединения благодаря смазывающим свойствам;
2.обеспечивает равномерность распределения нагрузок между витками резьбы;
3.препятствует самоотвинчиванию;
4.обеспечивает герметичность резьбового соединения независимо от усилия затяжки;
5.защищает резьбовое соединение от коррозии, что обеспечивает разборку резьбового соединение без его повреждения.
     Все это в сумме приводит к существенному повышению надежности клеерезьбовых соединений по сравнению с резьбовыми.
     Впервые клеи в резьбовом соединении (клеерезьбовое соединение) были использованы при строительстве мостов в середине 50-х годов, и с тех пор их широко применяют в строительстве. С начала 70-х годов подавляющее большинство отечественных и зарубежных автомобилей собирают с использованием анаэробных составов. Общее число крепежных элементов, собранных с использованием клеевых материалов, на одном легковом автомобиле составляет более 300 шт., на грузовом – более 200.
     При получении клеерезьбовых соединений необходимо учитывать, что в качестве клеевого материала (герметика) может быть использована ограниченная группа клеев (как правило, это анаэробные клеи и герметики), выбор которых в настоящее время достаточно большой (более 50 марок отечественных материалов и свыше 1000 зарубежных). Такое разнообразие объясняется как большим количеством их производителей, так и различным назначением.
     Следует заметить, что клеевые материалы (герметики) не могут быть использованы для фиксации и герметизации любых конструкций (одна из причин – недостаточная теплостойкость) и при выборе способа фиксации и герметизации необходимо учитывать:
1.степень ответственности соединения;
2.конкретные условия работы и нагружения;
3.возможное число разборок и сборок за время эксплуатации;
4.габаритные размеры соединяемых деталей;
5.место расположение и степень доступности крепежной детали;
6.стоимость стопорящих элементов.
     Производители анаэробных герметиков, предназначенных для фиксации и герметизации резьб, обычно их делят на малопрочные, средней прочности и высокопрочные. Это также необходимо учитывать при выборе состава. Так, например, если использовать высокопрочный состав для герметизации резьб при соединении труб, то чтобы разобрать такое соединение без его повреждения, потребуется его нагреть.
     В табл. 1 приведены марки анаэробных составов для фиксации и герметизации резьбовых соединений отечественных и импортных производителей, наиболее доступных для потребителей.
     Перед нанесением герметика поверхность подлежащих сборке деталей тщательно очищается. Окалина и ржавчина удаляются механическим путем, масляные и другие загрязнения — с помощью растворителей: ацетона, бензина, хлорсодержащих растворителей. Для обезжиривания поверхности изделия ее протирают смоченными в растворителе тампонами из хлопчатобумажной ткани или промывают с помощью кисти, окунанием или заливкой.
     Герметики удобнее наносить через капельницу флакона. При использовании кисти или шпателя анаэробный состав предварительно отливают в стеклянную, фарфоровую или эмалированную емкость. При окончании работы нельзя сливать герметик обратно во флакон. Покрытые уплотняющим составом резьбовые соединения собирают, равномерно распределяя герметик по резьбе движением гайки по болту. После этого производят окончательную затяжку.
     Восстановление посадок подшипников качения      Работоспособность ослабленной посадки подшипника качения (рис. 31) как в корпусе, так и на валу позволяют восстановить анаэробные составы, технические характеристики которых представлены в табл. 1. Составы Анатерм-6к, Анатерм-111 позволяют восстановить зазоры до 0,27 мм. Время схватывания состава при комнатной температуре составляет 25-30 мин, время отверждения 5-6 ч.
     Особенность состава Анагерм-103 в том, что он может быть использован в условиях повышенныхтемператур(до 250 0С).
     Быстросхватывающийся анаэробный клей Permatex®BearingMount forClose Fits имеет низкую вязкость, повышает плотность посадки, диаметральный зазор при использовании этого состава не должен превышать 0,13 мм.
     Кремообразный состав Permatex® Bearing mount for Worn Parts используется при зазорах до 0,5 мм на диаметр.
     Перед нанесением полимера восстанавливаемую поверхность тщательно очищают. Механическим путем удаляют окалину и ржавчину. Поверхности обезжиривают кистью или тампонами из хлопчатобумажной ткани, смоченными бензином или ацетоном, и просушивают.
     Анаэробный состав наносят из капельницы флакона на всю наружную поверхность одной из соединяемых деталей и собирают узел. Необходимо следить за тем, чтобы герметик не попал на сепаратор или беговые дорожки подшипника.
     При больших износах необходимы операции по центровке деталей. Можно, например, использовать центрирующие вкладыши, изготовленные из мягкого листового металла или мягкой проволоки.
     При восстановлении партии одинаковых деталей целесообразно использовать специально изготовленные оправки (рис. 32). Например, для обеспечения центровки подшипника относительно оси вращения вала необходимо, чтобы оправка опиралась на один из неизношенных участков поверхности вала. В этом случае подшипник, находящийся в оправке, будет отцентрирован относительно оси вращения вала.
     Исследования, проведенные в ФГОУ ВПО «Московский государ-ственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина», показали, что работоспособность восстановленного таким образом посадочного места под подшипник качения оказывается даже выше, чем у соединения без полимерной прослойки. Это объясняется следующим. Наличие полимера между обоймой подшипника и корпусом (валом) способствует более равномерному распределению нагрузки между телами качения (рис. 33). При этом происходит более равномерное распределение нагрузки между телами качения подшипника и снижается контактное давление на рабочих поверхностях деталей подшипника. Если подшипник установлен без полимера, то нагрузка концентрируется практически на одно тело качения (рис. 34), причем эта концентрация увеличивается при нарастании зазора в соединении, что резко снижает срок службы подшипника. Кроме того, полимерная прослойка предохраняет поверхности от коррозии.
     Восстановление неподвижных плотных посадок, втулок, шкивов, шестерен      Фиксация втулок, шестерен, шкивов и т.д. представляет собой сопряжение цилиндрических деталей с натягом, в котором передача нагрузки от одной детали к другой осуществляется за счет силы трения, создаваемой давлением на сопрягаемых поверхностях.
     Требуемый натяг получают, как правило, механическим (под действием осевой силы, создаваемой прессом) или тепловым (с нагревом одной детали или охлаждением другой) способами.
     При таких способах получения натяга фактический контакт между соединяемыми деталями не превышает 25-35 % от общей площади поверхности, что приводит к возникновению контактной и фреттинг-коррозии, появлению микротрещин и, как результат, – к повышенному износу и уменьшению ресурса детали. Поэтому в машиностроении все больше используются клеевые составы, которые исключают перечисленные недостатки. Технические характеристики анаэробных составов, которые могут быть использованы для фиксации втулок, шкивов представлены в табл. 1.
     Клеевое соединение цилиндрических деталей обеспечивает высокую прочность при статических и динамических нагрузках. Клеевая сборка обеспечивает соединению наибольшую прочность (за счет обеспечения практически 100%-ного контакта поверхностей), защищает от возникновения контактной и фреттинг-коррозии. Снижаются требования к качеству поверхности, уменьшаются расходы на механическую обработку, повышается ремонтопригодность, в целом ряде случаев становится возможным упростить конструкцию. Клей обеспечивает герметичность соединения в широком диапазоне температур и давлений.
     Опыт ремонтных работ показывает, что при повторной сборке узлов и механизмов из-за износа сопрягаемых поверхностей практически невозможно получить требуемый натяг цилиндрических соединений, что существенно сокращает срок службы отремонтированного узла. Поэтому использование клеевых материалов при ремонте узлов, содержащих подшипники скольжения, шкивы, шестерни и т.д., является необходимым условием долговечной работы.
     Восстановление подшипников скольжения (замена бронзовых втулок) с использованием клеевых материалов позволяет исключить трудоемкую операцию по развертке втулки после запрессовки и получить необходимый размер при изготовлении втулки.
     Нанесение герметика при восстановлении неподвижных соединений производят из капельницы флакона. Анаэробный состав наносят на всю наружную поверхность одной из соединяемых деталей и собирают узел.
     Восстановленные анаэробным составом соединения в случае необходимости могут быть разобраны с использованием съемников. Схема выпрессовки таких втулок представлена на рис. 35.
     Особенности замены подшипника скольжения якоря стартера в картере сцепления
     Если у вас возникли проблемы с пуском двигателя из-за невключения стартера, его заклинивания, повышенного шума или медленного вращения, не спешите менять аккумулятор или стартер. Особенностью старых конструкций стартера автомобилей ВАЗ-2108, ВАЗ-1111 «Ока» и их модификаций является то, что задний конец вала якоря вращается в металлокерамической втулке, запрессованной в заднюю крышку стартера, а передний – в бронзовой втулке, запрессованной в картере муфты сцепления. Такая конструкция не исключает перекосы оси вала якоря относительно втулок подшипников, что вызывает посторонние шумы, затруднение вращения якоря или полное его заклинивание. Это может произойти из-за ослабления крепления стартера, некачественного монтажа или износа втулок. Подтянуть болты крепления стартера, произвести более качественный монтаж не представляет особого труда, сложнее устранить износ втулок. Заднюю втулку можно заменить вместе с задней крышкой стартера. Переднюю втулку согласно существующим руководствам по ремонту автомобилей ВАЗ приходится менять путем замены картера сцепления, что достаточно трудоемко. Напрашивается вполне логичный вопрос: почему нельзя заменить втулку?
     Технология замены подобных втулок заключается в удалении изношенной втулки, запрессовке новой и расточке ее под необходимый размер. Указанной технологией можно воспользоваться, только сняв коробку передач с автомобиля и имея необходимую оснастку. Используя анаэробные составы и простые инструменты, указанную втулку можно заменить в гараже, сняв только один стартер.
     Технология замены втулки с использованием клеевого материала состоит из следующих операций:
1.удаление изношенной втулки;
2.изготовление новой втулки по размеру вала якоря и по размеру посадочного места в корпусе;
3.установка изготовленной втулки в корпус с фиксацией ее на анаэробном клее.
     Увидеть эту втулку при снятом стартере можно только при помощи зеркала и подсветки, но это не единственная трудность при замене втулки. Втулка находится в глухом отверстии, удалить ее надо так, чтобы не повредить посадочное место в корпусе. Для удаления подобных втулок из глухих отверстий используется технология, представленная на рис. 28. На практике этот процесс еще проще: при нарезании резьбы стенки втулки становятся тоньше, посадка ослабевает, и втулка начинает вращаться вместе с метчиком и легко выходит из отверстия. Опыт показал, что для этого можно воспользоваться метчиком М14х1,25 (именно такая резьба применяется в автомобильных свечах) или подобрать другой метчик, но только так, чтобы не повредить посадочное отверстие в корпусе картера сцепления. Метчик приходится вращать ключом (рис. 36), для штатного воротка не хватает места.
     Новую втулку необходимо изготовить на токарном станке, причем сразу под необходимый размер. Следует иметь в виду, что втулки, которые продаются в магазинах, для предлагаемой технологии не подходят, поскольку рассчитаны на типовую технологию, которая предусматривает запрессовку втулки на прессе с последующей расточкой или разверткой ее под необходимый размер. Точно внутренний диаметр втулки можно определить, измерив диаметр вала якоря. Изготовленная втулка должна проворачиваться на валу якоря без особых усилий. Наружный диаметр должен обеспечить свободное, но без зазора сопряжение втулки в корпусе.
     Для фиксации втулки в корпусе используются высокопрочные составы Ан-6к, Ан-111, Анагерм-102, Анагерм-103, Permatex® High Strength Sleeve Retainer.
     Герметизация микротрещин в корпусных деталях
     Использование полимерных материалов для герметизации микротрещин – яркий пример ситуации, при которой восстановить работоспособность детали другими способами невозможно.
     На рис. 37. показана трещина, которая проходит через резьбовое отверстие, соединяющее масляную магистраль и систему охлаждения. Для устранения подобного дефекта ни один из общепринятых способов не подходит, и такой блок обычно выбраковывается. Использование анаэробных герметиков позволяет устранить такой дефект, даже не снимая двигателя с автомобиля.
     Научно-производственная фирма «Адекват» совместно с ФГУП «НИИ Полимеров» им. В.А. Каргина для герметизации таких микротрещин разработала материалы и технологию. Для герметизации трещин в корпусных деталях (при толщине стенок более 3 мм) используются одновременно две марки анаэробных составов: Ан-1У и Уг-7, технические характеристики которых приведены в табл. 1.
     Трещину обезжиривают («проливают») ацетоном или бензином, продувают сжатым воздухом и сушат. После этого трещину пропитывают герметиком Ан-1У, обладающим повышенной проникающей способностью, а после часовой выдержки при комнатной температуре – герметиком Уг-7, который способен герметизировать трещину шириной до 0,2 мм. Расход герметика при этом – несколько капель. Указанные герметики реализуются в торговой сети в наборе (рис.38) .Для дополнительной герметизации при постановке головки блока в резьбовое отверстие, через которое проходит трещина, можно поставить на герметик и болт.
     Если к трещине имеется доступ, как показано на рис. 37, б, то может быть использована следующая технология ее герметизации. Для предотвращения дальнейшего распространения трещины концы ее рассверливаются под резьбу М6, и в подготовленное отверстие вворачивается заглушка с нанесенным на резьбу высокопрочным анаэробным герметиком (см. табл. 1). При герметизации длинных трещин для большей жесткости детали и устранения перемещений между изломами трещин можно дополнительно вдоль трещины просверлить несколько аналогичных отверстий под резьбу с последующей установкой резьбовых заглушек на высокопрочном герметике. Трещину обезжиривают ацетоном или растворителем и продувают сжатым воздухом с последующей сушкой.
     Деталь необходимо установить таким образом, чтобы трещина располагалась горизонтально и несколько раз из капельницы флакона нанести менее вязкий и обладающий повышенной проникающей способностью герметик марки АН-1У (см. табл. 1). Выдержать блок в этом положении в течение 1 ч. Затем повторно нанести полимер УГ-7 и выдержать блок в этом положении в течение 3-5 ч.
     При использовании различных приспособлений также возможно заполнение вертикальных и потолочных трещин, что позволяет герметизировать трещину, не снимая блока с автомобиля.
     Ремонт нитей обогрева задних стекол
     В настоящее время задние стекла автомобилей обеспечены обогревом, что обеспечивается тонкими токопроводящими нитями. Достаточно незаметной трещины, которая может возникнуть при протирании стекла, а также от других воздействий, и отключается полностью вся нить, в результате появляется запотевшая полоса на стекле. Токопроводные клеевые составы отечественного и зарубежного производства обеспечивают ремонт таких повреждений.
     Пожалуй, самое трудное, это найти место обрыва, для этого обычно используют автотестер или другой любой вольтметр постоянного тока с диапазоном измерений около 12 v. Для этого следует включить обогреватель и один из щупов вольтметра поставить на общую шину возле стекла, другим продвигаться по оборванной нити от противоположной шины. В точке обрыва напряжение исчезнет. Делается отметка, например, крошкой пластилина, возле нити. Затем необходимо отключить обогреватель, ацетоном обезжирить ремонтируемый участок и просушить.
     Для восстановления работоспособности нити применяются сосставы отечественного и зарубежного производства.
     Из составов отечественного производства хорошо зарекомендовал себя токопроводный состав под названием «КОНТАКТОЛ» (рис. 39). Благодаря наполнителю из порошка серебра клей обеспечивает необходимую токопроводность, а использование быстоулетучиваемого растворителя и прочного лака обеспечивает быстрое и надежное восстановление токопроводной дорожки на заднем стекле. Время полного отверждения состава при температуре 180 С составляет 1,5 ч при повышении температуры время отверждения уменьшается, при снижении – увеличивается.
     Токопроводный состав «ЭЛЕКОНТ» фирмы «ТЕХНО-БАЗИС» дополнительно комплектуется трафаретом, что облегчает выполнение работ. Время полного отверждения состава – 24 ч.
     Состав Permatex® QUICK GRID REAR WINDOW DEFOGGER REPAIR KIT позволяет восстановить работоспособность оборванной нити.
     Клей Permatex® Electrically Conductive Rear Window Defogger Tab Adhesive быстро и легко приклеивает контакт обогревателя к сетке на заднем стекле.
     Приклеивание зеркала заднего вида
     На отечественных «Самарах» и многих иномарках зеркала заднего вида приклеены к лобовому стеклу. Этим обеспечивается жесткость соединения, что исключает вибрацию зеркала, чем обеспечивается лучший обзор сзади. Многие считают, что лучше клеевое соединение заменить на имеющиеся в продаже кронштейны. Может так и надежнее, но оказывается все не так просто. Оказывается, зеркало заднего вида при определенных обстоятельствах (например, аварии) может представлять опасность как для водителя, так и для пассажиров. Все эти варианты просчитываются при проектировании автомобиля, где безопасность ставится на первое место, т.е. в таких ситуациях зеркало должно оторваться от лобового стекла без нанесения травм водителю и пассажиру. Мало того, желательно, чтобы оно оторвалось именно по клеевому шву, т.е. должно произойти адгезионное разрушение. Например, при использовании отечественного клея Ан-105 (рис. 40) происходит смешанное разрушение, другими словами, на кронштейне остается часть лобового стекла (рис. 41), которое потом подлежит замене. Именно по просьбам автосервисов было освоено производство менее прочного клея Ан-110 (рис. 42). Физико-механические свойства акриловых клеев приведены в табл. 3.
     Оба клея состоят из двух компонентов, которые наносятся раздельно на склеиваемые поверхности в соотношении 1:1 (точная дозировка необязательна). После совмещения компонентов через 45- 60 с происходит схватывание клея, чем обеспечивается необходимая фиксация пластины. Через 10-15 мин при комнатной температуре клеевое соединение обладает 70% прочности от максимальной, что позволяет установить и эксплуатировать зеркало. Этот клей хорошо известен работникам оборонных предприятий, где он успешно используется многие годы. Максимальную прочность клей набирает через 24 ч.
     Кроме перечисленных клеев, на рынке представлен также однокомпонентный фотоотверждаемый клей фирмы «ТЕХНО-БАЗИС».
     Процесс приклеивания необходимо проводить обязательно в присутствии ультрафиолетовых лучей, что обеспечивается на улице днем, при попадании прямых солнечных лучей время отверждения сокращается, при облачной погоде увеличивается. При этом время схватывания составляет 20 с. Требуемую прочность соединение набирает в течение 30 мин, после чего кронштейн с зеркалом можно устанавливать на пластину. Максимальная прочность соединения достигается по истечении 24 ч. Если приклеивание происходит в помещении, то необходимо использовать специальную лампу с ультрафиолетовыми лучами.
     Из импортных составов наибольшее распространении получил клей Permatex® REARVIEW MIRROR ADHESIVE. Клей обеспечивает фиксацию в течение нескольких секунд, а через 15 мин происходит полное отверждение клеевого состава.
     Приклеивание ручки поворотного стекла
     Иногда возникает необходимость в приклеивании ручки поворотного стекла на отечественных «шестерках» и других автомобилях. Имеющиеся в продаже различные запорные устройства решают проблему, но только для более надежного предохранения стекла от несанкционированного открытия. При этом затруднено пользование «ветровиком» и появляется необходимость в штатной ручке. Опыт показывает, что ручка поворотного стекла надежно может быть приклеена акриловым клеем Ан-105 (рис. 43). Клей многие годы используется оборонной промышленностью. Его особенность в том, что он состоит из двух компонентов, которые наносятся раздельно на склеиваемые поверхности в соотношении 1:1 (точная дозировка необязательна). После совмещения компонентов клея происходит его отверждение. Клеевой шов имеет высокую стойкость к вибрации и ударным нагрузкам.
     Технология приклеивания ручки имеет свои особенности, которые заключаются в том, что работоспособность ручки зависит от точности сохранения места ее приклеивания и от положения ее замка.
     Для этого перед удалением старого клея со стекла заметьте место приклеивания ручки на стекле. После этого зачистите, обезжирьте ацетоном и просушите склеиваемые поверхности ручки и стекла. Установите ручку поворотного стекла в положение «открыто».
     На одну из склеиваемых поверхностей нанесите зеленый компонент, на другую – красный. Затем ручку плотно прижмите к стеклу в отмеченном заранее месте, рукояткой вверх, положение «открыто», и удерживайте ее в таком положении до схватывания клея (2-3 мин при комнатной температуре). Излишки клея удалите салфеткой.
     Через 15 мин клей обладает 70% прочности, но максимальной (40 МПа) достигает через 24 ч, по истечении которых ручку можно использовать с полной нагрузкой.
     Фиксация шпилек в отверстии с поврежденной резьбой
     Резьба, как и другие составляющие машины, тоже изнашивается. Если такое случается с болтом, гайкой или шпилькой, проблем нет: вместо вышедших из строя ставятся новые. Сложнее, если повреждена резьба в корпусной детали, например, в блоке цилиндров, его головке или карбюраторе. Последние все чаще изготавливаются из сплавов, прочность которых невысока, а поэтому и резьба в них срывается чаще. Кроме того, быстрее портятся резьбы, которые часто приходится раскручивать. Например, резьбы шпилек крепления корпуса воздушного фильтра к карбюратору, который часто приходится снимать и разбирать для промывки. Это происходит из-за перекосов болта и гайки при сборке, а также из-за попадания в соединение загрязнений. Шпильки, как правило, вначале выкручиваются, а затем, не выдерживая усилия затяжки, выходят из своих посадочных мест вместе с остатками сорванной резьбы.
     Полноценное восстановление испорченной резьбы – непростая задача и под силу только специализированным мастерским. Однако использование высокопрочных анаэробных полимеров позволяет решить эту проблему даже в пути (рис. 44).
     Технология ремонта заключается в очистке и обезжиривании соединяемых поверхностей. Именно от добросовестности выполнения этих операций зависит прочность соединений. Если отверстие сквозное, то клей желательно наносить на обе поверхности, если отверстие «глухое» – клей наносят в отверстие. Если сделать, наоборот, при наличии глухого отверстия, то при монтаже шпильки выходящий из отверстия воздух выдавит клей, и его остатков может не хватить для прочной фиксации шпилек. Для фиксации шпилек используют высокопрочные анаэробные составы Ан-6к, Ан-111, Permatex® Permanent Strength Threadlocker RED, технические характеристики которых приведены в табл. 1.
     Ремонт бескамерных шин
     Выбор резины для автомобиля – дело ответственное. Но будь то последняя зарубежная модель или отечественная резина, никто не в силах гарантировать, что удастся избежать прокола. Использование современных препаратов и способов ремонта шин практически позволяют изнашивать их до «ниток» даже без снятия с автомобиля и обращений в шиномонтаж.
     Опыт использования бескамерных шин показывает на особенности их эксплуатации и ремонта. На рис. 45 показан прокол бескамерной шины, с которым шина «пробежала» не одну тысячу километров, а водитель и не подозревал о таком «госте». Но это не единственное преимущество бескамерных шин перед шинами с камерами. Рано или поздно начинает спускать и бескамерная шина. В большинстве случаев при ремонте бескамерной шины даже разбортовки не потребуется, а именно эта непростая операция заставляла обладателей «камерной» резины обращаться к шиномонтажникам. Более того, можно вовсе обойтись без демонтажа колеса с автомобиля. Главное — обнаружить место прокола. Прежде всего шину следует осмотреть на предмет наличия инородных тел. Впрочем, «виновник» прокола порой предпочитает остаться на дороге или вылетает под действием центробежной силы, сделав свое черное дело.
     Порой повреждение от гвоздя внушительного диаметра выглядит как небольшая точка — эластичная резина «скрадывает» место прокола. Придется вновь накачать шину и попытаться определить расположение дефекта на слух по характерному звуку вырывающегося на свободу воздуха. Хотя, если отверстие невелико, свиста может и не быть. В этом случае придется прибегнуть к известному способу диагностики шиномонтажников, а именно погружению колеса с проколотой шиной в емкость с водой. Конечно, подходящая ванна вряд ли найдется в багажнике даже самого рачительного водителя — попробуйте использовать лужу или, в крайнем случае, облить колесо водой из бутылки.
     После того, как прокол обнаружен, можно приступать собственно к ремонту покрышки. Многие магазины предлагают целый ряд наборов для самостоятельного ремонта шин в случае прокола. Разброс цен от 150 до 300 руб. обусловлен различием их комплектации. В простейшие помимо специальной иглы входит несколько отрезков жгута, которым и заполняют отверстие прокола. Некоторые наборы включают еще и отдельный пузырек с клеем, а также штырь с ребристой поверхностью (подобие напильника).
     Последовательность операций при ремонте бескамерных шин представлена на рис. 46.
1. Ремонт шины следует начать с обработки штырем. При этом необходимо преодолеть некоторый психологический дискомфорт, так как в едва заметное отверстие приходится вводить штырь значительно большего диаметра. Но именно возвратно-поступательные движения помогут не только подготовить поверхность, но и удалить посторонние частицы в случае, когда прокол был вызван, например, стеклом. Если в инструкции по применению предусмотрена пропитка жгута клеем, им стоит обработать и само отверстие.
2. В ушко иглы вставляют жгут так, чтобы выступающие его концы были одинаковы с обоих сторон иглы.
3. Нажатием на иглу вводят жгут в отверстие, так чтобы на поверхности шины остались оба конца жгута длиной 5-10 мм. Далее – один из ключевых моментов. Необходимо вывести иглу так, чтобы жгут остался в покрышке. В случае, когда прорезь находится сбоку (рис. 47), перед выдергиванием иглу необходимо вначале на 2-3 мм потянуть обратно, а затем повернуть на 1/4 оборота и резко выдернуть, чтобы освободить жгут. Если вы используете иглу с центральной прорезью (рис. 48), достаточно просто резко ее выдернуть.
4. Оставшиеся на поверхности покрышки «хвостики» жгута лучше сразу обрезать в уровень протектора.
     Не помешает проверить качество ремонта – герметичность шины. Зная место прокола, сделать это гораздо проще.
     Использование разных игл по-разному влияет на расположение жгута в покрышке.
     Игла с боковой прорезью (см. рис. 47) просто вводит жгут в прокол. В результате жгут в покрышке просто висит.
     Использование иглы с центральной прорезью (см. рис. 48) позволяет плотно зафиксировать (заклинить) жгут в покрышке.
     Практика показывает, что иглы с центральной прорезью не только обеспечивают более надежную герметизацию, но и более удобны при использовании.
     Все для качественного ремонта шин есть в наборе «Victor» (рис. 49), в который, кроме перечисленных предметов, входят еще самовулканизирующие заплатки для ремонта боковых порезов, а также манометр.
     Современные герметики способны не только устранять проколы, но и предотвращать их. Такие материалы давно используются в оборонных отраслях, теперь этим могут воспользоваться и автолюбители. Если заранее шину заполнить PUNCTURE SEAL GOO фирмы GUNK, или TIRE DOC Hi-Gear, то при проколе состав выдавливается давлением воздуха в отверстие и благодаря специальной структуре начинает мгновенно формировать прочную, эластичную пробку. За счет волокнистой структуры пробка приобретает форму грибка – шляпкой внутрь и за счет давления воздуха надежно заполняет прокол.
     Имея в своей аптечке «АНТИПРОКОЛ» PUNCTURE SEAL FOR CARS фирмы GUNK или подобные им материалы, путешествовать можно спокойно. Ввод состава в покрышку через отверстия для золотника позволяет ликвидировать прокол.
     Герметизация системы выпуска отработанных газов
     Расположение глушителя на автомобиле не защищает его от «встреч» с посторонними предметами, которые способны его повредить. В результате глушитель (часто еще вполне приличный) приходится менять. Применение сварки для его ремонта уходит в прошлое, т.к. такой ремонт может обойтись дороже нового глушителя, купить который – не проблема. Для таких целей выгодно использовать специально разработанные для этих целей клеевые составы как отечественные, так и импортные, с помощью которых можно самостоятельно устранять негерметичность глушителя, даже не снимая его с автомобиля.
     Следует особо подчеркнуть, что если глушитель «прогорел», и площадь его повреждения значительная, то его ремонт теряет смысл, так как есть большая вероятность того, что он скоро прогорит в другом месте. Использование различных полимерных составов в этом случае может только продлить срок службы глушителя, менять который все равно придется.
     Особенность системы выпуска отработанных газов в том, что некоторые ее детали нагреваются до 8500С, что предъявляет соответствующие требования и к герметизирующим элементам и составам. Исследования изменения температуры от выпускного коллектора показали, что до 850 0С нагревается только выпускной коллектор и прилегающая к ней часть приемной трубы, после которой температура трубопровода падает и не превышает 3000С, что необходимо учитывать при выборе состава. Большинство полимерных клеевых составов теряет работоспособность при повышении температуры выше 1000С, поэтому для системы выпуска газов используют специальные составы.
     Система выпуска газов состоит из нескольких частей, при соединении которых часто возникает необходимость в их герметизации, так как штатные способы не всегда обеспечивают необходимую эффективность герметизации. Для этих целей могут быть использованы составы Pematex® High-Temp, Pematex® Sensor-Safe High-Temp которые не теряют своей работоспособности при температуре до 3400С.
     В местах, где глушитель нагревается до 8500С, хорошо себя зарекомендовали составы Pematex® Muffler Tailpipe Putty (рис. 50), Pematex® Muffler Tailpipe Sealer, Pematex® Hi-Temp Metal Repair Compaund, которые выдерживают температуру до 10000С, что делает возможным их использование в любых частях системы выпуска, в том числе в приемной трубе и выпускном коллекторе.
     Набор Pematex® Muffler Tailpipe Bandage содержит ленту из стекловолокна, пропитанную клеевым составом, что очень удобно для герметизации трубопроводов системы выпуска газов, температура которых не превышает 426 0С.
     Из отечественных термостойких составов хорошо зарекомендовал себя состав «Термолит» (рис. 51), который не уступает лучшим зарубежным аналогам и позволяет эффективно производить ремонт любой части глушителя, в том числе и приемной трубы, которая нагревается выше 8000С.
     Особенность этого состава в том, что технология его применения предусматривает два режима отверждения: экстренный и штатный.
     При экстренном режиме отверждения состав наносится на нагретый до рабочей температуры глушитель, а после его остывания обеспечивается герметизация поврежденного участка.
     Как отечественный «Термолит», так и зарубежные составы лучше отверждаются с получением плотного и прочного покрытия при нанесении тонким слоем, в толстом слое могут возникать вздутия. Поэтому, чтобы равномерно распределить термостойкий состав, желательно использовать любую ткань, даже марлю или бинт, через которые путем приглаживания состав будет распределен ровным слоем. Используемая ткань никакой нагрузки не несет и может быть удалена после отверждения состава.
     Если повреждение большое и необходимо армирование и нанесение нескольких слоев состава, то для этих целей можно использовать металлическую сетку с обязательной сушкой каждого слоя. Способ отверждения составов не допускает использования сплошных заплат из металла, которые не будут держаться. Хорошая прочность и адгезия к металлу клеевого состава обеспечиваются в том случае, если их поверхность имеет достаточный контакт с воздухом.
     Герметизация бензобака
     Число автомобилей с нижним расположением бака растет быстрее, чем количество хороших дорог.
     Отсюда возникает высокая вероятность повреждения бака. Если обычная вмятина особых неприятностей не доставляет, то со сквозной пробоиной далеко не уедешь. Замена бензобака – дорогое удовольствие.
     Использовать сварку, конечно, можно, но для этого бензобак надо не только снять, но и тщательно промыть, заполнить водой и только потом варить, иначе он может взорваться. Использование полимерных составов позволяет устранить течь, не снимая бак с автомобиля.
     Если неисправность произошла в пути, при этом очень эффективны быстроотверждаемые составы фирмы Permatex® Gas Tank Radiator Repair или «ПОЛИРЕМ-10 МИНУТ», которые после смешивания имеют вид пластилина и позволяют быстро устранить течь и завершить поездку.
     Технология применения этих составов предельно проста и доступна каждому. Поверхность очищают и обезжиривают. Берут необходимое количество состава и смешивают его до получения однородного материала. Затем полученному составу придают форму конуса и вставляют в отверстие дефекта, излишки состава сразу разглаживают вокруг отверстия.
     При этом не стоит переоценивать способности состава и по завершении поездки необходимо устранить неисправность более проч-ным составом, например, «ПОЛИРЕМ» или Permatex® Cold Weld Bondig Compaund, с использованием армирующих элементов в виде стеклоткани или приклеивания металлической накладки. Бензобаки выполнены из тонкого металла и поэтому при движении могут подвергаться вибрации, что негативно сказывается на прочности клеевого шва. Поэтому, если есть намерение длительное время эксплуатировать поврежденный бензобак, то желательно металлическую накладку установить не только на клеевой состав, но и на саморезы. При этом клеевой состав обеспечит герметичность, а металлическая накладка с саморезами – жесткость, а значит, и долговечность отремонтированного участка.
     При выполнении ремонтных работ необходимо следить, чтобы крышка бензобака была открыта, иначе может возникнуть избыточное давление и выдавить клеевой состав до его полного отверждения.
     Эффективность использования клеевых составов повышается, если ремонт производить при температуре не ниже 10 - 150С.
     Вклеивание и герметизация стекол
     Автомобильное стекло (особенно лобовое) ?– такой же расходный материал, как и покрышки. Сколы от мелких камушков, натиры от дворников и трещины постепенно ухудшают прозрачность триплекса. Автомобилисты еще не успели до конца понять преимущества вклеенных стекол перед привычными вставными, но неудобства, связанные с их заменой, уже пришлось пережить многим. У отечественных автовладельцев вклеенные стекла не пользуются популярностью, даже считаются «недостатком» машины — и совершенно напрасно. Вклеенное стекло становится еще одним силовым элементом кузова (современные автостекла сравнимы по прочности с металлом), что увеличивает его жесткость. Для достижения такого же результата при помощи «железа» пришлось бы утяжелить машину килограммов на двести. Кроме того, правильно вклеенное стекло не дает шанса коррозии оконных рамок – извечной «болезни», например, «Жигулей».
     Поврежденное вставное стекло можно заменить даже в пути (например, у автомобиля «Самара»). Увы, с заменой вклеенного стекла проблем больше. Такие стекла устанавливают теперь не только на иномарках, но и на последних семействах ВАЗ и «Газелях».
     Операция трудоемкая: нужно строго соблюсти все технологические нормы, да и времени уйдет немало. «Халтура» обойдется дорого. Дело даже не в том, что стекло может вывалиться, если не будет герметичности, но и попадание воды в салон гарантировано. Причем, этого можно и не заметить: вода незаметно стекает под ковровое покрытие, вызывая интенсивную коррозию.
     Но если поблизости нет надежного сервисного центра, то стекло можно заменить самостоятельно. Сначала нужно удалить разбитое. Для этого из салона автомобиля прокалывают сквозное отверстие в старом уплотнительном материале и вводят в него проволоку (струну). Затем, надев на концы струны удобные захваты, прорезают уплотнитель по всему периметру. На рис. 52 показан процесс срезания остатков заднего стекла ВАЗ - 2110, которые часто сами лопаются. Особенность задних стекол в том, что они изготовлены из сталинита, и его осколки проникают в самые труднодоступные места салона и багажника. Убрать их быстро и без порезов пальцев поможет достаточно мощный пылесос.
     При срезании лобового стекла без помощника не обойтись – кто-то должен находиться в салоне авто, кто-то снаружи.
     Следующий этап, самый ответственный и трудоемкий, – это подготовка поверхностей к склеиванию. Необходимо тщательно осмотреть прорезанный шов. Обычно на машинах в возрасте более трех лет по периметру стекла видны следы коррозии. Ржавчину следует удалить. Затем поверхность обрабатывается грунтовкой и красится – согласно технологии приклеивания стекла шов должен соприкасаться с окрашенным металлом. Если старый герметик прочно приклеен к кузову, остается выровнять его ножом до толщины 1-2 мм.
     Опыт вклеивания отечественных стекол показывает, что необходима еще одна операция, о которой не говорится ни в одной инструкции. Отечественные автолюбители привыкли к некондиционным запасным частям, к сожалению, это относится и к стеклам, что часто выясняется, когда стекло уже вклеено. Дело в том, что слой наносимого клея предусматривает плотное прилегание стекла к кузову. На практике это далеко не так. Поэтому, удалив старое стекло, необходимо приложить новое вначале без клея и проверить его прилегание к кузову: разница в зазоре не должна превышать 2-3 мм. Если он больше, его необходимо выровнять. При этом поможет старый слой клея, в местах, где он мешает, его срезают. Если таким образом не получается подогнать стекло, то можно попробовать его обменять, если не удалось, то в тех местах, где большой зазор, необходимо нанести более толстый слой клея.
     Особо внимательным надо быть при выборе состава для вклеивания стекол. Они отличаются не только временем отверждения, но и технологией нанесения, например, составам Terostat 8600 2K HMLC и Terostat 8599 HMLC необходим подогрев перед выдавливаем их из картуша, для этого существуют специальные устройства. Другим составам этой же фирмы Terostat 8597 HMLC и Terostat 8596 подогрев не требуется. Кроме того, для выдавливания составов необходимы специальные пистолеты и наконечники. Последние обычно продают в наборах, наконечники обеспечивают необходимую (треугольную) форму клеевого шва. Чем выше клеевой шов, тем меньше вероятность мест, где может остаться щель между стеклом и кузовом.
     В инструкции по использованию клея обычно указывают, за какое время необходимо установить стекло после нанесения клея (обычно от 10 до 25 мин). При этом необходимо учесть, что после установки стекла его надо зафиксировать в нужном положении, а для того, чтобы оно не сползло вниз необходимо заранее приготовить упоры (можно из деревянных кубиков) или закрепить его продольными липкими лентами (обычным или малярным скотчем) за крышу.
     Время отверждения клеящего состава регламентировано инструкцией и зависит от температуры и влажности воздуха. Пока он «сохнет», лучше избегать повышения давления в салоне, это может быть вызвано резким закрытием двери при закрытых стеклах, поэтому стекла в боковых дверях лучше опустить.
     Если возникла течь между вклеенным стеклом и кузовом, то ее можно устранить с использованием состава «Pematex® клей-герметик для автомобильных стекол», который формирует прочное уплотнение, устойчивое к нестабильным погодным условиям.
     Ремонт пластмассовых деталей
     Современный автомобиль, как правило, щедро увешан пластиковыми деталями. Бамперы, решетки, накладки и прочие декоративные детали и аксессуары хотя и имеют множество достоинств по сравнению с металлом – красивые, легкие, не ржавеют, – но уж очень нежные. Малейший контакт, например, при парковке или пустяковая авария – и пластик зачастую рвется. Ладно бы цена его была невелика, а если это, к примеру, бампер от иномарки за 1000 у.е. и более? Иной раз подержанная машина таких денег не стоит. Альтернативой замене пластиковой детали традиционно считается их ремонт. Однако возникает целый ряд вопросов: каковы возможности ремонтных технологий, от чего зависит стоимость работ, любую ли деталь можно отреставрировать и всегда ли есть смысл это делать? Перечень подлежащих восстановлению деталей включает в себя бамперы, накладки, спойлеры, пластиковые кузовные панели, корпуса фар и зеркал, различные кронштейны и многое другое.
     Исправить можно практически любые механические повреждения перечисленных узлов - от небольших трещин (что наиболее выгодно) до крупных «пробоин», в том числе и таких, когда утрачены отдельные участки. Однако прежде, чем начинать ремонт, необходимо оценить размер и вид повреждения и выяснить стоимость нового или б/у.
     Сегодня практически все бамперы автомобилей выполнены из пластмассы, и проблем с ними возникает больше, поэтому рассмотрим технологию их ремонта, как наиболее сложной и дорогостоящей детали. Технология ремонта остальных будет аналогичной.
     В основном все автомобильные бамперы изготавливают из нескольких видов пластмасс: полипропилена, полиуретана, стеклопластика и так называемых твердых пластмасс. Соответственно отличается и технология их восстановления. Определить, из какого материала сделан бампер или другая пластмассовая деталь, тем более окрашенная, неспециалисту достаточно сложно. Чтобы не ошибиться, необходимо знать маркировку бампера, которая нанесена на его внутренней стороне.
     Это могут быть полярные термопласты: АВS (сополимеры акрилонитрита, бутадиена и стирола), PC (поликарбонат), РРО(полиоксифенилен), РВТР (полибутилентерефталат), РА (полиамид), GfK (стеклопластик), RТРU (термопластичный полиуретан, усиленный), PUR (полиуретан) или инертные термопластичные материалы: РР/ЕРDМ (полипропилен/сополимеры этилена, пропилена и диена), РР (полипропилен).
     При ремонте бамперов из полярных термопластов возможна комбинация сварки и склеивания. Детали из инертных термопластичных материалов: полипропилена, сополимеров этилена, пропилена и диена можно отремонтировать только свариванием.
     Для улучшения некоторых свойств бампера в его состав при изготовлении могут вводиться различные присадки. Поэтому нежелательно основываться при подборе материалов для ремонта только на обозначении. Их совместимость с пластмассой бампера необходимо проверять опытным путем. Если материал плавиться при нагреве (можно проверить паяльником), значит, этот бампер из термопластичного материала и его можно сваривать, если не плавиться, то возможно использование только клеевых составов.
     Ремонт свариванием – более надежный способ ремонта деталей из пластмасс, чем склеивание, поэтому он предпочтительнее для ремонта изделий из термопластов. Для работы потребуются: нагревательные приборы (это может быть промышленный фен, газовая горелка, паяльник), шило, пассатижи, несколько деревянных брусков (пластик будет горячим), ведро с холодной водой и губка. Материалы – мелкая латунная или стальная сетка и мягкая проволока.
     Виды повреждений, которые могут получить пластиковые бамперы, и технологии их ремонта следующие.
     Царапины – это несквозные дефекты поверхности в виде борозд. Бывают поверхностные, нарушающие только лакокрасочное покрытие (ЛКП), и глубокие, из-за значительной глубины которых при дальнейшей эксплуатации возможно образование трещин.
     Если царапины неглубокие и нарушают только лакокрасочное покрытие, ремонт сводится к восстановлению внешнего вида. Глубокие царапины зашпатлевывают перед покраской. В тех случаях, когда из-за значительной глубины повреждения при дальнейшей эксплуатации возможно образование трещин, дефект подвергают сварке или склеиванию.
     Вмятины — изменение формы поверхности (деформация)бампера из-за местного растяжения пластмассы.
     Чтобы придать бамперу необходимую форму, его разогревают тепловым пистолетом (феном) или миниатюрной газовой горелкой. Как только пластик размягчится, его выравнивают деревянными брусочками или руками в рукавицах. Чтобы зафиксировать результат, прикладывают к исправленной поверхности губку с холодной водой, иначе теплоемкая пластмасса очень долго остывает и может за это время вновь потерять форму.
     Трещины – это узкие сквозные повреждения различной длины и конфигурации. Они не только снижают прочность и жесткость конструкции, но и увеличивают свою длину (“растут”) под действием вибрации.
     Материал бампера зачищают по обе стороны от будущего сварного шва на ширину 15 мм. Концы трещин засверливают для предотвращения их роста, а кромкам придают V-образный профиль с углом 90° глубиной до 5 мм, например, специальной фрезой.
     Вначале трещину необходимо стянуть, для этого просверливают или прокалывают в разогретом пластике отверстия. Из проволоки выгибают скобки. Размер их должен быть чуть меньше расстояний между отверстиями. Вставляют скобки и скручивают их концы.
     При сварке используют технический фен со специальными насадками и присадочные прутки (пластинки) из пластика соответствующего состава. Их поверхность предварительно очищают (циклюют), так как верхний слой со временем изменяет свои свойства, а это сказывается на качестве получаемого шва. Желательно производить пробную сварку для проверки однородности (совместимости) материалов прутка и бампера, а также для подбора температуры нагрева, скорости перемещения фена и усилия вдавливания. Термопласты не имеют явно выраженной точки плавления, а постепенно переходят из твердого состояния в вязкотекучее. Поэтому для получения сварного шва необходимо упереть пруток в зону плавления и после размягчения пластика вдавить в шов до требуемого сечения.
     Для сохранения первоначальных свойств пластика нагрев при сварке должен быть кратковременным и производиться потоком воздуха строго определенной температуры. Она уточняется опытным путем.
     Сварку проводят в два этапа. Сначала скрепляют края поврежденного участка с помощью предварительной (скрепляющей) сварки. Она позволяет зафиксировать взаимное положение соединяемых фрагментов и исправить их небольшую деформацию. Для облегчения операции используют струбцины. Скрепляющая сварка выполняется короткими швами (прихватками) по всей длине будущего соединения. После нее производят окончательную сварку. Получаемый шов должен незначительно возвышаться над свариваемой поверхностью и быть гладким,
     В зависимости от характера повреждения и доступности места ремонта сварку производят с внутренней или лицевой стороны. При толщине стенки 5 мм и более – с двух сторон или за несколько проходов (для уменьшения коробления и внутренних напряжений в материале).
     Сварной шов, как правило, получается далеким от идеала. Большего косметического эффекта можно достичь, спаяв кромки паяльником или газовой горелкой. Но такой шов непрочен, поэтому его желательно армировать мелкой металлической сеткой. Отрезать кусочек сетки с таким расчетом, чтобы он перекрывал трещину на 2,5-3 см в обе стороны. Наложить сетку с изнаночной стороны и, разогрев ее паяльником, утопить в пластмассу. При этом важно не перегреть сетку и деталь, так как пластмасса может слишком размякнуть и потерять форму. Удобнее при этом использовать газовую горелку, погружая сетку в нагретый пластик отверткой. Армированный таким образом шов почти незаметен.
     Проломы — сквозное разрушение стенки бампера, при котором происходит отламывание фрагментов и образуется отверстие.
     Для устранения проломов подбирают фрагмент от другого аналогичного бампера или подгоняют кусок такой же термопластичной пластмассы и накладывают шов по всему периметру повреждения.
     Ремонт склеиванием не менее распространен, чем сварка, и является единственно возможным способом ремонта бамперов из термореактивных пластмасс. Использование современных клеевых композиций позволяет ремонтировать как термопласты, так и реактопласты.
     Клеевые составы для склеивания пластмасс можно разделить на два вида.
     Клеевые составы на основе растворителей плавят пластмассу, что очень удобно использовать при склеивании однородных материалов, способных растворяться. При этом предусматривается, что склеиваемые детали должны плотно прилегать друг к другу.
     Наиболее широкое распространение для ремонта бамперов получили формообразующие клеевые композиции, которые после затвердевания превращаются в полимерный материал.
     Правильный выбор клея необходим для высокого качества ремонта. Это обеспечит лучшую адгезию клеевой композиции к данному типу пластика и одинаковые физические свойства материалов бампера и шва после его отвердения. Для проверки желательно производить контрольное склеивание. В случае последующей окраски бампера с горячей сушкой необходимо применить термореактивные клеи или термопластичные клеевые композиции, нагрев которых не вызвал бы разрушения или изменения свойств полученного шва. По этой же причине желательно ремонт бампера и его окраску производить в одной и той же мастерской.
     Подготовка к склеиванию также оказывает значительное влияние на качество соединения. Поверхность подготавливают для достижения максимально возможной смачиваемости пластика клеем. Для этого, как правило, с внутренней стороны бампера производят следующие операции:
1.тщательную мойку для удаления загрязнений;
2.механическую обработку краев повреждения с помощью фрезы или абразивного круга для придания месту будущего шва V- образного профиля. Это увеличит площадь контакта пластика с клеем, соответственно возрастет и прочность соединения;
3.обезжиривание и (иногда) химическую обработку.
     При изготовлении бампера для облегчения формования в состав пластика вводятся смазывающие присадки, которые могут привести к снижению адгезии клея. Для их удаления необходима тщательная многократная обработка поверхности специальными составами.
     Если пластмасса трудносклеиваемая или поверхности недоступны для качественной подготовки, могут использоваться специальные жидкости – стимуляторы адгезии.
     Качество подготовки поверхности к склеиванию проверяется оценкой ее смачиваемости. Например, при нанесении капли 60% раствора этилового спирта диаметр пятна должен быть не менее 35 мм.
     Перед началом склеивания на лицевую поверхность бампера можно нанести самоклеящуюся алюминиевую фольгу. Это позволит не только зафиксировать склеиваемые элементы и предотвращение вытекания клея, но свести к минимуму последующие операции, необходимые для восстановления необходимого внешнего вида. После отверждения клеевого состава фольгу удаляют.
     Клеевую композицию наносят ровным слоем на прилегающие поверхности склеиваемых деталей. Для упрочнения шва с внутренней стороны бампера наклеивают синтетическую или металлическую сетку, пропитанную тем же составом.v      При восстановлении утерянных небольших фрагментов бампера возможно их восстановление с использованием формообразующих составов, для этого края пролома обрабатывают, как при склеивании. Затем с внутренней стороны бампера накладывают 2-3 слоя армирующей сетки, пропитанной клеевой композицией (ремонтным составом), ею же заполняют пролом. После отвердения состава на него наносят шпатлевку. В большинстве случаев выгоден ремонт проломов бамперов из стеклопластиков, поскольку недостающую часть изготавливают из недорогих полиэфирных или эпоксидных смол, усиленных сеткой или стекловолокном.
     Восстановление внешнего вида – последний этап при любом ремонте начинается с удаления лишнего материала с поверхности бампера шлифованием или срезанием. Шлифование термопластов возможно только при небольших усилиях и скоростях из-за их способности плавится.
     Затем у не подлежащих окраске бамперов, по возможности, имитируется структура поверхности.
     У окрашиваемых изделий последующую подготовку к окраске производят с помощью специально предназначенных для пластика материалов: шпаклевок, грунтовок и т.д. В противном случае при эксплуатации или уже при установке обязательно появятся трещины и отслоения. Все покрытия наносят в соответствии с технологией окраски пластмассовых деталей.
     Использование клеев для ремонта салона автомобиля
     Салон современного автомобиля имеет большое разнообразие форм, фасонов, отделки и деталей. В зависимости от назначения и качества детали салона могут быть изготовлены как из нескольких отдельных деталей, так и из нескольких десятков деталей, отличающихся друг от друга не только конструкцией, но и используемыми материалами. Для отделки кузова автомобиля используются различные виды натуральной и искусственной кожи, многие виды резины, специальные картоны и многие виды текстильных материалов и пластмасс. Условия эксплуатации салона предъявляют к клеевым материалам требования высокой стойкости к механическим воздействиям, а также к химическим и атмосферным воздействиям (действие кислот, масел, пота, влаги, пониженной и повышенной температуры). Вместе с тем, в зависимости от вида склеиваемых материалов, способа их соединения и характера воздействий на шов при изготовлении и эксплуатации автомобиля требования к клеям могут существенно различаться.
     Прежде чем выбирать клей, необходимо четко знать, какие материалы будут склеиваться, при этом часто возникают трудности, так как бывает трудно отличить натуральную кожу от искусственной. Для этого существуют несколько способов, вполне доступных каждому. Самым простым, но проверенным является способ, когда на материал на 10 с накладывают внутреннюю поверхность ладони, натуральная кожа нагревается, начинает передавать ладони тепло и дает приятное теплое ощущение. Искусственная кожа увлажнит ладонь, будет отдавать холодком, и на ней после снятия руки останется небольшая отпотелость.
     В производстве и ремонте автомобиля применяются клеи на основе натурального каучука (НК), полихлоропреновых каучуков (наиритовые клеи), перхлорвиниловые и полиуретановые клеи, клеи из термоэластопластов, клеи на основе полиамидов и полиэфиров, поливинилацетатной дисперсии (ПBA) и др. Наибольшее распространение при ремонте салона автомобиля получили наиритовые, полиуретановые, нитроцеллюлозные и перхлорвиниловые клеи.
     Наиритовые клеи (НТ, КР-НТ, НТ-Н) относятся к группе полихлоропреновых клеев и применяются для склеивания резины с резиной, кожи с кожей, кожи с резиной. Полихлоропреновые клеи хорошо склеивают все пористые и так называемые «пылящие» материалы, т.е. те материалы, которые при их шероховании создают мелкую пыль. К этим клеям относятся клеи: «Крокус», «Креп», «Рапид-5», 88Н, 88НП, «Оникс», «Уникум», «Радикал», «Момент-1», «Универсал», «Коралл».
     Нитроцеллюлозные (МЦ, МЦН) и перхлорвинuловые («Марс») клеи представляют собой растворы нитроцеллюлозы в смеси ацетона, бензина, этилового спирта. Эти клеи обеспечивают высокую прочность приклеивания деталей из кожи и тканей, но не пригодны для приклеивания деталей из резины.
     Полиуретановые клеи (Витур-РК, УР-2) обычно используется в тех случаях, когда наиритовые клеи не обеспечивают достаточной прочности крепления, например, для соединения деталей из материалов с поливинилхлоридным и полиуретановым покрытием. К недостаткам полиуретановыx клеев относятся: необходимость применения токсичных отвердителей и невысокая начальная прочность схватывания, что требует применения специальных прессов.
     В технологическом отношении нитроцеллюлозные и перхлорвиниловые клеи менее удобны, чем наиритовые, так как требуют активации клеевых пленок органическими растворителями и довольно длительной выдержки склеиваемых деталей под грузом.
     Вышеприведенные клеи являются универсальными, выпускаются в большом количестве и могут быть использованы для бытовых целей и для несложных ремонтов внутренней отделки салонов автомобиля.
     Специально для ремонта декоративных элементов и отделки салона автомобиля компанией Permatex разработан специальный ремонтный набор Permatex Fabrie Repair Kit, позволяющие выполнить качественный ремонт как в профессиональных мастерских, так и при любительском ремонте. В набор входит не только клей, но и цветные компаунды, которые не только придают необходимый цвет, но и выравнивают поврежденный участок, что позволяет восстановить внешний вид изделия.
     Соединение трубопроводов
     Автомобиль нельзя представить без трубопроводов, которые в процессе эксплуатации автомобиля могут получить механические повреждения. Поэтому часто возникает необходимость ремонта трубопроводов. Одним из способов ремонта является замена поврежденной части трубопровода или сборка из двух одного.
     Для соединения трубопроводов с использованием клеевых материалов подбирают или изготавливают соединительную муфту(рис. 53) большего, чем у трубопровода, диаметра так, чтобы суммарный зазор между трубопроводом и соединительной муфтой не превышал 0,5-1,0 мм. Соединяемые поверхности очищают и обезжиривают, а затем в соединительную муфту вставляют соединяемые трубопроводы с нанесенным полимерным составом. Клеевые материалы желательно выбирать средней вязкости. Материалы, вязкость которых близка к пластилину, лучше не использовать и даже не потому, что они имеют слабую адгезионную и механическую прочность (здесь она и не нужна), но важно как можно полнее заполнить зазор между соединительной муфтой и трубопроводом.
     Герметизация трубопроводов
     Герметизацию поврежденных, как правило, коррозией, труб можно производить формообразующими клеевыми составами и с использованием прослоек стеклоткани, как показано на рис. 54. Стеклоткань используется для армирования полимера и придания ему нужной формы. Однако необходимо отметить, что такой способ герметизации можно использовать для трубопроводов, не испытывающих давления: заливная горловина бензобака, система питания карбюраторных двигателей. Для трубопроводов, работающих под давлением (тормозные системы, система впрыска топлива), такой способ непригоден. Из-за разной жесткостиматериалов трубопровода и полимера клеевой шов такого соединения будет работать в условиях, близких к отдиру (рис. 10, д). Для герметизации трубопроводов, работающих под давлением, необходима жесткая накладка (рис.55),которая равномерно распределит возникающие в клеевом шве напряжения. В этом случае клеевой шов будет работать в условиях, приближенных к отрыву (10, в), в самых благоприятных условиях для работы клеевого соединения.

ТРЕБОВАНИЯ ПО ОХРАНЕ ТРУДА

    Как правило, выполнение ремонтных работ с использованием клеев и герметиков предусматривает использование их в небольших количествах, что не может оказать вредного воздействия на здоровье человека. Однако следует знать, что большинство клеев и герметиков являются токсичными веществами и при постоянной работе с ними, особенно в закрытых помещениях, необходимо соблюдать специальные меры по охране труда. Так, например, эпоксидные смолы, на основе которых изготовлены многие ремонтные составы, могут вызвать заболевание кожи (дерматит, экзема).
    Охрана труда при выполнении ремонтных работ с использованием клеев и герметиков – это комплекс организационных и технических мероприятий и средств, предотвращающих заболевание работников от воздействия на их организм токсичных веществ, предельно допустимая концентрация (ПДК) которых строго регламентирована и определяется специальными лабораториями. Как правило, это касается помещений для подготовки автомобиля к покраске и окрасочных камер. При выполнении слесарных работ, где используются самые различные клеи и герметики, но в очень малых количествах, как правило, достаточно обычной вентиляции и обычных защитных средств, которые предотвращают прямой контакт кожи с полимерами. Работу с клеями и герметиками желательно проводить в защитной одежде, например, в х/б халате.
     Использование обычных резиновых, хирургических, одноразовых латексных или нитриловых перчаток фирмы «Permatex» (рис. 56) обеспечивает защиту рук при работе с клеями, герметиками, красками, кислотами, консистентными смазками, маслами, дизельным топливом, и другими средствами на основе нефтепродуктов.
    Однако специфика выполнения ремонтных работ не исключает загрязнения рук, в том числе и попадания на них клеев и герметиков, при этом их следует удалить сухим тампоном из ветоши или ваты, после чего вымыть руки водой с мылом. Однако воды и мыла часто бывает недостаточно для эффективной и безвредной очистки рук.
    ООО «Техно-базис» разработаны «жидкие перчатки» Защитное средство создает на коже пленку, которая защищает ее от раздражающего воздействия органических растворителей, бензина, масел, клев, герметиков, дизельного топлива, и которые легко смываются водой.
    Набор современных средств для очистки рук фирмы Permatex® позволяет отмыть руки, не повреждая кожу.
    Fast Orange® «Dry Skin Formula Hand Gleaner» и Antiseptis Hand DL® Permatex® Gold Label Cleaner – очистители рук для кожи (рис.57), основу которых составляют эфирные масла и другие косметические компоненты, продолжающие свое действие и после непосредственного применения, смягчая кожу рук и предохраняя ее от пересыхания и растрескивания.
    Особенность средств для очистки Fast Orange® Smooth Lotion Hand Gleaner» и DL® Permatex® Blue Label Cream Hand Cleaner в том, что они очищают руки без использования воды. Очищающие средства с приятным запахом позволяют деликатно и быстро очищать руки от глубоких въевшихся загрязнений прямо на рабочем месте.
    Универсальный дозатор (рис.58) позволяет отмерять требуемое количество очищаемого средства, снижая его расход.
    Отходы с остатками отвержденных клеев и герметиков опасности не представляют и могут быть утилизированы вместе с другими бытовыми отходами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

    Приведенный перечень неисправностей автомобиля, устранить которые можно с помощью клеев и герметиков, далеко не полный, да и трудно себе представить книгу с инструкциями по устранению всех возможных неисправностей автомобиля. Приведенные примеры использования клеев и герметиков служат лишь демонстрацией наиболее часто встречающихся неисправностей, познакомившись с которыми, автолюбители сами могут значительно расширить их область применения для ремонта и обслуживания автомобиля.
    Использование клеев и герметиков, конечно, не ограничивается только применением при ремонте и обслуживании автомобиля.Многие из них могут успешно использоваться при ремонте мебели, велосипедов, лодок и т.д. Если научились правильно выбирать составы и применять их на таком сложном объекте, как автомобиль, то остальные проблемы ремонта и восстановления предметов домашнего обихода дома или на даче с применением клеев и герметиков будет решать намного проще.
    Знания свойств и характеристик клеев, основ формирования клеевых соединений позволят легко ориентироваться в обилии различных составов на прилавках магазинов, выбирать только нужные и правильно их применять.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Башкирцев В.И. Ремонт автомобилей полимерными материалами. – М.: За рулем, 2000. – 32 с.
2. Башкирцев В.И., Малышева Г.В., Гладких С.Н. Клеи и герметики для автомобиля. – М.: Астрель, 2003. – 112 с.
3. Верещагин В.А., Жорник В.И., Кечаев Н.С. и др. Примене-ние адгезивов для получения неподвижных цилиндрических соединений. – Минск: Институт надежности машин НАН Беларуси, 2000. – 34 с.
4. Вакула В.Л., Притыкин Л.М. Физическая химия адгезии полимеров. – М.: Химия, 1984. – 224 с.
5. Гаврилюк В.С., Абакумов Ю.Ф., Кручинин С.В., Овчаренко Л.В. Металлополимеры при восстановлении деталей в машиностроении //Технология металлов. –1998. – №5. – С. 6.
6. Еселев А.Д. Эпоксидные связующие для полимерных клеев// Клеи. Герметики. Технологии. –2005. – №3. – С.11 – 14.
7. Кардашов Д.А., Петрова А.П. Полимерные клеи. – М.: Химия, 1983. – 255 с.
8. Ковачич Л. Склеивание металлов и пластмасс. – М.: Химия, 1985. – С.219–229.
9. Комаров Г.В. Соединения деталей из полимерных материалов. – Санкт-Петербург : Профессия, 2006. – 592с.
10. Кочнова З.А., Жаворонок Е.С., Чалых А.Е. Эпоксидные смолы и отвердители: промышленные продукты. – М.: Пэйнт-Медиа, 2006. – 199 с.
11. Кручинин С.В., Липатов А.В., Овчаренко Л.В. и др. Применение металлополимеров при реновации технических средств нефтепродуктообеспечения //Технология металлов. – 2001. – №2.
12. Курчаткин В.В., Башкирцев В.И., Нгуен Тхе Конг. Применение полимеров при ремонте автомобилей // Автомобильный транспорт №5-6, 1997.
13. Ли Х., Невилл К. Справочное руководство по эпоксидным смолам. – М.: Энергия, 1973. – 415 с.
14. Мотовилин Г.В. Восстановление автомобильных деталей олигомерными композициями. – М.: Транспорт, 1981. – 111 с.
15. Мотовилин Г.В. и др. Автомобильные материалы. – М.: Транспорт, 1989.
16. Мотовилин Г.В. Склеивание. Параллельный словарь-справочник. Санкт-Петербург : Наука, 2000. – 470 с.
17. Мотовилин Г.В., Ухалин А.С., Гринблат М.П. Новая жидкая прокладка для герметизации агрегатов машин. – Л.: ЛДНТП, 1984. – 24с.
18. Мошинский Л.Я. Отвердители для эпоксидных смол. – М.: ЦНИТЭХим, 1983. – 39 с.
19. Мошинский Л.Я. Эпоксидные смолы и отвердители. – Тель-Авив: Аркадия Пресс Лтд, 1995. – 370 с.
20. Петрова А.П. Термостойкие клеи. – М.: Химия, 1977. – 200 с.
21. Петрова А.П. Клеящие материалы. Справочник. – М.: Каучук и резина, 2002. – 195 с.
22. Склеивание в машиностроении: Справочник: В 2 т. /Под общ. ред. Г.В. Малышевой. – М.: Наука и технологии, 2005. – 544 с.
23. Составы анаэробные уплотняющие (герметики). Клеи акриловые. Каталог. – Дзержинск: Научно-исследовательский институт химии и технологии им. академика В.А. Каргина (НИИ Полимеров), 1997.
24. Тризно М.С., Москалев Е.В. Клеи и склеивание. – Л.: Химия, 1980. – 120 с.
25. Шилдз Дж. Клеящие материалы. Справочник. Перевод под ред. Батизата В.П. – М.: Машиностроение, 1980. – 368 с.

Контакты: ООО «НПФ Адекват», Московская. обл. Пушкинский р. Пос. Челюскинский ул. 1-я тракторная 1/24,
Тел.: (910) 402-25-50, E-mail: 4022550@mail.ru , adekvat-avto@mail.ru
© 2016 Контактол. Все права защищены.