Способ склеивания полимерных материалов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскмк

Социалистических

Республик (11) 1002338 (6I ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 11.04.80 (2! ) 2928905/23-05 с присоединением заявки М (23) Приоритет— (533NL. Кл.

С 09 Х 5/00 тттст7ааРствввиыа каю ют

СССР

Опубликовано 07.03.83. Бюллетень Рй t 9

Дата опубликования описания 07.03.83 ао аеяак изабретекик и еткрыткй

{53) УДК б78.029..42 (088.8) Л. С. Генель, О. В. Гасюк, В. И. Муромцев, В. Л. Ракупа, Н. С. Красносельская и В. В. Галкина (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) СПОСОБ СКЛЕИВАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к технологии склеивания полимерных материалов и изделий из них, преимущественно к технологии склеивания трудносклеиваемых полимеров, таких как полиолефины, фторопласты, вулканизаты бутилкаучука, этиленпропиленового каучука и т, д.

Широко используется в промышленности способ склеивания полимерных материалов, предусматривающий подготовку поверхности, нанесение полимерного клея, соединение склеиваемых поверхностей и механическое воздействие на поверхность, осуществляемое одновременно или после нанесения клея (1).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ склеивания полимерных материалов, предусматривающий подготовку склеиваемых поверхностей, нанесение на них клея на основе полимера, охлаждение склеиваемых поверхностей с нанесенным на них слоем клея до области температур стеклования полимера путем воздействия потока охлажденного газа иди помещения склеиваемых материалов в криокамеру и проведение при этих температурах механического воздействия, осуществляемого до или после соединения склеиваемых поверхностей (2)..

Недостатком этого способа является то, что он технологически сложен. Кроме тсго, в ряде случаев имеет место недостаточная прочность клеевых соединений.

Целью изобретения является упрощение технологии склеивания и повышение прочности клеевых соединений.

Цель достигается тем, что по способу склеивания полимерных материалов, включающему

I нанесение клея на основе полимера, механическое воздействие на поверхность полимерноO го материала с нанесенным на него слоем клея с применением охлаждения до температуры стеклования полимера, соединение склеиваемых поверхностей до или после механического воздействия, склеиваемую поверхность полнмерного материала охлаждают клеем с введенным в него хладагентом.

Способ осуществляют следующим образом.

3 1ОО23

В состав клея вводят хладагент, затем полученную смесь наносят на подготовленную к склеиванию полимерную поверхность, до или после соединения склеиваемых поверхностей производят совместную механическую обработку поверхности полимера с нанесенным на нее слоем клея.

Используемые хладагенты не вступают в химическое взаимодействие с компонентами клея и не ухудшают эксплуатационных свойств клея.10

Хладагент либо удаляют из состава клея после механической обработки, например сублимация СО, либо оставляют в составе клея (порошок Si02 10 — 160 мкн), причем в последнем случае стабилизация температурного режима осуществляется только за счет удельной теплоемкости.

Хладагент готовят различными способами: вливают жидкий азот в растворитель при перемешивании до тех пор, пока не образуется вязкая масса; порошкообразный хладагент перед введением в клей охлаждают различными известными способами.

Количество хладагента в каждом индивидуальном случае определяет физико-химические свойства клея и хладагента (теплоемкость, теплота испарения), а также свойства субстракта (полимерного. материала) и режимы механохимической обработки.

В ряде случаев вводимый для механохимической обработки абразивный наполнитель используют одновременно в качестве хладаген та (А!,О,) и другис), для чего его предварительно охлаждают.

Наиболее часто в качестве хладагентов используют СО> в твердом состоянии, СО с ацетоном или этилацетатом, ацетальдегид с введенным в него жидким азотом, этилацетат с жидким азотом, охлажденный SiC.

Когда в клей вводят хладагент на основе смеси сжиженных газов или СО с растворителями, имеющими температуру кипения выше комнатной, то до соединения склеиваемых поверхностей производят их экспонирование на воздухе до практически полного испарения

4$ растворителя (в клее должно остаться не более 5% растворителя).

В качестве клеев используют полимеры или их растворы, часто в сочетании с другими веществами, в частности наполнителями, отвердителями и т.д. Применяемые клен обычно имеют вязкость до проведения операций механохимической обработки не более 200 с по B3 — 4.

Для получения нужной вязкости в состав клея вводят растворители.

В клей можно вводить как сам хладагент, так и его смесь с растворителем, или его смесь с отдельными компонентами клея. В зависи алости от выбранного клея, хладагента, 38 4 склеиваемого полимера, т.е. температурной области, или хладагент добавляют в клей или клей в хладагент.

После проведения мехаиохимической обработки иногда наносят свежую порпию клея как охлажденного, так и неохлажденного того же или иного состава.

Режимы для механохимического воздействия для каждой пары клей-полимер индивидуальны и находятся в следующих пределах: скорость инструмента или одной иэ склеиваемых поверхностей относительно другой 0,02—

350 м/с, давление прижима 0,03 — 75 кгс/ем, время обработки от 1 до 60 с.

Соединение склеиваемых поверхностей про,водят как до, так и после нагрева в зависимости от возможности и необходимости удаления растворителя и хладагента.

Отверждение клеевого слоя производят по режимам, предусмотренным техническими условиями для применненого клея.

Предложенный способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Клей на основе продукта конденсации алифатической дикарбоновой кислоты с многоатомными спиртами и изоцианата, взятых в соотношении 2:1 (клей типа ПУ вЂ” 2), растворяют в спирто-ацетоновой смеси (1:1) в соотношении 1:5. В полученный раствор добавляют 40 вес.ч. порошкообразного СО от сухого остатка клея и 40 вес.ч. абразивного наполнителя в виде корунда (А1 0з) зернистостью 120 мкн. После тщательного перемешивания полученную смесь наносят слоем толщиной 200 мкн на поверхность трубчатого образца из полиэтилена высокой плотности. Через

15 с склеиваемые поверхности труб поджимают друг к другу с давлением 4 кгс/см и перемещают друг относительно друга со скоростью

0,7 м/с в течение 10 с.

Клей отверждают под давлением 3 кгс/см при комнатной температуре в течение 3 суток и при 80 С в течение 6 ч.

Пример 2. Клей на основе эпоксидиановой смолы марки ЭД вЂ” 20 и низкомолекулярного полиамида марки Л вЂ” 20, взятых в соотношении 10:6, растворяют в ацетоне в соотношении 1:10; затем в этот раствор добавляют порошкообразный СО в твердом состоянии (сухой лед) до тех пор, пока избыток

"cyxoro льда" не составит 10 — 15% от общей массы. После этого полученную смесь наносят шпателем на предварительно обезжиренную поверхность полиэтилена низкой плотности, толщина нанесенного слоя 0,2 мм, через 15 с поверхность полимера с нанесенным на нее . составом обрабатывают наждачной бумагой марки 63с5Н, Обработка производится электрошлифовальной машиной в течение 30 с при

38 6 .толщиной 100 мкн на поверхность поливинилхлоридного пластиката и нроиэводят механическую обработку с помощью циклевочной машины с рабоч1гм инструментом в виде проволочной щетки. Время обработки 30 с, давле-. ние 0,5 кгс/см, скорость относительно перемещения 0,2 м/с. После механической обработки дают открытую выдержку, в течение 1 ч.

Затем наносят новый слой клея ПК вЂ” 10 без

SiO, снова дают открытую выдержку в течение 5 мин, после чего подготовленную таким образом поверхность соединяют с листом фанеры и отверждают клеевой слой при комнатной температуре в течение 24 ч при давлении

0,2 кгс/см .

Результаты испытаний образцов, полученных по технологии, описанной в примерах 1 — 5, и других пар склеиваемых полимеров, полученных по данной технологии приводятся в таблице, где приняты следующие обозначения:

ПЭНП вЂ” полиэтилен низкой плотности;

ПЭВП вЂ” полиэтилен. высокой плотности;

ЭДНПА.— клей на основе эпоксидиановой смолы и низкомолекулярного каучука;

СКЭПТ вЂ” этиленпропиленовый. каучук, тройной;

БК вЂ” бутилкаучук;

Ф вЂ” 4 — фторопласт — 4;

ПУ вЂ” полиуретановый клей на основе полиэфирной смолы и изоцианата;

88Н вЂ” полихлорпреновый клей;

ПВХ вЂ” поливинилхлорид;

ПК-10- клей на основе перхлорвиниловой смолы, совмещенной с эпоксидной смолой ЭД вЂ” 20 и дибутилфтапатом.

Применение предлагаемого способа позволяет повысить прочность клеевых соединений по сравнению со способом-прототипом на 10 — 25%

Из приведенных примеров видно, что предлагаемый способ значительно проще и эхономичнее способа-прототипа.

Введение хладагента в состав клея значительно проще и дешевле использования криокамеры или паров сжиженных газов, позволяет создавать нужные температурные условия только в зоне склеивания и соответственно проводить операцию склеивания крупногабаритных изделий и изделий со сложной конфигурацией.

Использование предлагаемого способа повышает по сравнению со способом-прототипом (на. пример, с использованием криокамеры) производительность труда на 60%, уменьшает аппара турные и амортизационные расходы на 300%, снижает стоимость обслуживания операций по склеиванию на 80%, дает экономию по стоимости расходуемых материалов.

5 10023 давлении прижима к склеиваемой поверхности

0,2 кгс/см . После нагрева склеиваемой полиэтиленовой поверхности до температуры окружающей среды на нее наносят второй слой . клея состава эпоксидиновая смола марки

ЭД вЂ” 20, отвержденная полиэтиленполиамином, взятых в соотношении 10:1. После этого ее соединяют с подготовленной к склеиванию. стальной поверхностью и отверждают при давлении 2 кгс/сма при 80 С в течение 8 ч. 40

Й р и м е р 3. Этилацетат смешивают с

СО> в твердом состоянии в соотношении

4:I, затем в эту смесь вводят при тщательном перемешивании полихлорпреновый клей марки 88Н в соотношении 5:1 со смесью l$ этилацетата с СОа в твердом состоянии. Полученную смесь наносят на подготовленные к склеиванию пластины на основе бутилкаучука и этиленпропиленового каучука и проводят мехаиохимическую обработку склеиваемых поверхностей злектрошлифовальной машиной, давление прижима 1 кгс/см время обработки 60 с. В качестве инструмента применяют бумагу марки 83Кр16Н.

После нагрева склеиваемых поверхностей 2$ до температуры окружающей среды на них наносят свежую порцию клея 88Н, дают открытую выдержку в течение 10 мин и соединяют склеиваемые поверхности.

Огверждение прохошп при комнатной тем- Зп пературе под давлением прижима 0,2 кгс/см в течение суток.

Пример 4. В качестве хладагента применяют систему, содержащую растворитель— ацетальдепщ, в который вводят жидкий азот

3$ до образования вязкой массы. Затем хладагент смешивают с полиуретановым клеем (ПУ вЂ” 2) в соотношении 15:1 и наносят на поверхности фторопластовых пластин, подлежащих склеиваиию, проводят совместную с полиуретановым клеем механохимическую обработку склеиваемых поверхностей.

После такой обработки фторопластовые пластины выдерживают перед соединением 6 месяцев в условиях неотапливаемого склада о 4$

-15 — +20 С), после чего на склеиваемые поверхности наносят свежую порцию того же клея, пластины соединяют и отверждаюг при

80 С под давлением прижима 0,6 кгс/см в течение 8 ч.

Пример 5. В клей на основе перхлорвиниловой смолы, совмещенной с эпоксидной смолой ЭД вЂ” 20 и дибутилфталатом (клей

ПК вЂ” 10) при постоянном перемешивании добавляют в количестве 50 вес.% предварительно охлажденный в холодильной установке до

-20 С порошок SiO> со средним диаметром зерна 10 мкн. Полученный состав наносят

1002338

72 (трубчатые образцы) Со, .31

СО, с ацетоном

ПЭНП вЂ” ЭДНПА — СТ вЂ” 40

СО2 с этилацетатом

СКЭП вЂ” 88Н вЂ” БК

Ф вЂ” 4-ПУ вЂ” 2 — Ф вЂ” 4 ацетальдегид с жидким азотом

Охлажденный

SiOq

ПВХ вЂ” ПК вЂ” 10 — фанера

Охлажденный

SiC

ПП вЂ” ЭДНПА — ПП

76

Бутилацетат с жидким азотом

Хлороформ трихлорэтилен в соотношении

1:3 в замороженном состо32

Ф вЂ” 4 — ПУ вЂ” СТ вЂ” 40

50

Ф

Линолиум-СКН4ОГП-1линолиум

Н О в твердом состоянии

4,9

5,2 соединения, склеиваемую поверхность полимерного материала охлаждают клеем с введенным в него хладагентом.

Формула изобретения

Способ склеивания полимерных материалов, 45 включающий нанесение клея на основе полимера, механическое воздействие на поверхность полимерного материала с нанесенным на нее слоем клея с применением охлаждения до температуры стекловання полимера, соединение в склеиваемых поверхностей до или после механического воздействия, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения технологии склеивания и повышения прочности клеевого

1. Авторское свидетельство СССР Р 622831, кл. С 09 J 5/00, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке

И 2840014/23-05, кл. С 09,1 5/00, 1979 (прототип) .

ВНИИПИ Заказ 1725/10 Тираж 637 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4

БК вЂ” Наирит НТ вЂ” Алюминий

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе