Клеи и вяжущие составы

Клеи и вяжущие составы широко применяют в производстве и ремонте бытовых электрических приборов и других видов электрооборудования. От клея и вяжущих составов не всегда требуются хорошие электроизоляционные свойства. Эти материалы в первую очередь должны обладать свойством склеивания — прилипания к металлическим и неметаллическим материалам (адгезией).

Склеивание каких-либо двух материалов происходит в результате сцепления пленки клея с соединяемыми поверхностями. В результате химических реакций, протекающих в пленке клея, пленка превращается в твердое вещество, прочно соединяющее склеенные части. Сцепление пленки клея с поверхностью склеиваемых материалов возникает не только вследствие химических реакций, но и в результате появления межмолекулярных и электростатических сил.

На прочность клеевого шва оказывают влияние толщина и сплошность клеевой пленки, ее объемная усадка после склеивания, состав и структура склеиваемых материалов, а также подготовка их поверхностей. Клей должен заполнять зазор между склеиваемыми частями без воздушных включений. Толщина клеевой пленки не должна быть очень большой, но должна обеспечиваться непрерывность клеевого слоя на всей площади склеивания.

Чтобы обеспечить сплошную клеевую пленку оптимальной толщины и проникновение клея в поры материала, склеиваемые поверхности нужно предварительно подогнать друг к другу и тщательно очистить от загрязнений растворителем. Для лучшего склеивания многие материалы (металлы, пластмассы) подвергают дробеструйной обработке или ошкуриванию, что создает некоторую шероховатость склеиваемых поверхностей и повышает прочность клеевого шва. С этой же целью склеиваемые детали необходимо сжать с определенным давлением. Очень многие клеи отверждаются при нагреве до температуры 90—180 °С и выше.

Клеи составляют большую группу веществ. В электротехническом производстве применяют клеи на основе синтетических смол,

отличающихся наибольшей клеящей способностью. Многие из этих клеев обладают хорошими электроизоляционными свойствами. Такими клеями являются глифталевые клеящие лаки, широко используемые для склеивания листочков в производстве слюдяной слоистой изоляции, а также бакелитовые лаки, широко применяемые в производстве слоистых электроизоляционных пластмасс (гетинакс, текстолит и др.).

Большое распространение имеют клеи БФ, представляющие собой спиртовые растворы бутварно-фенольных смол. Эти клеи выпускают трех марок: БФ-2, БФ-4 и БФ-6, которые отличаются составом и имеют особенности, обусловливающие их области применения. Так, клеи БФ-2 и БФ-4 служат для склеивания металлов, пластмасс, стекол, керамики, слюды и древесины. Клей БФ-4 обеспечивает высокую сопротивляемость клеевого шва вибрациям. Клей БФ-6 образует эластичный клеевой шов и поэтому рекомендуется для склеивания резин и тканей друг с другом и приклеивания их к металлам и пластмассам.

Клеи БФ наносят в два-три слоя на склеиваемые поверхности. Время сушки каждого слоя при комнатной температуре 1 ч. Склеиваемые детали соединяют друг с другом, слегка притирают и помещают под пресс или в струбцину, чтобы обеспечить давление 0,4—2,0 МПа.

Отверждение клея происходит при 140—170 °С (БФ-2 и БФ-4) и 90—100 °С (БФ-6) в течение 1—3 ч. Увеличение времени нагрева повышает прочность клеевого шва.

Клеевые швы, образуемые клеями БФ, стойки к воде, минеральным маслам, керосину, бензину и многим спиртам, не вызывают коррозии металлов и могут работать в интервале температур от —60 до +70 °С.

Широкое применение получили клеи на основе жидких и твердых смол, которые, как известно, отличаются высокой адгезией к металлам, пластмассам, стеклу, керамике и другим материалам. Кроме того, эпоксидные смолы и клеи отличаются малой объемной усадкой при отвердении, что повышает прочность клеевого шва. Эпоксидные клеи отверждаются при температуре 20 °С и повышенных температурах 120—190 °С (клеи горячего отверждения).

Эпоксидные жидкие смолы необходимо подвергать вакуумной обработке при 50—70 °С для удаления из них воздушных включений, а затем смешивать с отвердителями.

Из эпоксидных широко применяют клеи на смолах ЭД-15, ЭД-16 и ЭД-20, представляющих собой жидкие сиропообразные массы, в которые вводят 15—20 % отвердителя — полиэтилен-полиамина. Исходные компоненты тщательно перемешивают. Приготовленный клей пригоден к применению в течение 2—6 ч.

Основные тенденции развития экструзионных методов переработки пластмасс.

Экструзия — один из наиболее перспективных методов переработки пластмасс. Благодаря успехам в области реологического анализа процесса экструзии и применения вычислительной техники при расчетах и конструировании червяков в последнее время удалось заметно улучшить качество изделий и значительно повысить производительность оборудования. Однако остается актуальной задача дальнейшего повышения производительности труда с помощью технических и технологических усовершенствований, улучшения организации труда и системы управления на промышленных предприятиях по производству экструзионных изделий из пластмасс.
Существенную роль в решении этой задачи играют такие факторы, как создание и пуск в эксплуатацию крупных и высокоскоростных машин, более точное регулирование параметров
технологических процессов, повышение качества пластических масс, усовершенствование конструкции рабочих узлов и контрольно-измерительных и управляющих систем, внедрение полной механизации и автоматизации основных и вспомогательных операций, разработка единых технологических комплексов, объединенных общей программой и дистанционно управляемых посредством централизованных ЭВМ.
Несмотря на то, что еще несколько лет назад считалось, что оптимальные мощности оборудования уже достигнуты, производительность и эффективность экструзионного оборудования продолжают неуклонно повышаться. Наиболее важные резервы повышения «потенциала» экструзионных способов переработки пластмасс заключаются в совершенствовании самих экструдеров. По-прежнему отмечается тенденция к повышению относительной длины червяков LD (отношения длины червяка к его диаметру). Многого можно ожидать от усовершенствований или разработок новых конструкций червяков. В последние 10 лет происходит повышение мощности электропривода экструдеров при одновременном увеличении отношения LD.
Повышение мощности и эффективности экструзионных машин, естественно, требует применения более совершенного регулирующего и контрольно-измерительного оборудования. Широкое применение находят разнообразные устройства и приспособления для непрерывных автоматических измерений, регулирования и контроля, а также системы обратной связи, которые обеспечивают повышение производительности экструзионных технологических линий и качества изделий.

Производство профильно-погонажных изделий.

Поперечные сечения профильно-погонажных изделий могут быть весьма разнообразными: четырехгранными, многогранными, прямоугольными, С-образными и т. д. Производство профилей может быть организовано с помощью различных экструдеров, пригодных для переработки данных полимерных материалов. Принципы выбора экструдера остаются теми же, что при изготовлении труб.
Большинство профилей получают из композиционных материалов на основе ПВХ. Поскольку ПВХ поступает на переработку в виде порошка, то для изготовления профильно-погонажных изделий используют в основном двухчервячные экструдеры. В случае предварительной грануляции ПВХ применяют одночервячные машины.
Экструзионные головки для получения профильных изделий обладают относительно высоким гидродинамическим сопротивлением, так как площадь поперечного сечения формующих каналов невелика. Это приводит к сравнительно невысокой производительности установок. Для регулирования сопротивления головок помимо перфорированных шайб и пакета сеток используют специальные дроссельные шайбы с различным сопротивлением потоку расплава. Ширина потока после прохождения шайбы должна соответствовать размерам формующего отверстия головки. Прежде чем расплав переходит в формующую часть, он заполняет отверстие в шайбе. Угол перехода подбирают так, чтобы по возможности выровнять скорости течения в середине и по краям потока. Выравниванию потока дополнительно способствует установление перфорированных шайб. После перфорированной шайбы расплав по краям движется быстрее, чем в середине, но постепенно формируется фронт течения, при котором скорость в середине потока превышает скорость по периферии экструдата. Однако указанное различие скоростей течения в этом случае меньше, чем при использовании одной шайбы. При производстве изделий большого сечения перфорированная шайба в головке необходима, а при экструзии мелких изделий можно ее не использовать. При получении крупных изделий, особенно несимметричного сечения, важно, чтобы центр тяжести профиля не сильно отклонялся от оси червяка экструдера.

Производство кабельной изоляции.

При получении кабельной изоляции используются в принципе те же экструдеры, что и для изготовления труб малых диаметров. Геометрические параметры червяков также аналогичны.

Основная специфика экструзионных установок для кабельной изоляции и покрытий проводов связана с особенностями конструкции формующих головок. Обязательной деталью такой головки является вкладыш, направляющий движение кабеля или провода. Обычно в производственной практике используют головки двух видов — так называемые напорные и трубные. В головке напорного типа основная функция направляющего вкладыша — предотвращение противотока расплава. Расположение вкладыша таково, что он мало влияет на центровку провода в наносимой оболочке. В кабельной головке трубного типа направляющий вкладыш приближен к выходному отверстию головки. Поэтому он хорошо центрирует провод, но не позволяет использовать давление, создаваемое червяком, для опрессовки экструдата вокруг провода.
Кроме указанных головок предложены так называемые «предцентровочные» кабельные головки, которые сочетают в себе достоинства двух описанных выше кабельных инструментов. В такой головке уплотнитель поддерживает давление расплава.
Уплотнитель пропитывают специальными жидкостями, которые смачивают провод для улучшения адгезии к нему пластика.
Для более равномерного распределения потока расплава при изоляции провода направляющие вкладыши снабжают каналами специальной формы. Обкладку кабеля пластмассой удается проводить с очень высокой скоростью. Так, установки для изготовления проводов с нейлоновой (полиамидной) изоляцией работают со скоростью 1219 ммин, с поливинилхлоридной изоляцией—со скоростью около 400 ммин. Увеличение точности центровки провода позволяет снижать среднюю толщину изоляции, что обеспечивает экономию значительного количества полимерных материалов.

Производство пластиковых труб экструзией.

Технологический процесс производства пластиковых труб осуществляют с помощью агрегатов, состоящих из экструдера для подготовки расплава; головки, формующей из расплава трубчатую заготовку; калибрующего устройства; тянущего устройства, осуществляющего отвод трубы с заданной скоростью; автоматической пилы, разрезающей непрерывную трубу на мерные куски, и устройства для укладки готовой продукции, которое иногда заменяют намоточной станцией.
Для производства труб из полиолефинов, как правило, используют одночервячные экструдеры с относительной длиной червяка 20—25. Для других полимеров применяют как одно, так и двухчервячные экструдеры. Известны также экструдеры для производства труб, снабженные четырьмя червяками, вращающимися попарно в противоположные стороны. Двухчервячные экструдеры в большинстве случаев применяют для переработки в трубы порошкообразных композиций без их предварительной грануляции. Четырехчервячные экструдеры обладают большой емкостью материального цилиндра, в котором обеспечивается хорошее перемешивание и гомогенизация композиции.
Разработаны экструдеры, в которых два двухчервячных рабочих узла расположены последовательно один за другим. Это позволяет разделить стадии пластикации и дозирования расплава, что облегчает подбор оптимальных технологических режимов по стадиям экструзии. Такие машины рекомендуются, в частности, для получения труб из порошкообразного непластифицированного ПВХ. Фирмой «Reifenhauser» (ФРГ) изготавливается, например, линия для производства труб с наружным диаметром до 400 мм и максимальной толщиной стенок до 30 мм. Эта линия состоит из экструдера с червяком с отношением LD = 25: 1, формующей головки специальной конструкции, калибрующего устройства, вакуум-насосов и водяной ванны.
Изменение площади поперечного сечения потока расплава при прохождении кольцевой экструзионной головки.

При производстве пластиковых труб большого диаметра площади поперечного сечения рабочих участков экструзионной головки очень велики, поэтому отдельные детали формующего инструмента подвергаются действию больших нагрузок. Это относится также к болтовым соединениям частей головок. Поэтому при проектировании головок для экструзии труб больших диаметров стремятся к уменьшению числа болтовых сочленений.
Чем больше размер экструдируемой трубы, тем выше стоимость экструзионной головки. При экструзии высоковязких расплавов иногда отказываются от перфорированных шайб.
Выбор экструдера обусловлен требуемым размером труб и производительностью (скоростью отбора). При выборе экструдера необходимо учитывать размер наиболее часто выпускаемых труб (если ассортимент их непостоянен). Для труб этого типоразмера устанавливают скорость отвода и рассчитывают производительность, по которой выбирают необходимый экструдер.
Расплав после выхода из головки поступает в калибрующую насадку. В ней происходит окончательное формование профиля изделия в соответствии с заданными размерами. В большинстве случаев трубы калибруют по наружному диаметру, так как при стыковке труб в процессе монтажа трубопроводных систем важно, чтобы наружные диаметры элементов совпадали. Калибрование труб по наружному диаметру проводят в процессе экструзии путем их растяжения до стенок калибровочной насадки. Растяжение труб осуществляется за счет вакуума, создаваемого в пространстве между стенкой насадки и трубой, или под давлением сжатого воздуха, подаваемого внутрь трубы.
Между стенкой калибрующей насадки и экструдируемой трубой создается вакуум. Вследствие этого под давлением воздуха, находящегося в трубе (атмосферное давление), она расширяется и прижимается к внутренней стенке калибрующей насадки. Усилия прижима трубы к насадке относительно невелики и не препятствуют протягиванию трубы через насадку. Поверхность пластиковых труб при этом охлаждается водой и приобретает некоторую твердость и жесткость, достаточные для скольжения. Диаметр пластичной трубчатой заготовки должен быть несколько больше отверстия в калибрующей насадке, чтобы она плотно прилегала к внутренним стенкам устройства и исключалась утечка воздуха. Калибрующую насадку отделяют от торца экструзионной головки теплоизолирующей прокладкой.

Пластик листовой производство (полипропилен, полистирол, полиэтилен).

Листы разной толщины производят из ударопрочного полистирола, непластифицированного поливинилхлорида, полиэтилена, полипропилена и других термопластов. Наиболее совершенный метод изготовления листов — экструзионный. Расплав полимера формуется с помощью щелевой экструзионной головки в плоскую заготовку, направляемую далее в валковое приемно-гладильное устройство, где происходит разглаживание и предварительное охлаждение полотна. После обрезания кромок 3 полотно проходит транспортер  и поступает в тянущие валки. Разрезание непрерывного полотна на мерные отрезки (отдельные листы) осуществляют устройством гильотинного типа, после чего готовые листы попадают па штабелер. Схема головки экструдера для получения листа шириной до 2,5 im представлена. Между распределительным каналом (коллектором) и губками головки расположена упругая призматическая планка. Под действием регулировочных болтов она может изгибаться на отдельных участках щели щелевого канала, что обеспечивает возможность распределения потока материала по ширине головки.
Наиболее распространены головки с подводящими каналами типа «рыбий хвост». Ширина распределительного канала и протяженность предварительной зоны в середине и по краям головки подобраны, чтобы обеспечить получение равномерной по толщине плоской заготовки.
В головке смонтированы так называемые пальчиковые, или патронные, нагреватели, сгруппированные в отдельные зоны. Количество зон обогрева определяется шириной головки. Скорость потока расплава на разных участках по ширине головки в известных пределах можно регулировать изменением
температуры по зонам.
Гладильное устройство состоит из смонтированных на станине валков и ножей для обрезания кромок.
Листы можно получать также с помощью кольцевой экструзионной головки. Таким образом производят лист, например, из ПВХ на двухчервячных экструдерах. Обычно установка состоит из горизонтального экструдера с угловой головкой, экструдирующей расплав вертикально вниз. После выхода из головки получаемый рукав разрезают, разворачивают в плоское полотно и перед приемным устройством вновь прогревают с помощью батареи инфракрасных излучателей для снятия внутренних напряжений.
Для производства многих видов изделий, например линолеума из двух различных композиций на основе ПВХ, используют агрегат для экструзии двухслойных листов. Экструдат, выходящий из, плоскощелевой головки, пропускают через гладильные валки, а затем через тепловую камеру для снятия внутренних напряжений. Разработана также технология производства листов из ПВХ, армированного сеткой. Между двумя экструдируемыми отдельными листами прокладывают сетку. Полученное трехслойное полотно проводят затем через обогреваемые валки.
Листы из полиметилметакрилата, полипропилена, полистирола, ацетата целлюлозы и полиэтилена можно изготавливать, экструдируя рукавную заготовку вверх. Выходящую из угловой головки трубчатую заготовку после охлаждения разрезают и разворачивают.

Экструзия пленок и получение пленочных волокон.

Помимо описанных выше способов получения комбинированных пленочных материалов, когда на предварительно изготовленную пленку-основу наносится полимерное покрытие или соединяются две готовые пленки (склеиванием или сваркой), в последние годы был разработан и быстро получил признание новый метод, называемый соэкструзией.
При этом методе две или несколько пленок соединяются непосредственно в процессе их изготовления.
Технология соэкструзии основана на том, что с помощью двух экструдеров через общую головку с двумя или несколькими формующими зазорами одновременно экструдируют две или несколько пленочных заготовок из различных полимеров. Получаемые слои-заготовки соединяют непосредственно в формующем инструменте или после выхода из него. При формовании рукавных пленок заготовки в расплавленном состоянии свариваются на выходе из формующего инструмента при раздуве. При совместной экструзии, например, полиэтилена и полипропилена получают пленки с высокой прозрачностью и прочностью адгезионного шва.
В настоящее время выпускаются, в частности, агрегаты для производства пленок из слоев белого и черного цветов, а также материалов, включающих несколько слоев различных полимеров.

Большой интерес представляет технология изготовления ориентированных пленочных лент и нитей. По этой технологии ПЭ или ПП экструдируют через плоскощелевую головку и полученное пленочное полотно нарезают на узкие ленты. Затем их разогревают до высокоэластического состояния и подвергают одноосной (продольной) вытяжке с помощью двух валковых систем (низко- и высокоскоростной) в тонкие пленочные нити (плоские моноволокна). Такие нити широко используются для производства тканых мешков, грунта ковровых изделий, в качестве обвязочных (бандажных) материалов, полуфабриката для получения шпагата, канатов и т. п.