Ćwiczenie 3.

Imię i nazwisko ……………………………………
Grupa ……….
Data ………….
Ćwiczenie nr 3
Połączenia: Klejenie, zgrzewanie.
Niemetaliczne substancje pochodzenia organicznego lub nieorganicznego łączące trwale materiały
stale nie wywołując istotnych zmian ich kształtu i własności określa się terminem kleje. O powstaniu
połączenia dwóch lub więcej elementów konstrukcyjnych zwanego złączem klejowym decyduje
przyczepność kleju (adhezja) i jego wewnętrzna spoistość (kohezja). Od wartości sił
międzycząsteczkowych w warstwie usieciowanego kleju, określanej mianem spoiny klejowej lub
skleiny, zależy czy pod względem wytrzymałościowym dorówna ona materiałom klejonym.
Głównym składnikiem kleju jest spoiwo, czyli lepiszcze. Substancja ta decyduje przede wszystkim
o pożądanej przyczepności do sklejanych powierzchni, a także o odpowiedniej wytrzymałości
mechanicznej spoiny po jej zestaleniu. Lepiszcze w wielu przypadkach nie jest jedynym składnikiem
kleju. Mieszając je z substancjami modyfikującymi własności użytkowe i wytrzymałościowe kleju
otrzymuje się masy klejowe. Przygotowuje się je przeważnie bezpośrednio przed powlekaniem
powierzchni klejonych. Zazwyczaj zawierają one:
- rozpuszczalnik, ciekłą substancje pochodzenia głównie organicznego, zmniejszającą gęstość
i lepkość spoiwa poprzez rozpuszczeni,
- rozcieńczalnik, ciecz stosowana w celu zmniejszenia lepkości i stężenia kleju lub zmiany dyspersji
masy klejowej poprzez rozcieńczanie; stosowanie rozcieńczalnika zmniejsza koszty związane
z używaniem drogich rozpuszczalników oraz prowadzi do odpowiedniego
regulowania czasu odparowania lotnych składników kleju,
- zmiękczacz (plastyfikator), substancje zwiększającą plastyczność i elastyczność spoiny klejowej; jest
on stosowany tylko wtedy, kiedy nie wykazuje zdolności migracji do klejonej powierzchni ze skleiny
złącza i nie oddziałuje na nią chemicznie lub fizycznie powodując pogorszenie adhezji; w przeciwnym
razie stosowanie zmiękczacza może prowadzić do zmniejszenia wytrzymałości złącza,
- napełniacz, nielotny składnik, którego zastosowanie umożliwia zmniejszenie zużycia droższego
lepiszcza; jest to zazwyczaj substancja stała, nie mająca właściwości klejących, nierozpuszczalna w
kleju, służąca do modyfikowania jego własności fizycznych w określonym zakresie użytkowym,
- wypełniacz, nielotna substancja pomocnicza o słabych właściwościach klejących; służy on przede
wszystkim do zmniejszenia kosztu wyrobu kleju,
- pigment, nierozpuszczalny, nieprzezroczysty, kolorowy proszek, najczęściej pochodzenia
mineralnego, stosowany w celu zabarwienia przez bezpośrednie wymieszanie go z masą klejową;
pigmenty nieorganiczne nadają tworzywom sztucznym i klejom oprócz barwy pewną odporność na
czynniki chemiczne, termiczne i warunki atmosferyczne; najczęściej są to tlenki lub siarczki metali,
- barwnik, środek barwiący, przeważnie rozpuszczalny, odznaczający się dobrą przepuszczalnością
światła.
Na podstawie badań doświadczalnych złącz klejowych dla stałego obciążenie złącza, stwierdzono
następujące zależności:
- spadek naprężeń stycznych τ na brzegach skleiny następuje wraz ze wzrostem grubości sklejonych
elementów,
- spadek naprężeń stycznych τ na brzegach skleiny można także zaobserwować przy zmniejszaniu
sztywności kleju,
- ze wzrostem długości zakładki „l” również następuje spadek naprężeń stycznych τ, przy czym od
pewnej długości zakładki l > lgr naprężenie w środkowej części skleiny staje się równe zeru,
natomiast naprężenie na brzegach skleiny nie zmniejsza się, przyjmując stałą wartość. Dalsze
zwiększanie długości zakładki nie wpływa na wzrost przenoszonych obciążeń
Granica długości skleiny określona jest zależnością:
l gr = 5 ⋅
E ⋅ g ⋅h
2 ⋅ Gk
b – szerokość szczeliny, h- grubość skleiny, Gk - moduł sprężystości postaciowej kleju, E – moduł
sprężystości materiału klejonego.
Laboratorium – MATERIAŁY POLIMEROWE
Zakład Mechaniki Doświadczalnej i Biomechaniki
Dobre przygotowanie powierzchni do klejenia jest decydującym warunkiem uzyskania
wytrzymałego złącza. Ten początkowy etap procesu technologicznego klejenia musi zapewnić:
- usunięcie wszystkich zanieczyszczeń powierzchniowych (brudów, pyłów, luźno związanych warstw
korozyjnych oraz tłuszczów) ,
-uzyskanie właściwego rozwinięcia powierzchni - uzyskanie dobrego uaktywnienia
powierzchni.
W celu ułatwienia procesu klejenia wprowadzono preparaty czyszczące oraz przygotowujące
powierzchnię do właściwego procesu klejenia:
• Cleanery – preparaty czyszczące oraz zwiększające przyczepność i przyleganie klejów
• Aktywatory - preparaty do czyszczenia i aktywowania powierzchni
• Primery (podkłady/grunty) - preparaty do przygotowania powierzchni (stosowane głównie w
klejeniu materiałów gdzie adhezja jest słaba, np. szkło, ceramika, metale)
Zadania do wykonania: Sklejenie po uprzednim oczyszczeniu i odtłuszczeniu oraz rozwinięciu
powierzchni poprzez obróbkę płomieniową (poliamid) lub potarcie papierem ściernym (aluminium)
dwóch płaskich próbek. Obliczyć długość graniczną dla klejonych elementów - przyjmując moduł
sprężystości postaciowej kleju epoksydowego - Gk = 2000 [MPa]. Dodatkowo opisać swoje
doświadczenia złe i dobre z klejeniem różnych przedmiotów i dokładnie uzasadnić sukcesy i porażki.
ZGRZEWANIE STYKOWE (kondukcyjne) – ogrzanie łączonych przedmiotów poprzez zetknięcie
ich z ogrzanym przedmiotem (stempel, rolki). Istnieją dwa zasadnicze rodzaje zgrzewania stykowego:
punktowe i liniowe. Stempel, stół, rolki dociskowe są ogrzewane, natomiast zgrzewane przedmioty:
folie, cienkie płyty, itp. zmieniają położenie względem elementów dociskających. Pod wpływem
ciepła następuje miejscowe mięknienie tworzywa i zgrzanie go pod dociskiem stempla.
ZGRZEWANIE STYKOWE WTAPIANE- polega na tym, że element grzewczy (np. spirala) jest
wtapiany pod wpływem docisku do łączonych elementów i tworzy po ostygnięciu połączenia jedną
całość z łączonymi elementami.
ZGRZEWANIE PROMIENNIKOWE (radiacyjne) – ogrzanie zgrzewanych przedmiotów ciepłem
wypromieniowanym przez promiennik (radiator), który nie styka się bezpośrednio z elementami
łączonymi. Ogrzane końce zgrzewanych elementów zostają dociśnięte do siebie aż do utworzenia
zgrzein.
ZGRZEWANIE CIERNE - ogrzanie przedmiotów ciepłem powstającym w wyniku tarcia. Jeden z
elementów umocowuje się w uchwycie wykonującym ruch obrotowy (np. wiertarka, tokarka, frezarka)
a drugi mocuje się nieruchomo (np. na stole danej obrabiarki). Element obracający jest dociskany do
elementu nieruchomego, wskutek tarcia wydziela się pewna ilość ciepła, tym większa im większy jest
docisk i prędkość względna przedmiotu. Ten sposób zgrzewania stosowany jest do łączenia tworzyw
termoplastycznych o kształtach obrotowych. Zgrzewanie cierne jest szybki, a zgrzeiny odznaczają się
dobrą jakością.
ZGRZEWANIE DIELEKTRYCZNE – ogrzanie zgrzewanych przedmiotów ciepłem wytworzonym
przez prąd wielkiej częstotliwości. Łączone elementy umieszcza się między elektrodami stanowiącymi
okładziny kondensatora połączonego ze źródłem wielkiej częstotliwości. Ciepło wytwarza się wskutek
wewnętrznego tarcia elektronów i cząstek dielektryka. Po włączeniu prądu i docisku elektrod do
zgrzewanych elementów uzyskuje się zgrzeinę. Zaletą tej metody jest nagrzewanie się materiału tylko
w pobliżu miejsca zgrzewania.
ZGRZEWANIE ULTRADŹWIĘKAMI – ogrzanie zgrzewanych przedmiotów ciepłem
wytwarzanym wskutek drgań cząsteczek tworzywa pod wpływem doprowadzonej do niego
ultradźwiękowej. Następuje mięknienie (na stykających się powierzchniach ) łączonych przedmiotów.
Pod dociskiem elektrod następuje połączenie elementów.
POŁĄCZENIE SPAWANE- różni się od połączeń zgrzewanych tym, że do spawania niezbędne jest
spoiwo natomiast nie występuje docisk elementów łączonych. Spoiwo podawane jest w postaci prętów
spawalniczych o średnicy 2-6mm wykonanych zazwyczaj z tego samego materiału co element
spawany. Spawanie tworzyw sztucznych przebiega w strumieniu gorącego gazu, ogrzanego palnikiem
gazowym bądź grzałką elektryczną. Spawającym gazem jest najczęściej powietrze. W przypadku
wrażliwości tworzywa na działanie powietrza (degradacja przez utlenianie) stosowane są inne gazy np.
azot.