Урок №28. Клеї та в’язкі сполуки.
Д/з ст. 67-75 (Лакуста Р.В. "Електроматеріалознавство")
Тестове завдання №3 (1 курс) "Напівпровідникові, Магнітні, Допоміжні матеріали."
Результати надсилаємо на ел.пошту shevchenko.tetiana@kpel.kiev.ua
у темі листа вказуємо: № групи, Фамілію, Тестове завдання № 3 (1 курс)
Клеї та в¢яжучі сполуки широко застосовуються у виробництві електричних апаратів приладів і інших видів електроустаткування. Від клеїв і в"яжучих сполук, не завжди потрібні хороші електроізоляційні властивості. Ці матеріали, в першу чергу, повинні володіти властивістю склеювання — прилипання до металевих і неметалічних матеріалів (адгезією).
Склеювання яких-небудь двох матеріалів відбувається в результаті зчеплення плівки клею з поверхнями склеюваних матеріалів. В результаті хімічних реакцій, що протікають в плівці клеїв, остання перетворюється на тверду речовину, що міцно сполучає склеєні частини. Зчеплення плівки клею з поверхнею склеюваних матеріалів виникає не тільки унаслідок хімічних реакцій, але також в результаті появи міжмолекулярних і електростатичних сил між плівкою клеївши і поверхнями склеюваних матеріалів.
На міцність клейового шва впливає товщина і сплошність клейової плівки, об'ємна усадка її після склеювання, склад і структура склеюваних матеріалів, а також ступінь підготовки склеюваних поверхонь. Клей повинен цілком заповнювати зазор між склеюваними частинами без повітряних включень. Товщина клейової плівки не повинна бути дуже великою, але вона повинна забезпечувати безперервність клейового шару на всій площі склеювання. Для забезпечення суцільної клейової плівки оптимальної товщини і проникнення клею в пори склеюваних поверхонь їх потрібно заздалегідь підігнати один до одного і ретельно очистити від забруднень за допомогою розчинників. Для кращого склеювання багато матеріалів (метали, пластмаси) піддають піскоструминній обробці або обкорковуванню для отримання деякої шорсткості склеюваних поверхонь. Це забезпечує підвищення міцності клейового шва. З цією ж метою склеювані деталі необхідно піддавати стисненню при певному тиску. Дуже багато клеїв для свого твердіння вимагають нагріву до температури 90-180°С і вище.
Клеї створюють велику групу речовин. У електротехнічному виробництві застосовують клеї на основі синтетичних смол, що володіють найбільшою склеювальною здатністю. Багато з цих клеїв володіють хорошими електроізоляційними властивостями. До таких клеїв відносятся гліфтальовиє склеювальні лаки, широко вживані для склеювання листочків у виробите слюдяній шаруватій ізоляції. Сюди ж відносяться бакелітові лаки, широко вживані і виробництві шаруватих електроізоляційних пластмас (гетінакс, текстоліт і ін.).
Велике застосування одержали клеї БФ, що є спиртними розчинами бутварно-фенолових смол. Ці клеї випускаються трьох марок: БФ-2, БФ-4 і БФ-6. Вони відрізняються один від одного складом і мають свої особливості, які обумовлюють області їх застосування. Так, клеї БФ-2 і БФ-4 застосовують для склеювання металів, пластмас, стекол, кераміки, слюди і деревини. Клей БФ-4 забезпечує високу опірність клейового шва вібраціям. Клей БФ-6 утворює еластичний клейовий шов і тому рекомендується для склеювання гум і тканин один з одним і для приклеювання їх до металів і пластмас.
Клеї БФ наносять в два-три шари на кожну склеювану поверхню. Час сушки кожного шару при кімнатній температурі складає 1 ч, після чого наносять наступний шар клею, який підсушується теж протягом 1 ч. Після цього склеювані деталі сполучають один з одним і злегка притирають. Потім їх поміщають під прес або в струбцину, щоб забезпечити тиск (4-12) -10 Н/м.
Твердіння клею відбувається при температурах 140—150 °С (БФ-2 і БФ-4) і 90-100°С (БФ-6) протягом 0,5-3 ч. Збільшення часу нагріву підвищує міцність клейового шва. Для витримки клейового шва при підвищених температурах склеювані деталі поміщають в термостат або застосовують прес з плитами, що обігріваються. Що утворюються при опресовувані деталей, що сполучаються, патьоки клею видаляють шпателем (металевою лопаткою) або ганчіркою.
Клейові шви, утворювані клеями БФ, стійкі до води, мінеральних масел, гасу, бензину і багатьох спиртів. Вони не викликають корозії металів і можуть працювати в інтервалі температур від — 60 до + 80°С .
Широкое використання мають клеї на основі рідких і твердих епоксидних смол. Як відомо, епоксидні смоли відрізняються високою адгезією до металів, пластмас, стекол, кераміки і іншим матеріалам. Крім того, епоксидні смоли і клеї відрізняються малою об'ємною усадкою при отвердінні, що підвищує міцність клеєного шва. Епоксидні клеї можуть отвердівати при температурі 20 °С і при підвищених температурах: 120-170°С (клеї гарячого твердіння). Епоксидні рідкі смоли необхідно піддавати вакуумній обробці при 50-70°С з метою видалення з них повітряних включень, а потім змішувати з отвердітелямі. З епоксидних клеїв широко застосовують клей на смолах ЕД-15, ЕД-16 і ЕД-20, що є рідкими сиропообразниє масами, в які вводять 15 — 20% отвердітеля— полиетиленполиамина. Початкові компоненти ретельно перемішують. Приготований клей придатний до застосування протягом 2 — 6 г, після закінчення яких починає сильно загусати і поступово перетворюватися на тверду речовину. Тому отвердітель (поліетіленполіамін) необхідно вводити в смолу безпосередньо перед застосуванням клею. На заздалегідь підготовлені і очищені поверхні наносять один шар клею, якому дають підсохнути на повітрі протягом 15 — 30 хв. Потім склеювані поверхні сполучають один з одним і здавлюють при тиску (1 ÷ 2)·10 Н/м. Твердіння клейового шва відбувається при 20 °С протягом 18 г. Для забезпечення міцнішого клейового шва необхідна ще додаткова обробка його при 100 °С протягом 4 г. Якщо в епоксидну смолу ввести інший отвердітель — малєїновий ангідрид, то вийде клей гарячого затвердіння. В цьому випадку клейовий шов отвердіває при 120 °С протягом 24 г.
Частіше застосовують ступінчастий режим твердіння клейового шва: 6-8 г. при 120°С, потім 4-6 г. при 150°С. У обох випадках твердіння клейових швів поверхні, що сполучаються, повинні знаходитися під тиском (0,5-3)·10 Н/м.
З метою підвищення теплостійкості і зниження залишкових напруг в клейових швах в клеї вводять наповнювачів, пилоподібний кварц, цемент і металеві порошки (срібло, мідь і ін.). Останні дозволяють одержати клейові шви з великою провідністю. Це необхідно при склеюванні струмопровідних металевих деталей в електричних апаратах і приладах.
Основною характеристикою клеїв (перед їх застосуванням) є в'язкість, яка повинна доводитися до значень, що наказують технологічною інструкцією на даний клей. Для цього клейову суміш доводиться підігрівати, а в'язкість клеївши строго контролювати за допомогою віськозіметров
Застиглі шви епоксидних клеїв стійкі до вологи, бензину і змащувальних масел. При використовуванні епоксидних клеїв слід враховувати їх токсичність, що вимагає дотримання заходів по техніці безпеки.
Окрім клеїв в електротехнічному виробництві і на монтажах широко застосовують терпкі розчини (зв'язки). Вони є тістоподібними текучими масами, які з часом тверднуть. На відміну від клеїв ці розчини застосовують не для склеювання, а для закладення (кріплення) металевої арматури на ізоляторах, наприклад фланців на прохідних і опорних ізоляторах, для наклейки чавунних шапок на підвісні ізолятори, а також для закріплення в головках підвісних і штирьових ізоляторів металевих стрижнів.
Для армування ізоляторів знайшли найбільше застосування цементно-піщані терпкі склади. Вони складаються з 2 — 3 частин високоякісного портландцемента (марки 500 або 600) і однієї частини промитого кварцового піску. Портландцемент є тонкомолотий цементним клінкером, одержуваним і результаті випалення суміші початкових матеріалів, що містять ізвесть і глину, або цементних природних мергелів (природних глинистих ізвестняков).
До складу цементу вводять також гідравлічні добавки (до 15%) ц виді гранульованого доменного шлаку і інших мінеральних речовин, сприяючих збільшенню механічної прочності цементу (цементного каменя). Разом з гідравлічними сумішами в цемент додають інертні породи. Густина портландцемента складає 3000 — 3200 кг/м. Він має велику перевагу перед іншими цементамі — здатність з'єднуватися із сталлю і чавуном без якої-небудь шкідливої дії на них. Якість портландцемента визначається його хімічним складом, режимом випалення початкових матеріалів і тонкісттю помолу початкових компонентів.
Найважливішими характеристиками цементу є швидкість схоплювання і швидкість твердіння.
Схоплювання цементу — це перетворення цементного тіста в непластичну тверду масу. Твердіння цементу — це процес наростання його механічної міцності у часі. Твердіння цементу може відбуватися на повітрі і у воді.
Портландцементи відрізняються порівняно малими швидкостями схоплювання і твердіння: початок схоплювання не раніше 45 хв, кінець — не більш 12 годин від початку затвердіння цементу. Інтенсивне твердіння, що супроводжується наростанням механічної міцності, відбувається в основному протягом першого місяця.
Швидкості схоплювання і твердіння портландцемента залежать від температури і вогкості цементу, температури води, вживаної для зачинення цементу, а також від температури і вогкості навколишнього повітря. Хімічний і гранулометричний склади портландцемента мають також велике значення. У зволоженого цементу погіршуються властивості схоплювання і твердіння, тому портландцемент може зберігатися не більш три місяці і в сухому приміщенні. Змішування цементов різних партій не допускається.
Пониження температури цементного тіста теж знижує властивості схоплювання і твердіння цементу.
Залежно від механічної міцності зразків при стисненні (після 28 діб твердіння їх у воді) розрізняють портландцементи чотирьох марок .
Другим компонентом терпких складів є кварцовий пісок, що є інертним наповнювачем в цементно-песчаних складах. Пісок повинен бути звільнений від глинистих забруднень. Для цього промивають водою в спеціальних пристроях, потім сушать. Крім того, пісок повинен мати певний гранулометричний склад, основну масу якого (96 %) складають частинки розміром 0,15-0,2 мм.
Вживані цементно-песчані суміші складаються з 75 — 80 % портландцемента і відповідно з 25-20 % кварцового піску. Цемент і пісок просівають (окремо) через вібраційне сито, потім ретельно перемішують в спеціальних змішувачах.
Портландцементи відносяться до гідравлічних цементів, тобто речовинам, затвердіваючим з найбільшою швидкістю у вологому середовищі.
При твердінні портландцемента у воді його об'ємна усадка дуже мала, оскільки створюються хороші умови для протікання хімічних процесів під дією води (гідроліз і гидратация) між речовинами, що входять до складу цементу В результаті цього відбувається набухання зерен цементу і безперервне ущільнення цементного каменя, що утворився, унаслідок чого механічна міцність його зростає. Проте твердіння цементу у воді - процес тривалий. Для швидкого твердіння цементних складів застосовують пропарювання цементно-пісчаних швів в сполучених ними деталях, наприклад, в армованих ізоляторах. Для цього ізолятори розташовують на перфорованих полицях в пропарювальних камерах, куди безперервно поступає пара з температурою 70-80°С.
Недоліком портландцемента є виділення з нього з часом вільного вапна, розчинного у воді. Це може привести до порушення зв'язку цементного закладення з електрокерамічним матеріалом і арматурою, тобто до руйнування ізолятора. Для захисту отверділих цементних закладень від вилуговування водою (вільного вапна) цементні шви зовні покривають водостійкими лаками і емалями. Це необхідно також для того, щоб запобігти проникненню вологи всередину цементних закладень і змочування компенсаційних прокладок з кирзи або пробкової композиції, що приводить до зниження електричної міцності ізоляторів.