Клеи, - это природные или синтетические вещества, применяемые для соединения различных материалов за счёт образования адгезионной связи клеевой плёнки с поверхностями склеиваемых материалов.

Прочность клеевого соединения зависит от силы прилипания клея к склеиваемым поверхностям, прочности клеевой пленки и свойств склеиваемых материалов.

Что такое адгезия

Ключевое понятие процесса склеивания - адгезия.  "Адгезия (от лат. adhaesio - прилипание), слипание поверхностей двух разнородных твёрдых или жидких тел. Адгезия  обусловлена теми же причинами, что и адсорбция. Количественно адгезия   характеризуется удельной работой, затрачиваемой на разделение тел. Эта работа рассчитывается на единицу площади соприкасающихся поверхностей и зависит от того, как производится их разделение: сдвигом вдоль поверхности раздела или отрывом в направлении, перпендикулярном поверхности. Адгезия  иногда оказывается больше, чем когезия, характеризующая силу сцепления частиц внутри данного тела. В этом случае разрыв происходит когезионно - внутри наименее прочного из соприкасающихся тел.

Адгезия  твёрдых тел с неровной поверхностью обычно невелика, т. к. они фактически соприкасаются только отдельными выступающими участками своих поверхностей. Адгезия жидкости и твёрдого тела и двух несмешивающихся жидкостей достигает предельно высокого значения вследствие полного контакта по всей площади соприкосновения. При покрытии твёрдого тела полимером в текучем состоянии последний проникает в углубления и поры. После отвердевания полимера возникает связь, иногда называемая механической адгезией. В этом случае для отрыва полимерной плёнки необходимо преодолеть когезию в затвердевшем полимере. Для достижения предельной адгезии твёрдые тела соединяют в пластическом или эластичном состоянии под давлением, например при склеивании резиновым клеем или при холодной сварке металлов. Прочная адгезия  достигается также при образовании новой твёрдой фазы на поверхности раздела, например в случае гальванических покрытий, или при возникновении поверхностных химических соединений (окисные, сульфидные и др. плёнки).

Адгезия  полимеров происходит лучше в том случае, если макромолекулы полярны и имеют большое число химически активных функциональных групп. Для улучшения адгезии  в состав клея или плёнкообразующего полимера вводят активные добавки, молекулы которых одним концом прочно связываются с плёнкой, другим - с подложкой, образуя ориентированный адсорбционный слой. При контакте двух объёмов одного и того же полимера может произойти автогезия (самослипание), когда имеет место диффузия макромолекул или их участков из одного объёма в другой. При этом прочность связи со временем увеличивается, стремясь к пределу - когезионной прочности.

Явление адгезии  имеет место при сварке, паянии, лужении, склеивании, при изготовлении фотоматериалов, а также при нанесении лакокрасочных полимерных покрытий, предохраняющих металлические детали от коррозии; причинами нарушения адгезии  в последнем случае являются напряжения, возникающие вследствие усадки плёнки, а также различие коэффициентов теплового расширения плёнки и металла".

Как видно из  определения  адгезии  механика  склеивания  определяется   силами молекулярного взаимодействия, а они могут достигать больших величин. Современные клеи используются для выполнения самых ответственных соединений. Например, -  вместо заклепок и сварки   для склеивания элементов фезюляжей самолетов, вертолетов,  космических кораблей, корпусов  судов и мостовых конструкций.

Склеиваться могут однородные материалы (дерево-дерево, поролон-поролон) или разнородные (дерево - металл - стекло - кожа - ткань и т.д. и т.п.).

При склеивании необходимо обеспечить хорошее смачивание клеем соединяемых поверхностей, их плотное прилегание друг к другу и максимальную поверхность склеивания. Это достигается специальной обработкой соединяемых поверхностей (механической очисткой, обезжириванием, шероховкой и т.п.) и конструированием склеиваемых деталей с учётом получения большей поверхности склеивания и работы клеевого шва при благоприятном распределении нагрузок, т. е. на сдвиг или равномерный отрыв, а не на изгиб или отслаивание.

Обычно адгезия клея к склеиваемой поверхности превышает когезию внутри клеевой плёнки, поэтому желательно получить клеевой шов минимальной толщины.  Поэтому 
на поверхности деталей, как правило, наносят тонким слоем. Клей заполняет шероховатости, проникает в поры материала и, высыхая, образует твердую и прочную прослойку, скрепляющую эти детали. Для того, что бы создать тонкие клеевые пленки  в промышленных процессах  обычно используют прессы и др.  прижимные устройства..

Чтобы клеевой шов был менее заметен, в некоторые  клеи  добавляют  пигменты  соответствующего  цвета.

Если предметы пористы и легко впитывают в себя жидкости, то склеиваемые поверхности предварительно пропитывают  жидким клеевым раствором.

Клеи наносят при помощи кисти, тампона, шпателя, пулеверизатора  и специальных клеенаносящих приспособлений и машин . В щели клей вводят  шприцем.

Классификация клеев

По физическому состоянию клеи  представляют собой жидкости различной вязкости (жидкие мономеры, растворы, суспензии и эмульсии), плёнки, порошки, гранулы  или прутки, расплавляемые перед употреблением или наносимые на горячие поверхности.

По виду отверждения  клеи делятся  на 

- высыхающие,
- термореактивные,
- термопластичные.

В отдельную группу следует отнести невысыхающие (липкие) клеи.

Отверждение высыхающих клеев связано с удалением из клеевой пленки воды или растворителя. Отверждение реактивных  клеев осуществляется  в  ходе необратимой химической реакции.  Термопластичные  клеи отверждаются в  ходе охлаждения полимера до температуры ниже точки текучести. Невысыхающие клеи все время сохраняют клеющую способность и используются в производстве самоклеящихся изделий (липких лент и т.п.).

При проектировании клеевого соединения необходимо учитывать  особенности  поведения склеиваемых материалов и клеевой пленки  при изменениях  температуры и влажности  в процессе склеивания и в эксплуатации. В противном случае, под воздействием  внутренних напряжений,  возможно разрушение  клеевой прослойки или склеиваемых материалов.

Клеевые соединения стареют со временем или в неблагоприятных условиях.

Однако,  антикварная мебель и музыкальные инструменты  эксплуатируются  150 и более лет без ремонта.

Клеющими  свойствами   обладает  большое количество  природных и химических веществ.

По природе основного компонента различают неорганические, органические и элементоорганические клеи.

Неорганические клеи включают:

  - жидкие стекла (водные растворы силиката натрия и калия) и 
  - клеи-фритты (водные суспензии композиций, содержащих окислы щелочных и щелочноземельных металлов). Жидкие стекла применяют для склеивания целлюлозных материалов, клеи-фритты - для склеивания металлов и керамики.

Элементоорганические клеи  изготовляют на основе кремнийорганических, борорганических, металлоорганических и других полимеров. Клеи  этой группы обладают очень высокой термостойкостью и термостабильностью (обеспечивают высокую прочность соединения различных материалов при кратковременном нагреве до температуры порядка 1000 град. С и выше и выдерживают длительное нагревание при 400-600 град.С). Элементоорганические клеи . используют для склеивания металлов, графита, термостойких пластмасс и др. Наиболее широкое применение нашли кремнийорганические клеи.

К органическим клеям  относятся композиции на основе природных и синтетических полимеров.

Клеи  на основе природных полимеров изготавливаются на основе: 

  - веществ животного происхождения - продукты переработки мездры, костей и чешуи (коллаген), крови (альбумин) и молока (казеин); 

 -  веществ растительного происхождения - камеди, смолы, крахмал, декстрин, натуральный каучук, гуттаперчу, зеин и соевый казеин.

Клеи на основе природных полимеров применяют для склеивания древесины, бумаги, кожи, текст, материалов и т.д. Эти клеи  обладают сравнительно невысокой устойчивостью к действию микроорганизмов и воды. Однако, - это экологически безопасные продукты.

Из них в  деревообработке  наибольшее распространение получили  клеи животного происхождения,

Синтетические  клеи   производятся на основе   синтетических полимеров, производимых в промышленном масштабе. Эти клеи обеспечивают высокую прочность склеивания различных материалов, обладают устойчивостью к факторам внешнего воздействия и находят широкое применение при склеивании металлов, стекла, керамики, пластмасс, древесины, текстильных, целлюлозных и др. материалов.  В основном,  синтетические  клеи  производятся  на основе  синтетических смол.

Синтетические смолы,- это синтетические полимеры сравнительно невысокой молекулярной массы (т.н. олигомеры), способные в результате химической реакции отверждения образовывать нерастворимые и неплавкие продукты (ранее термины "синтетические смолы" и "синтетические полимеры" считали синонимами). К синтетическим смолам относят алкидные смолы, карбамидные смолы, феноло-альдегидные смолы, полиэфирные смолы, эпоксидные смолы и др.

Смолы часто используются непосредственно в качестве клеящего вещества. Разница между клеем и смолой заключается  в следующем:  смолы - продукт большой химии и полуфабрикат для производства клеев.

По функциональному назначению клеи  подразделяются на конструкционные, неконструкционные и специальные.

К конструкционным клеям  относят композиции, обеспечивающие передачу динамических и статических нагрузок от одной части детали или изделия к другой, сопряжённой с ней посредством клеевой плёнки. Основные требования, предъявляемые к клеям этой группы: достаточно высокая прочность при различных видах нагружения в интервале температур эксплуатации изделия, отсутствие ползучести под действием длительной нагрузки и т.п.

Неконструкционные клеи  - композиции, применяемые для приклеивания декоративных, облицовочных или изоляционных материалов и покрытий, контровки резьбовых соединений, крепления мелких ненагруженных деталей, т.е. там, где вопросы прочности и долговечности являются второстепенными.

К специальным клеям  относят композиции, обладающие дополнительными функционально важными свойствами, например: токопроводящие клеи, оптические клеи, медицинские клеи  и т.п.

Клеи  подразделяются на универсальные и  специализированные. Первые, - используются преимущественно в быту, ремонтных работах и т.п., вторые, - в промышлености.

Специализированные клеи  разрабатываются  для  склеивания конкретных материалов с учетом  применения их в конкретных изделиях, в технологических процессах и даже применительно к отдельным видам оборудования.

www.newchemistry.ru