Przygotowanie powierzchni w technologii klejenia
Czynniki wpływające na klejenie
Dwa czynniki biorą udział w tworzeniu wytrzymałości złącza klejonego:
• łączenie mechaniczne,
• łączenie chemiczne.
…
Łączenie mechaniczne wiąże się z chropowatością powierzchni. Jest ważne, gdyż zwiększa powierzchnię na jakiej klej może się kontaktować z substratem. Tworzy się w ten sposób lepsze zakotwiczenie. Schropowacenie bierze również udział w polepszeniu adhezji, gdyż czyści powierzchnie, usuwa luźne tlenki.
Łączenie chemiczne to adhezja pochodząca z molekularnego kontaktu pomiędzy klejem i substratem. Różne siły działające w tym obszarze to siły polarne, elektrostatyczne, siły Van der Waalsa i jonowe. Aby te działanie tych sił było efektywne, klej musi znajdować się blisko substratu. Oleje, tlenki, woda i kurz powodują oddalenie kleju i w ten sposób redukują jego wytrzymałość.
Zwilżanie powierzchni
Tworzenie akceptowalnej siły połączenia klejonego zależy od tego, jak dobrze klej zwilża powierzchnię. Zwiększona zwilżalność polepsza zarówno wytrzy-
małość łączenia mechanicznego i chemicznego jak
i trwałość połączenia. Im wyższa jest energia powierzchniowa substratu (optymalne >70 mN/m, równe napięciu powierzchniowemu wody), tym łatwiej ją zwilżyć. Właściwa obróbka powierzchni zwiększa energię powierzchniową substratu i ułatwia klejowi jej zwilżenie ponieważ większa część cieczy jest
w kontakcie z tym substratem. Dlatego lepsze wytrzymałości połączeń klejowych są osiągane na substratach o większej energii powierzchniowej. Klej powinien mieć niższe napięcie powierzchniowe niż substrat, aby dobre zwilżenie mogło zaistnieć.
Powierzchnie z niską energią powierzchniową (np. jak PE – ok. 25 mN/m) są trudne do zwilżenia, stąd są również trudniejsze do klejenia. Ciecze zbierają się
w sferyczne kształty, które utrudniają kontakt powierzchniowy z substratem.
Metody przygotowania powierzchni
Stopień, przy którym można uznać, że podłoże jest przygotowane zależy od kilku czynników, jak pożądana wytrzymałość złącza, stopień odporności złącza na starzenie oraz ilość zanieczyszczeń obecnych na powierzchni. Decyzja, jaką metodę obróbki wybrać, zależy od wielkości zadania, kosztu danej metody, oraz przepisów bezpieczeństwa związanych ze stosowaniem niektórych chemikaliów. Opisane dalej metody obróbki powierzchni okazały się efektywne i akceptowalne dla metali, szkła, ceramiki i tworzyw sztucznych.
Odtłuszczanie za pomocą rozpuszczalników
Rozpuszczalniki usuwają oleje i inne zanieczyszczenia z powierzchni substratu. Metody to: zanurzenie, przecieranie rozpuszczalnikiem, spryskiwanie, odtłuszczanie w oparach i odtłuszczanie ultradźwiękowe. Zanieczyszczenia redukują stopień zwilżalności podłoża, muszą więc zostać usunięte przed nałożeniem kleju, by złącze uzyskało pożądaną wytrzymałość. Pod pojęciem zanieczyszczeń rozumiemy brud, olej, warstwy tlenków, rdzę, środki rozdzielające, wilgoć, smary, odciski palców oraz inne niepożądane substancje na powierzchni substratu.
Obróbka ścierna powierzchni
Chropowatość jest ważnym parametrem, ponieważ zwiększa powierzchnię kontaktu substratu z klejem. Zwiększona powierzchnia daje efekt w postaci lepszego zakotwiczenia. Zwiększona w wyniku obróbki mechanicznej powierzchnia zwiększa zarówno siłę łączenia mechanicznego jak i chemicznego. Schropowacenie powierzchni jest uzyskiwane w wyniku obróbki papierem ściernym, szczotkowaniem lub piaskowaniem. Powyższe metody nie tylko usuwają zanieczyszczenie powierzchni, lecz również słabe warstwy powierzchniowe, co podwyższa energię powierzchniową i owocuje trwalszym złączem klejonym.
Obróbka chemiczna
Obróbka chemiczna substratów pociąga za sobą zwiększenie adhezji za pomocą chemicznego trawienia powierzchni. Ten proces powoduje usunięcie wszelkich tlenków oraz słabych warstw powierzchniowych, które redukują siłę kleju. Istnieje wiele chemikaliów dostępnych na rynku, do trawienia powierzchni. Popularne metody obróbki chemicznej zawierają użycie dwuchromianu siarkowego, fenolu, wodorotlenku sodowego, chlorku żelazowego – kwasu azotowego i kwasu azotowego – fluorowodorowego.
Autor: Marek Bernaciak