Полиуретановый клей что это
Полиуретановый клей
Во-первых, полиуретан, сокращенно PU или PUR, не является продуктом с фиксированной формулой. Это целый ряд химических веществ. Это полимер, состоящий из звеньев органических цепей, соединенных уретановыми или карбаматными звеньями. Большинство полиуретанов являются термореактивными полимерами и не расплавляются при нагревании, также доступны термопластичные полиуретаны.
Полиуретановые полимеры образуются в результате реакции изоцианата и полиола. Используемые изоцианаты и полиолы обычно содержат две или более функциональных групп на молекулу.
Что такое полиуретановый клей?
Какой бы то ни было, полиуретаны имеют некоторые общие черты. Они прекрасно склеивают. Полиуретановыи клеи будут работать практически со всеми нормальными материалами, пористыми и гладкими.
Им доступно склеивание металлов, дерева, каучука, вулканизованной эпоксидной смолы, кожи, черепицы и стекла, пластмассы, бетона и кирпича, список можно продолжать.
Полиуретановый клей плохо работает на полипропилене, полиэтилене или на таких веществах, как тефлон или силикон, восковых или масляных поверхностях.
Клей на основе полиуретана может быть твердым и относительно жестким, или может оставаться пластичным и эластичным.
Большинство полиуретановых клеев при схватывании становятся прочными, но не хрупкими. Их можно шлифовать и резать.
Какие преимущества полиуретанового клея?
Каковы недостатки полиуретанового клея?
Наше мнение о полиуретановом клее
В применении с многими материалами и конструкциями полиуретановый клей идеален. Если вам нужно прикрепить деталь, которая хорошо прилегает без больших зазоров, и вам нужно ее надежно закрепить, вы можете использовать полиуретан. Очень удобно использовать небольшое количество прочного водонепроницаемого клея прямо из картриджа.
Полиуретановый клей можно использовать для ламинирования.
Влагоотверждаемые однокомпонентные полиуретановые системы идеально подходят для соединения деформационных материалов с разным удлинением под нагрузками и тепловым расширением. Таких как склеивание армированных стекловолокном пластмасс (FRP) с сталью, а также алюминиевые стеновые и напольные плиты на стальные опоры.
Продукты нашего ассортимента PURACOLL 8110 и PURACOLL 8220, использующие полиуретановые действующие компоненты, демонстрируют высокий уровень гибкости, а также хорошую устойчивость к УФ, неблагоприятным погодным условиям и растрескиванию.
Мы предлагаем полиуретановые решения для специфических индустриальных и промышленных приложений.
Полиуретановые клеи обеспечивают чрезвычайно прочное сцепление. Это делает процесс производства и строительства более простым и дешевым.
Купить полиуретановый клей можно в СДМ-ХИМИЯ мы предлагаем полиуретановые клеи в соответствии с требованиями конкретной отрасли.
Данный материал является интеллектуальной собственность компании ООО «СДМ-ХИМИЯ».
Любое использование Материалов допускается только c указанием источника информации
Автор: Юхов Максим Петрович
Что такое полиуретановый клей, как его использовать
Широкое распространение в строительно-ремонтных работах получил полиуретановый клей. В статье рассказывается о составе клея, его характеристиках, видах, способах применения и хранения.
Полиуретаны — это полимерные вещества, обладающие пленкообразующими свойствами. Они очень устойчивы к агрессивному воздействию кислот, бензина, масел. Полиуретановый клей способен создавать жесткое и прочное сцепление, соединяя элементы из камня, керамики, металла, пластика, а также отлично подходит для дерева.
Какой бывает
Полиуретановый клей характеризуется длительным сроком действия, прекрасной адгезией к различным поверхностям, безусадочностью, тиксотропностью (способностью восстанавливаться), термической устойчивостью, высокой прочностью скрепления при соблюдении технологии. Различают однокомпонентный и двухкомпонентный полиуретановый клей. Оба типа увеличиваются в объеме при отверждении от взаимодействия с атмосферной влагой. Благодаря этому свойству они успешно применяются для скрепления деталей с пористой поверхностью.
Однокомпонентный полиуретановый клей сразу готов к применению.
Двухкомпонентный требует предварительной подготовки. Рабочая способность клеящей смеси составляет обычно не более трех часов, нужно замешиватьы количество клея, которое будет полностью выработано за это время.
Состав
Полиуретановый клей нередко содержит наполнители, ускоряющие отверждение и придающие вязкость (ПАВы, смолы).
Добавленные в состав композитные материалы помогают клею выполнять возложенные на него функции и придают ему необходимые для этого качества, улучшают адгезию.
Однокомпонентные клеи производятся на основе заранее синтезированных полиуретанов. Эти составы в герметичных упаковках сохраняют свои рабочие свойства в течение года. Отверждение их проходит быстро при температуре до 100 градусов.
В двухкомпонентные клеи включаются изоцианат и гидроксилсодержащие соединения (в основном олигоэфир). Полиуретан, т.е. главное клеящее вещество, образуется благодаря соединению этих компонентов в процессе отверждения. Изоцианаты увеличивают реакционную способность клея, но и сокращают его жизнеспособность и повышают токсичность.
Есть клеи, в составе которых вместо изоционатов содержатся аминоимиды. Они генерируют изоционаты при нагреве. Такие смеси отличаются повышенной жизнеспособностью и почти не чувствительны к влаге.
Правила склеивания
Срок отверждения зависит от окружающей температуры и составляет от нескольких часов до двух дней. Чем температура выше, тем быстрее протекает процесс.
После высыхания клей остается эластичным, крепко удерживающим склеенные детали. Деревянный пол и паркет имеют особенность подвижки, возникающей при перемене влажности воздуха, так как дерево способно впитывать и отдавать избыточную влагу. Клей на основе полиуретана растягивается вслед за покрытием. Устойчивость к влаге помогает создать водонепроницаемые швы.
Можно применить холодный способ. Рабочие поверхности необходимо предварительно очистить и обезжирить. Клеящую массу нанести ровным тонким слоем на подготовленные детали. После этого выдержать 10—15 минут. Затем нанести состав повторно и выдержать еще 3—5 минут. После такой подготовки детали следует плотно прижать друг к другу на две минуты.
Также существует горячий способ. Клеевой слой надо нанести на приготовленные поверхности. Затем подождать до получаса. После этого детали следует разогреть до температуры около 90 градусов и придавить друг к другу при помощи пресса.
Известен также и мокрый способ склеивания. При этом методе поверхность необходимо сбрызнуть водой для ускорения схватывания клея. В присутствии воды в клеевом составе возникает химическая реакция, которая приводит к образованию твердой пленки.
Использование пресса необходимо в большинстве случаев, так как клей по шву по мере отверждения пенится. Чем плотнее детали прижаты друг к другу, тем тоньше и изящнее получится склейка.
Для монтажан паркета и полистирольной плитки допустимо нанесение клеевого состава точечно, а также линиями по периметру детали.
Клей на основе полиуретана успешно заполняет просветы, однако недостаточно подогнанные швы не станут надежными. Перед скреплением надо убедиться, что рабочие поверхности очень плотно прижимаются друг к другу.
Основные правила безопасности
Компоненты, входящие в состав полиуретанового клея, вызывают негативные реакции при попадании на кожу или вдыхании испарений. Поэтому необходимо обеспечить вентиляцию помещения, работы проводить в респираторе и перчатках. Кожу надо защитить не только от раздражения, но и от несмываемых пятен.
Правила хранения
После открытия флакона в него проникает влага из окружающего воздуха, поэтому обычно клей рекомендуется выработать в течение полугода. Соблюдая эти простые правила, вы уменьшите потери.
При покупке клея на основе полиуретана выбирайте небольшую упаковку, чтобы израсходовать его за несколько месяцев.
Совет
После каждого применения, перед закрытием тюбика, надо полностью удалить из него воздух, нажимая на стенки. После этого колпачок следует плотно завернуть, а флакон хранить в перевернутом виде, чтобы затвердевшие кусочки оказались на дне и не закупорили носик.
Опытные мастера рекомендуют для вертикального хранения флакона с полиуретановым клеем соорудить специальную подставку из двух обрезков доски с высверленными отверстиями под размер крышки флакона. Такой способ максимально увеличит его срок эксплуатации.
Клей на основе полиуретана широко применяется в строительстве и ремонте. Теперь вы сможете правильно пользоваться этими клеевыми составами и обеспечивать их сохранность в домашних условиях.
Полиуретановые клеи
Склеивание представляет собой важнейший технический прием, без которого производство множества товаров было бы невозможно. Однако оно представляет только один из множества других способов совмещения различных материалов и конкурирует с такими методами, как сварка и резьбовые соединения. Некоторые преимущества склеивания очевидны. Детали, подлежащие соединению, не повреждаются вследствие температурного воздействия (сварка) и не ослабляются за счет отверстий (резьбовые соединения). Склеиваться вместе могут самые разнообразные материалы. Силы, действующие на совмещаемые поверхности, распространяются по всей площади, и склеивание вызывает лишь незначительное увеличение массы соединяемых деталей. Однако клеевые соединения обладают и некоторыми недостатками. Обычно склеиваемые детали не могут быть разделены без повреждения, а комбинация различных материалов приводит к затруднениям при их вторичной переработке (рециклинге).
Возможность соединения различных материалов приводит к получению продукции, ценность которой обусловлена комбинацией специфических свойств ее составляющих. К примеру, производство обуви. Без термически активируемых полиуретановых клеев модная и спортивная обувь имела бы совершенно другой вид, и сегодняшнее многообразие сложно структурированной спортивной обуви было бы недостижимо.
Полиуретановые клеи обладают хорошей адгезией ко многим субстратам. Это обусловлено не только силами физического притяжения, возникающими из-за близкого контакта между пленкой адгезива и субстратом. Адгезия может усиливаться за счет мостиковых водородных связей, которые полимеризующийся полиуретан может распространять на многие субстраты. Кроме того, имеющиеся в клеевой композиции свободные изоцианатные группы могут реагировать со следами влаги, присутствующими внутри или на поверхности субстрата.
Каждый клей должен сохранять текучесть в течение определенного времени, так чтобы его можно было нанести на части, подлежащие склеиванию. Клей смачивает поверхности субстратов и обеспечивает начальную адгезию, которая еще не является несущей (основной) силой, скрепляющей две части изделия. Клеевое соединение достигает необходимой силы за счет последующего отверждения.
Полиуретановые реактивные клеи.
Характерные свойства сшитого полимера определяются структурой, длиной цепи и функциональностью реагентов, посредством концентрации уретановых и мочевинных групп, а также плотности химической сшивки. Этими свойствами являются прочность при растяжении, модуль, эластичность, температура размягчения и химическая стойкость.
Однокомпонентные системы состоят из жидкого полиуретана с изоцианатными группами (NCO-преполимер), который может быть подвергнут предварительной реакции, повышающий его молекулярную массу. Отверждение происходит за счет реакции свободных изоцианатных групп с атмосферной влагой воздуха или водой, присутствующей в субстрате, что обуславливает образование мочевинных групп. Скорость отверждения зависит не только от реакционной способности компонентов. Важными факторами являются также доступность воды и скорость ее диффузии.
Полиуретановые реактивные клеи используются во многих областях промышленности для склеивания как одинаковых между собой, так и различных материалов, например, стали с полиуретаном, приклеивание утеплителей из минеральной ваты и пенополистирола, соединение керамики, ПВХ, стекла, панелей МДФ, ОСП, ДСП, ДВП с деревом, бетоном, кирпичом.
Органоразбавляемые полиуретановые клеи на основе
гидроксилсодержащих полиуретанов.
Органоразбавляемые полиуретановые клеи, как правило, содержат гибкий полиуретановый полимер, растворенный в органическом растворителе. Таким способом твердый полимер может быть нанесен на субстрат. Растворитель способствует смачиванию, а затем испаряется, что является причиной физического затвердевания адгезива. Линейные гидроксилсодержащие полиуретаны на основе кристаллизующихся полиэфирных сегментов обычно перерабатываются как термически активируемые клеи. Благодаря кратковременному нагреванию до температуры, превышающей точку размягчения кристаллических полиэфирных сегментов, сухая нелипкая пленка, образовавшаяся после испарения растворителя, приобретает липкость и текучесть, требуемые для процесса совмещения. В этом состоянии клеевой слой может быть совмещен со вторым слоем путем небольшого давления, обеспечивающего образование гомогенного клеевого шва, который впоследствии физически отверждается благодаря повторной кристаллизации полимера. Изоцианатная сшивка. Для предотвращения размягчения термопластичной клеевой пленки при тепловом воздействии такие клеи часто выпускают в виде двухкомпонентной композиции, вводя изоцианатный отвердитель более высокой функциональности. Он существенно увеличивает температуру размягчения клеевого слоя и его адгезию к субстрату. Вначале клеевой слой физически отвердевает. Химическая сшивка требует несколько большего времени. Температура размягчения сшитого клеевого слоя значительно увеличивается, так же как и его устойчивость к растворителям, пластификаторам, миграции масел и жиров.
Клеи на основе высококристалличных сложных полиэфиров образуют прочный клеевой шов даже с ПВХ с высоким содержанием пластификаторов, что обуславливает их применение в обувной, мебельной и автомобильной промышленности. Продукты, содержащие менее кристалличные полиэфиры, характеризуются высокой эластичностью и лучшей адгезией к неполярным субстратам. Поэтому они используются для ламинирования пленок.
Несмотря на то, что органоразбавляемые клеи зачастую перерабатываются как однокомпонентные системы, рекомендуется дополнительно использовать изоцианатный отвердитель. Отверждение существенно повышает термостойкость клеевого шва, улучшает адгезию к субстрату и стойкость к гидролизу, растворителям, пластификаторам, маслам и жирам.
Полиуретановые воднодисперсионные клеи состоят из высокомолекулярного полиуретана, диспергированного в воде, который отверждается за счет испарения или миграции воды. По сравнению с органоразбавляемые клеями они обладают более низкой вязкостью и более высоким значением сухого остатка. Среди них преобладают продукты, предназначенные для термической активации склеивания. Они состоят в основном из линейных макромолекул, содержащих кристаллизующиеся сегменты сложного полиэфира.
После высушивания клей образует неблокированную пленку, которая должна быть активирована (декристаллизована) для соединения путем кратковременного теплового воздействия. Термическая активация делает пленку липкой, кристаллические полиэфирные сегменты полимера плавятся в туннельной печи или при инфракрасном облучении при температуре, превышающей минимальную температуру активации.
Как и в случае органоразбавляемых клеев, термоактивируемые полиуретановые воднодисперсионные клеи могут полностью могут полностью реализовать свой потенциал только в результате химической сшивки. Изоцианатные группы реагируют с реакционноспособными группа полимерной цепи. Таким образом, клеевой слой отверждается сначала физически, затем химически. Температуры размягчения и барьерные свойства сшитой клеевой пленки существенно возрастают. NCO-группы изоцианатного отвердителя медленно сшивают полимер в высушенной клеевой пленке. Это приводит к снижению липкости и текучести термоактивированнной адгезионной пленки с медленным повышением температуры. Клеевой слой должен быть термоактивирован и использован максимум в течение 8 часов после нанесения клеевой дисперсии.
Лучше всего термоактивация осуществляется путем короткого нагревания (шоковая активация, например, за счет ИК-излучения), поскольку субстрат при этом остается практически холодным. Временем горячей липкости называется период после окончания термоактивации, в течение которого пленка проявляет достаточную липкость и текучесть, требуемые для склеивания. Субстраты необходимо совместить в течение этого времени, которое может составлять от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от структуры полимера.
Термически активируемые продукты образуют очень прочный адгезионный контакт, особенно на поверхности субстратов, содержащих пластификатор. Они различаются по степени кристалличности, скорости кристаллизации и температуре активации. Продукты, которые быстрее кристаллизуются после тепловой активации, способны к более быстрому поглощению напряжений, возникающих в клеевом соединении после склеивания. Это свойство привлекает интерес при производстве мебельных фасадных панелей путем ламинирования декоративных пленок на волокнистые плиты МДФ. Нанесенная и высушенная пленка на плите МДФ активируется через предварительно нагретую декоративную пленку. После извлечения из ламинирующего пресса адгезионный контакт должен абсорбировать релаксационные напряжения декоративной пленки, которая подвергалась интенсивному разряжению на нескольких участках.
Продукты, которые медленнее кристаллизуются после активации, имеют больше времени открытой выдержки, что приводит к увеличению времени, в течение которого можно перемещать и соединять детали, что полезно при производстве обуви для приклеивания подошв.
Полиуретановые дисперсии с низкой температурой активации (40- 50⁰С) используют для склеивания субстратов, чувствительных к нагреванию.
В автомобильной промышленности процессы глубокого вакуумного формования используются в производстве ламинированных деталей интерьера. Предварительно нагретая ламинирующая пленка вытягивается вакуумом и приклеивается к отформованной детали, покрытой клеем.
Полиуретановые клеи-расплавы проявляют очень хорошие адгезионные свойства. Они представляют собой химически неактивные материалы в форме пленок или порошков на основе гидроксилсодержащих полиуретанов с кристаллизующимися полиэфирными сегментами. Используемые в температурном интервале от 60 до 130⁰С, они отверждаются физически в результате охлаждения и кристаллизации. В отличие от них, реактивные клеи-расплавы состоят из плавких полиуретанов с изоцианатными группами, которые являются твердыми при комнатной температуре. Они применяются при температурах от 100 до 140⁰С и в начале отверждаются физически, при охлаждении, а затем химически, свободные изоцианатные группы реагируют с атмосферной влагой с образованием полимочевинных структур. В зависимости от рецептуры, реактивные полиуретановые клеи-расплавы вулканизируются, образуя эластомерные слои от гибких до жестких и плотных.
Начальная прочность клеевого шва зависит от температуры субстрата, поскольку температура влияет на увеличение вязкости и повторную кристаллизацию адгезионной пленки в клеевом соединении.
Если субстрат слишком теплый, то начальная прочность клеевого соединения окажется слишком низкой. Если субстрат слишком холодный или очень быстро отводит тепло, то клей может слишком быстро отвердеть и перестанет прилипать к холодному носителю или смачивать детали, предназначенные для соединения. Для достижения окончательной прочности клеевого шва необходимо присутствие влаги. В зависимости от скорости диффузии влаги в клеевую пленку необходимо от 3 до 7 суток до окончательной вулканизации.
Одной из важнейших областей применения является ламинирование текстильных материалов. Адгезия достигается термической активацией нанесенного напылением порошка, экструдированной клеевой пленки или клеевого нетканого материала с последующим прессованием обоих субстратов. Еще одну область применения пленок на основе клеев расплавов можно найти в автомобильной промышленности, в отделке внешних текстильных полотен для процессов обратного формования или покрытий изоляционных пен оболочкой. Также клея расплавы используются при производстве верха обуви или предварительно покрытых поверхностных пленок для корпусной мебели.
Термоактивированные гидроксиполиуретановые порошки становятся липкими при очень низких температурах, поэтому они подходят для мягкого ламинирования термочувствительных субстратов, например, высококачественного текстиля. Благодаря хорошей текучести в активированном состоянии клеевой шов образуется даже при низком давлении и коротком времени выдержки. При этом опасность пробивания текстильной основы невелика.
Специально разработанные полиуретановые клеи-расплавы используются во многих областях: в переплетном деле, сборке и упаковке профилей в мебельной промышленности, производстве текстильных композитов и ламинатов, металлических дверей и перегородок офисов, сэндвич-панелей, оконных рам, автомобильных элементов освещения.
Опусы про Его Величество Клей. Часть третья — полиуретан vs космический холод
Посвящается всем туристам-водникам, рыбакам и морякам, которым удалось или не удалось (но, надеюсь, удастся после прочтения статьи) заклеить дыры на своих ПВХ судах, ибо не Десмоколом единым.
Полиуретаны вошли в мою жизнь еще в раннем детстве, когда я с жаром доказывал мамке, что выгоднее купить дорогие кроссовки от Белкельме с полиуретановой подошвой, а не лидские с разлазящимся непонятным пластиком (позднее, кстати, «лидские» исправились), просто потому что «полиуретан — вечный». В принципе так оно и было, кроссовки изнашивались до трухи, а подошва, подошва выглядела как в день покупки. Второе «открытие» этого важного класса полимеров для меня состоялось тогда, когда я познакомился с водным туризмом и такой штукой, как пробоина на «шкуре» из ПВХ. До сих пор помню заповедь тренера, м.с. Вячеслава Антоновича Бажанского — «Десмокол-создан для байдарки, как птица для неба».
Так что, друзья, сегодня вашему вниманию очередная, третья статья из «клеевой» серии. Посвящена она полиуретанам. Если хотите узнать, как отмыть монтажную пену, чем намертво заклеить пробитую рыбацкую пвх лодку и какой уплотнитель сохраняет эластичность при температуре жидкого азота — идем под кат, там все есть!
В прошлой статье, про суперклей-цианоакрилат я приводил любопытную картинку. Сейчас для того, чтобы не дублировать-спрячу оную под спойлер.
Из этой картинки видно, что полиуретаны (ПУ) абсолютно заслуженно занимают первое место среди всех остальных клеёв. Понять причины поможет табличка ниже, с описанием достоинств и недостатков этого вида клеёв.
Некоторым недостаткам и достоинствам более подробное толкование будет дано ниже, а пока, традиционно, факты из истории.
Полиуретаны были впервые синтезированы в Германии Отто Байером и его сотрудниками в I.G. Farbenindustrie в конце 1930-х годов (первые патенты относятся к 1937 году).
Талантливейший, кстати, химик. «отец полиуретана» и основатель известного ныне химического гиганта Bayer AG. Память его увековечена в Германии ежегодной премией имени Отто Байера — за выдающиеся научные открытия в области химии и биохимии.
Первые «детки дяди Отто» были получены путем взаимодействия алифатического диизоцианата с алифатическим диамином или диолом. В отличие от тяжелой судьбы цианоакрилата, эти материалы практически сразу нашли коммерческое применение и начали продаваться под торговыми названиями Irgamid U для пластмасс и Perlon U для синтетических волокон и щетины. Спустя некоторое время было обнаружено, что изоцианаты можно использовать для связывания каучука с металлом, что, в свою очередь, привело к всплеску интереса к синтезу уретановых клеёв на основе полиэфирных диолов. Первый коммерческий продукт такого типа выпускался под маркой Polystal.
Чего только не клеили изобретенными веществами — от спасательных плотов до оборудования танков. В начале 1950-х уретановые преполимеры впервые были использованы для соединения кожи, дерева, ткани и резиновых композитов. Спустя несколько лет был предложен один из первых двухкомпонентных уретановых адгезивов для использования в качестве клея для соединений металл-металл. В 1957 году появился первый термопластичный полиуретан, используемый в качестве термоплавкого клея (клейкие ленты), который использовали при склеивании контейнеров из листового металла. Новые термопластичные полиуретановые клеи начали появляться в период 1958–1959 годов. В начале 1960-х в шинной компании BFGoodrich разработали термопластичные полиэфирные полиуретаны, которыми склеивали кожу и винил. В 1968 году компания Goodyear представила первый конструкционный клей для стеклопластика, используемый для капотов грузовых автомобилей. Чувствительные к давлению полиуретаны начали появляться в начале 1970-х годов. Под все той же маркой Goodyear к 1978 году в продаже появились усовершенствованные двухкомпонентные автомобильные конструкционные клеи и клеи на водной основе. В 1984 году компания Bostik разработала реактивные термоплавкие клеи. Ну а дальше вы уже знаете… Дальше эволюцию клеёв и последние тенденции в этой области я уже описывал в одной из своих предыдущих статей.
В целом, практически сто лет детального изучения и постоянной разработки новых составов привели к тому, что сегодня полиуретаны — одна из наиболее известных универсальных полимерных систем. Это подтверждается и разнообразием продуктов, которые изготавливаются с использованием ПУ — эластичные волокна и износостойкие покрытия, всевозможные пены, гасители ударов, клеи и еще десятки и сотни продуктов.
Смело можно утверждать, что обширная ниша полиуретановых клеёв и герметиков в автомобильной промышленности (конструкционные герметики, клеи для пластиков и наполнители), строительной области (соединение древесины, производство ДСП и ламинатов, склеивание больших по площади пластин металлов и композитов, монтаж систем остекления, высокопрочных полов, строительные герметики), судостроении (монтажные клеи, герметики) и обувной промышленности (основные соединительные клеи) — занята прочно и надолго. Например, не сильно ошибусь, если скажу, что все лобовые стекла автомобилей держатся на полиуретанах. Кстати, черная полоса по краю стекла — это не столько эстетический элемент, сколько защита для полиуретанового клея от ультрафиолета.
Сюда же можно вспомнить и такую, достаточно далекую от той же монтажной пены вещь, как лайкра, она же эластан, она же спандекс — синтетическая ткань с уникальной эластичностью (сразу вспоминается реклама «бла бла бла… колготки с лайкрой»). Эти волокна кстати, не менее симпатично выглядят и под поляризованным светом:
Как ни крути, долго картинки показывать невозможно, все равно для объяснения причин многих физических свойств полимеров придется опускаться к самым основам, к химии высокомолекулярных соединений. Чем мы ниже и займемся.
Справедливости ради стоит отметить, что часто в «коммерческих» полиуретанах другие «посторонние» функциональные группы (простой эфир, сложный эфир, амид или мочевина), присутствуют в количествах гораздо больших, чем количество одноименных, уретановых, групп.
Кстати, небольшая ремарка. Полиуретаны часто называют просто «уретанами», и необходимо не путать их с таким соединением, как этилкарбамат (этиловый эфир карбаминовой кислоты), который химики-органики часто называют уретаном. Наши, «сабжевые», уретаны никакого отношения к этилкарбамату не имеют. В общем и целом, когда говорят «уретановый клей», обычно подразумевают адгезивный полимер, полученный методами химии изоцианатов с помощью реакций изоцианатов с активными соединениями водорода. Но, будь они неладны, изоцианатные реакции не всегда приводят к образованию уретановых связей, ровно как и существуют способы получения соединений с уретановыми связями без использования изоцианатов. Поэтому, чтобы избежать путаницы, считается, что полиуретановый клей — это клей, который для полимеризации и связывания материалов использует реакции с участием изоцианатной группы (—N=C=O, NCO).
Как будет показано ниже, свойства полиуретана в значительной степени зависят от типов изоцианатов и полиолов, используемых для его получения. Длинные гибкие сегменты, вносимые полиолом, дают мягкий, эластичный полимер. Большие количества сшивок дают жесткие полимеры. Длинные цепи и слабое сшивание дает полимер, который является очень эластичным, короткие цепи с большим количеством сшивок дают твердый полимер. В некоторых отношениях кусок полиуретана можно рассматривать как одну гигантскую молекулу. Одним из следствий этого является то, что типичные полиуретаны не размягчаются и не плавятся при нагревании, они — термореактивны. Это довольно важное свойство для клея, который претендует на пьедестал мира структурных адгезивов.
Структурный адгезив — клеящее вещество, используемое для того, чтобы в сложных конструкциях, подвергающихся воздействиям эксплуатационной среды, передавать необходимые нагрузки между клеевыми поверхностями.
Правильный структурный клей (адгезив) обязательно должен иметь молекулы с тремя функциональными группами, чтобы образовывать трехмерную структуру с ковалентными связями (в противном случае получился бы обычный термопласт). Поэтому концентрация таких молекул является определяющей при формировании «рабочей» структуры адгезива (= количества поперечных связей, о которых ниже).
Если вспомнить табличку «что чем лучше клеить», которую я показывал в первой статье:
то можно увидеть, что полиуретановые клеи лучше всего подходят для склеивания между собой эластомеров/тканей и композитов/полимеров со стеклом и керамикой/деревом/металлом. Т.е. основное использование полиуретанов заключается в связывании пластмасс, которые трудно связать, обычно с разнородным материалом или с металлами. Можно назвать следующие причины, благодаря которым ПУ являются отличными клеями:
1. ПУ эффективно смачивают поверхность большинства материалов (хотя для материалов с низкой поверхностной энергией, опять вспоминаем полиэтилен или полипропилен, для увеличения смачивания необходимо использование грунтовок или клеёв со специальной добавкой-смачивателем),
2. ПУ легко образуют водородные связи с поверхностью материала,
3. Небольшой молекулярный размер ПУ позволяет им проникать в пористые и слоистые материалы, смачивать волокна
4. ПУ образуют ковалентные связи с материалами, которые имеют активные атомы водорода (полярную поверхность). Механизм образования такой ковалентной связи полиуретанового клея с полярной поверхностью показан на картинке:
Полиуретаны пространственно представляют собой сегментированный полимер, состоящий из мягких сегментов и твердых сегментов (случайный или (AB) блочный полимер). Мягкий сегмент состоит из длинноцепочечного полиола, например, полиэфира или полиэфирдиола. Жесткий сегмент образован из полиизоцианата и удлинителя короткой цепи из полиола или диамина.
Определение структурного клея я озвучил, теперь озвучу и то, что полиуретаны активно конкурируют за звание главного структурного клея с эпоксидами и акрилами. На рисунке представлено примерное сравнение основных структурных адгезивов с точки зрения показателя удлинения на разрыв/модуля сдвига/предела прочности на сдвиг.
Именно эти свойства клея, фактически, являются ключом к пониманию применимости в условиях конкретного технического задания. Модуль сдвига характеризует жесткость связи склеиваемых между собой, относительное удлинение на разрыв показывает, можно ли связывать различные по показателю термического удлинения подложки между собой с удлинением линии склеивания. Предел прочности на сдвиг увеличивается линейно вместе с модулем сдвига. Как следует из графика, полиуретаны «поспели везде» и поэтому и являются самым универсальным адгезивом. Важное преимущество в том, что их свойства можно регулировать очень в широком диапазоне — от очень мягких и эластичных, резиноподобных, до очень жестких и твердых. Основная цель при разработке хорошего конструкционного клея — достичь как можно более высокого показателя модуля сдвига при сохранении хороших показателей относительного удлинения на разрыв (=если бы был идеальный структурный клей — он был бы в верхнем правом углу графика, пока там пусто. ).
Теперь самое время перейти к классификации мира полиуретанов. Помочь этому призвана представленная ниже таблица:
Новым понятием являются т.н. «блокированные изоцианаты». Блокировка или маскировка изоцианатов представляет собой реакции изоцианатных групп с соединением, которое препятствует взаимодействию изоцианата с полярной поверхностью при комнатной температуре, но позволит этой реакции происходить при повышенных температурах. Кроме того, блокировка позволяет решить проблему повышенной чувствительности к влажности и создавать водные дисперсии или дисперсии изоцианата в многоатомном спирте. Благодаря этим возможностям разработаны десятки составов клеёв для покрытия/ламинирования тканей, клеёв для шинных кордов и т.п., что невозможно при использовании традиционных компонентов.
Одно- и двух компонентные клеи
Полиуретановые клеи делятся на две основные группы в соответствии с различными механизмами отверждения:
1. Однокомпонентные клеи обычно отверждаются влагой.
2. Двухкомпонентные клеи представляют собой смеси смол и отвердителей.
Что касается самых распространенных компонентов данной группы клеёв, то можно упомянуть следующие:
В отличие от однокомпонентных, двухкомпонентные полиуретановые клеи состоят из низкомолекулярных полиизоцианатов или преполимеров, отвержденных низкомолекулярными полиолами или полиаминами. Несмотря на изменение способа отверждения, эти ПУ также грешат выделением изоцианатов, но уже в меньших количествах. Отличительная черта — в разы уменьшенное время, необходимое для приобретения клеевым швом максимальной прочности. Именно двухкомпонентные ПУ используются в автомобилестроении для склеивания металлов с пластмассами, для вспенивания текстильных покрытий, для склеивания ПВХ-пленки с древесиной в мебельной промышленности и т.п.
В целом, и одно- и двухкомпонентные ПУ неплохо отверждаются при комнатной температуре (за исключением уже упомянутых термоплавящихся), но стоит отметить, что подогрев места соединения и шва — ускоряет сшивку полимера. Больше наглядности по изменению прочности клеевого шва в зависимости от скорости отверждения разных полиуретанов может дать картинка:
Для привязки дана цифра в 0,3 МПа, так как это именно тот уровень, на который ориентируются полимерщики, разрабатывая состав клея для лобовых стекол. Из графика видно, что медленное отверждение требует более длительного времени фиксации объектов для достижения желаемой прочности. Поэтому стекла подогревают, тем самым сокращая время набора необходимых прочностных характеристик до 1 часа вместо 24 часов. Правда, здесь не все так просто, как казалось бы, ибо если клей остывает слишком быстро, это может в итоге привести к отслоению (увеличение когезии происходит быстрее, чем возврат адгезионных свойств), и вызвать растрескивание клея под изменяющимися нагрузками от потоков воздуха.
Отдельно — пару слов о подготовке поверхности перед склеиванием. Основной целью обработки поверхности является удаление любого слабого поверхностного пограничного слоя на подложке и/или использование грунтовок. Традиционными для ПУ методами является механическая обработка («затереть шкуркой») и обезжиривание поверхности растворителем. В качестве грунтовок часто используют сами изоцианаты, которые реагируют с полярными группами на поверхности и способствуют связыванию, или силаны. Силаны обычно используются для стекла (максимальная эффективность — алкоксисилан грунтовки связывается с силанольными группами на поверхности стекла, а амино-, меркапто- или эпоксидная группа этого же силана прикрепляется к изоцианатной группе клея), волокнистых композитов, минеральных наполнителей и цементирующих поверхностей. Эпоксидные силаны также добавляются к полиуретановым клеям для улучшения водостойкости. Известны и грунтовки на основе органических комплексов металлов — органотитанаты, органоцирконаты и некоторые комплексы хрома.
В конце рассказа — несколько тематических спойлеров с «практикумом из жизни».
«После отсмотра сразу же возникла мысль» и то лучше
После просмотра ролика про мужика, топор и баллон монтажной пены, первой возникшей у меня мыслью была «чем он смывать ее собирается?». Так что данный спойлер предназначен для гуманистов, которых посетила подобная мысль (ну и тех, кому, например, доброжелатели «запенили машину», см. КДПВ)
Отвержденный полиуретан в виде монтажной пены, по сути, является термореактивным полимером, и поэтому расплавить его не удастся, как и растворить. «Я ацетоном растворяю уже 100500 лет и нормально» — скажет дотошный читатель, и будет неправ. Потому что ацетон полимер этот не растворяет, он проникает во внутреннюю пористую структуру, заставляет застывшую пену набухать и становиться мягче. Циклически повторяя такую процедуру, можно разрушить отвержденный трехмерный каркас.
В целом, устойчивость ПУ пены к растворителю зависит от соотношения уретановых и мочевинных групп. Чем больше карбамидных групп, тем большее количество прочных карбамидных микродоменов и тем тяжелее будет протекать процесс растворения. В любом случае нужен полярный апротонный растворитель вроде N-метил-2-пирролидона (NMP), N,N-диметилэтиленмочевины, ДМФА или ДМСО. Если пена не уходит, можно добавить к растворителю соль лития, например, LiCl. На картинке ниже показана устойчивость различных полиуретановых пен к некоторым растворителям:
Как видно, ДМСО продемонстрировал превосходную растворяющую способность практически для всех типов уретанового сырья/пен, кроме самых стойких из отвержденных субстратов. Так что, если прижмет — все-таки придется идти в аптеку за «Димексид»-ом
Про полиуретановый клей я бы написал уже хотя бы потому, что все мои гермомешки склеены с его помощью.
Было бы неправильно, если бы рассказывая про ПУ, я не упомянул свой опыт склеивания ПВХ и не описал алгоритм этого процесса. Чтобы лишний раз не мучать клавиатуру, я просто скопировал пару кусков из отчета о водном походе.
Используемый клей — самый дешевый, обувной, который можно найти в наших краях. Народные синонимы полиуретанового клея — «десмакол», «десмакол + отвердитель десмодур», «Desmocol», «уран», «бостик», «88», «черный Тигростик», «клей для транспортерной ленты», «УР600», «Сар»,«Боникол», «Супер-НН + отвердитель автоэмали Изур-021/Диур/Диур-экстра/Изур-022», Cosmofen, «космофен». Отвердитель — полиизоцианат, который одинаково хорошо будет работать с любым полиуретановым сырьем.
Любите ли вы гермомешки так, как люблю их я? Вполне вероятно, что каждому начинающему/«одноразовому» туристу-воднику прямо в эту секунду где-то старшие товарищи говорят «да нормально, не грузись, вместо гермы возьмеш мелки из толстого полиэтилена, для засолки капусты». По мне так достаточно сходить в сплав один раз, чтобы понять, что это за дрянь, мешки для капусты, и почему лучше купить пусть и самый дешевый, но все-таки гермомешок из ПВХ. Цены все-таки кусаются, а по сути ведь обычная торба из поливинилхлоридного баннера рекламного. Ходил я ходил около магазинов спорт-снаряжения, думал так, думал, и наконец-таки созрел. После одного из мероприятий удалось выклянчить у организаторов баннер («столы будет накрывать для защиты от кислот») и приступить к клейке. Плюс весьма меня подогревали работы Мастера @divecasper c его гермобаулами и гермосумками. Глядя на фото — появлялась масса идей. Например, чего стоят вот эти работы:
В итоге я созрел для практического применения накопленных знаний. Что удивительно, первый блин комом не вышел. Склеенные мешки хоть и были неказистыми и из сравнительно тонкого ПВХ, но довольно уверенно прошли два водных похода, притом один — в глубокое межсезонье, по нашей «предкарельской тренировочной» реке Молчадь. Ходят, кстати, до сих пор. Фото их, к сожалению, не сохранилось. Потом уже более опытный, я использовал в качестве рабочего инструмента «ацетон», «ПУ клей» и комбинацию из металлического самодельного валика «из спичек и желудей» и своей любимой паяльной станции.
Алгоритм процедуры — аналогичен алгоритму заклеивания пробитой лодки. Сначала зачистка места будущего клеевого шва наждачной бумагой, обезжиривание (ацетон отлично готовит поверхность ПВХ под склейку полиуретаном), затем нанесение клея на две стороны, прогрев феном, складывание липких поверхностей вместе и прокатка валиком. И так до тех пор, пока не получится желаемое. У меня это что-то вроде этого:
или этого (гермокошельки с окошком из прозрачного ПВХ для смартфона/навигатора/логгера)
Кстати, интересное замечание для тех, кто планирует склеить свой первый гермомешок. Мне очень не хватало в оных клапана спуска воздуха. Такие штуки есть в продажных гермоупаковках с бешеной стоимостью. Я достаточно долго и безрезультатно искал ввариваемый/вклеиваемый клапан. Лодочные стоят непонятных денег (сравнимых со стоимостью заводского гермомешка), ждать с китайского аукциона — нет мочи. В итоге я просто пошел в детский отдел ЦУМа и купил надувные нарукавники. Копеечная цена и сразу 6 неплохих клапанов.
Заклеились они в толстый ПВХ мешка хоть и неказисто, но зато надежно.
Таким методом при некоторых затратах времени и сил можно обеспечить себя, жену и всех друзей отличной гермоупаковкой. Я даже боюсь представить, во сколько бы мне обошелся заводской гермомешок аналогичной с моими самоделками емкости.
p.s. первые мешки я клеил в виде конверта, без дна. Так проще. В последующих версиях уже делал дно. Таким же способом, как показано в видео.
Дополнение: по просьбе APLe прикрепляю список зарубежных полиуретановых клеёв.
Легенда таблицы:
LSS: предел прочности на сдвиг
TS: предел прочности на растяжение
TM: модуль упругости при растяжении
SG: удельный вес (плотность относительно плотности воды).
Gap Filling: максимальный зазор, который может заполнить жидкий клей, в мм.
Refractive Index: показатель представляет интерес при склеивании прозрачных пластиков и стекла.
Cure Time (sec): время первоначального отверждения для получения стандартной прочности шва.
Обозначения:
RT-комнатная температура (если есть цифра — это температура нагрева), RF-отверждение излучением
Кружками отмечены механические свойства конкретного клея относительно всех клеёв данного класса: черный кружочек — наивысшее, черно-белый кружок — умеренное, белый кружок — слабое.
Будет ли следующая статья — зависит от хабра-сообщества, ибо subj.
Важно! Все обновления и промежуточные заметки из которых потом плавно формируются хабра-статьи теперь можно увидеть в моем телеграм-канале lab66. Подписывайтесь, чтобы не ожидать очередную статью, а сразу быть в курсе всех изысканий 🙂