Kleje w utrzymaniu ruchu

Klejenie jest bardzo szybko rozwijającą się techniką łączenia. W wielu zastosowaniach wyparło inne przeznaczone do tego celu metody.

Kleje można przede wszystkim podzielić na naturalne oraz syntetyczne. Kleje naturalne są pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Wśród klejów syntetycznych można wyróżnić kleje: epoksydowe, aminowe, poliuretanowe, poliwinylowe czy poliakrylowe. Kleje epoksydowe łączą ceramikę i metal, kleje aminowe przeznaczone są do łączenia elementów drewnianych. Dzięki klejom poliuretanowym możliwe jest łączenie elementów ze skóry, tworzyw sztucznych i metali, poliwinylowym – elementy z drewna i skóry. Kleje poliakrylowe łączą tworzywa sztuczne, metal i ceramikę. Wykorzystuje się je np. do łączenia metali z kauczukiem lub tworzywami silikonowymi.

Składniki klejów

Pod względem liczby składników wyróżnia się kleje:

-> jednoskładnikowe – cechują się m.in. wrażliwością na działanie wilgoci, zatem mogą być stosowane przede wszystkim we wnętrzach pomieszczeń,

-> dwuskładnikowe, gdzie jeden ze składników to utwardzacz zapewniający krystalizację, drugi zaś odpowiada za wiązanie.

Wykorzystuje się również substancje o składzie mieszanym, które zawierają żywicę polimerową rozpuszczoną w monomerze. W efekcie substancja działa tak jak rozpuszczalnik, ale nie paruje, lecz ulega zjawisku kopolimeryzacji (polimeryzacja z udziałem co najmniej dwóch różnych monomerów). W ten sposób razem z żywicą tworzy się struktura usieciowana. Warto przy tym podkreślić szybkość działania oraz uniwersalne zastosowanie tego typu klejów.

Wytrzymałość mechaniczna klejów

O wytrzymałości mechanicznej spoiny decyduje przede wszystkim siła chemicznego działania kleju z powierzchniami, które są klejone (adhezja). Klej może reagować w sposób chemiczny z podłożem, tworząc wiązania chemiczne. To właśnie wiązanie chemiczne tworzy spoinę o większej wytrzymałości w porównaniu z klejami wnikającymi w powierzchnię klejoną. Wiele klejów o przeznaczeniu uniwersalnym nie zawiera substancji chemicznych reagujących ze wszystkimi materiałami, zatem nie ma bezpośredniej reakcji z podłożem.

O wytrzymałości mechanicznej powstałego połączenia decyduje również wytrzymałość mechaniczna warstwy kleju, czyli tzw. kohezja, która jest szczególnie istotna w klejach tworzących warstwę spoinową. Na wytrzymałość w tym zakresie wpływa struktura chemiczna kleju, a także rozmiar oraz kształt spoiny. Jeżeli wzrasta powierzchnia spoiny i jej nieregularny kształt, to zwiększa się wytrzymałość.

Mówiąc o wytrzymałości mechanicznej połączenia klejonego, trzeba mieć na uwadze głębokość, na jakiej klej penetruje klejony materiał. Wraz z większą głębokością penetracji rośnie również wytrzymałość mechaniczna połączenia. Jest przy tym możliwe zwiększenie głębokości penetracji poprzez wyższy poziom chropowatości powierzchni, zatem gładkie materiały trudniej się klei.

Parametry klejów w UR

Przynajmniej kilka parametrów charakteryzuje kleje stosowane w utrzymaniu ruchu. Przede wszystkim należy zwrócić uwagę na czas otwarty, będący maksymalnym czasem od nałożenia kleju na powierzchni sklejanej do czasu sklejenia. Inna ważna właściwość to czas wiązania – czas, w jakim spoina osiąga całkowitą, zakładaną wytrzymałość. Istotnym parametrem klejów jest także lepkość. Oprócz tego określa się bazę, czyli zasadnicze składniki kleju, pozwalające na uzyskanie określonych właściwości. Ważna jest obecność w kleju ciał stałych, stanowiąca ilość suchej masy w określonej jednostce objętości kleju.

Kleje naprawcze

Bardzo przydatne w utrzymaniu ruchu są kleje naprawcze, które często są nazywane tworzywami naprawczymi. Niektóre substancje tego typu zawierają domieszkę metali. Takich preparatów bardzo często używa się podczas konserwacji i odbudowy elementów urządzeń i maszyn, dzięki czemu eliminuje się spawanie oraz inne prace wymagające wysokiej temperatury. Zastosowanie preparatów naprawczych obejmuje również usuwanie usterek powstałych w efekcie działania uszkodzeń mechanicznych i korozji – zużyte wały cylindryczne, pęknięte obudowy itp.

Ważną cechą tworzyw naprawczych jest niska kurczliwość, która ogranicza naprężenia. Preparaty łatwo się aplikuje, przy czym nie trzeba podgrzewać elementów, a naprawy bardzo często wykonywane są bezpośrednio na liniach produkcyjnych. Na powstałej powierzchni można wiercić, gwintować oraz wykonywać obróbkę maszynową.

Kleje błyskawiczne i epoksydowe

Kleje błyskawiczne to niemalże podstawa wyposażenia służb utrzymania ruchu. Substancje tego typu bazują najczęściej na cyjanoakrylanach i zapewniają szybkie utwardzanie pomiędzy klejonymi powierzchniami. Kleje błyskawiczne są przede wszystkim używane do łączenia małych elementów, bowiem w ich przypadku jest możliwe szybkie ustalanie. Kleje błyskawiczne mają dobrą adhezję oraz wysoki poziom odporności na rozciąganie i ścinanie. Odpowiednie kleje dobiera się w zależności od parametrów procesu oraz rodzaju i geometrii złącza.

Jako zalety klejów epoksydowych należy wymienić wytrzymałość i sztywność, upraszczające rozwiązania konstrukcyjne oraz odpowiednie przenoszenie obciążeń. Oprócz tego eliminowane jest zmęczenie i uszkodzenie materiału w efekcie równomiernego rozłożenia obciążeń, w praktyce nazywanego dystrybucją obciążeń. Zachowana jest przy tym integralność strukturalna substratu. Nie występuje bowiem osłabienie elementów na skutek obróbki mechanicznej lub termicznej. Dzięki zastosowaniu klejów epoksydowych obniża się koszty, nie trzeba bowiem stosować złączy mechanicznych (nitów, wkrętów) ani spawania. Dzięki użyciu klejów epoksydowych można zmniejszyć masę elementów – zredukować grubość materiałów przy jednoczesnym zachowaniu właściwości przy przenoszeniu obciążeń.

Specjalne kleje epoksydowe są w stanie połączyć elementy już w 5 minut. Takimi preparatami uzupełnia się metale, zapewniając utwardzenie produktu. Na rynku dostępne są kleje epoksydowe cechujące się dobrą przejrzystością. Oprócz tego oferowane są substancje z długim czasem przydatności do nałożenia. Wygodę aplikacji zapewniają kleje o konsystencji pasty, dzięki którym można wypełniać duże szczeliny oraz stosować na płaszczyznach pionowych. W ofercie rynkowej znajdują się także kleje strukturalne przeznaczone do pracy w wysokich temperaturach oraz preparaty odporne na działanie obciążeń udarowych.

Uszczelniacze

Dzięki specjalnym klejom można uszczelnić połączenia gwintowe i w ten sposób zapobiec wyciekom cieczy i gazów. Przydatne rozwiązanie w tego typu aplikacjach stanowią preparaty w postaci płynu, co pozwala na wypełnienie przestrzeni znajdujących się pomiędzy elementami gwintowanymi. Zapewnia się w ten sposób niskociśnieniowe uszczelnienie o bardzo szybkim działaniu. Uzyskane uszczelnienie ma wysoki poziom odporności na działanie obciążeń udarowych i drgań, a połączenie gwintowane jest chronione przed korozją. W razie potrzeby uszczelnione elementy można łatwo rozłączyć, bez konieczności używania specjalistycznych narzędzi.

Powstałe uszczelnienia nie blokują instalacji rurowych, nie kurczą się ani nie pełzają. Ich użycie pozwala zastąpić taśmy i konopie uszczelniające.

Przegląd oferty rynkowej

Oferta rynkowa w zakresie klejów jest bardzo bogata. Oto kilka przykładów.

Preparat Multibond 13 to przezroczysty klej epoksydowy o płynnej konsystencji i wolnym wiązaniu. Klej ze względu na niską lepkość (bardzo płynna konsystencja) szczególnie sprawdza się przy zalewaniu małych szczelin, form oraz cienkowarstwowego klejenia szkła i tworzyw przezroczystych. Powolne wiązanie umożliwia dobre odpowietrzenie mieszanki. Dla lepszego efektu przezroczystości mieszankę kleju wlaną w formę można umieścić w naczyniu próżniowym do czasu żelowania. Ze względu na wysoką przezroczystość i znikome żółknięcie spoiny klej bardzo dobrze nadaje się do zastosowań optycznych.

Innym przykładem jest klej Pattex S.O.S. Jest to szybkoschnący preparat cyjanoakrylowy o uniwersalnym zastosowaniu. Dzięki jego płynnej konsystencji i niewielkiej tubce z aplikatorem jest możliwe precyzyjne sklejenie nawet najmniejszego elementu.

Preparat do zabezpieczania gwintów Thread Locking firmy Würth znajduje zastosowanie przy zabezpieczaniu, mocowaniu i uszczelnianiu śrub, nakrętek oraz trzpieni gwintowanych, których demontaż jest technologicznie wyeliminowany – połączenia stałe. Szczególnie nadaje się do mocno obciążonych połączeń gwintowanych, gdzie zapewnia połączenia o bardzo dużej wytrzymałości, przy czym ważną jego cechą jest demontaż po podgrzaniu do 300°C.

Produkt eliminuje potrzebę stosowania zabezpieczeń mechanicznych przy połączeniach gwintowanych, takich jak zawleczki czy podkładki sprężyste. Preparat szczególnie sprawdza się przy zabezpieczaniu stałych połączeń w blokach silników i w obudowach pomp. Utwardzanie produktu następuje, kiedy znajdzie się on pomiędzy przylegającymi powierzchniami metalowymi oddalonymi maksymalnie o 0,15 mm.

Na rynku dostępny jest produkt o nawie Gasketin – polimerowy środek silnie uszczelniający, sporządzony na bazie gumy kauczukowej, w płynnej postaci aerozolu. Na uwagę zasługuje jego odporność na wysokie temperatury, ciśnienie i chemikalia. Preparat jest odporny na działanie rozpuszczalników, słonej i zwykłej wody, oleju oraz kwasów i zasad. Możliwe obszary zastosowań to m.in. uszczelnianie zbiorników, przekładni skrzyń i pomp wody.

Kolejnym przykładem z bogatej oferty klejów jest Monolith® EP 2501-1 – dwuskładnikowy klej na bazie żywicy epoksydowej, utwardzający się przez reakcję chemiczną na przeźroczyste tworzywo sztuczne. Czas utwardzania zależy od temperatury otoczenia i temperatury substratów. Przez podwyższenie temperatury można te czasy skrócić (niska temperatura opóźnia ten proces). Czas utwardzania nie zależy od głębokości ani grubości szczeliny, ale jest związany z ilością materiału, gdyż duża ilość materiału utwardza się szybciej ze względu na egzotermiczny charakter reakcji. Monolith® EP 2501-1 nie zawiera rozpuszczalników, izocyjanianów, silikonów i PVC oraz nie ma praktycznie zapachu. Wykazuje dobrą przyczepność do wielu podłoży bez gruntowania. Ma niską lepkość i dobrze wypełnia szczeliny.

W utrzymaniu ruchu może mieć również zastosowanie preparat Loctite 276. Stanowi on trudno demontowany produkt, przeznaczony do zabezpieczania gwintów. Jest szczególnie zalecany przy powierzchniach gwintowanych.

Z kolei produkt Loctite Hysol 3475 jest dwuskładnikowym klejem epoksydowym z wypełniaczem aluminiowym, którego utwardzanie przebiega w temperaturze pokojowej, po wymieszaniu składników. Jest on stosowany do naprawy i odbudowy zużytych części metalowych. Proporcja mieszania składników wynosi 1:1, a produkt charakteryzuje się niskim skurczem w czasie utwardzania i odpornością na korozję. Produkt Hysol 3475 ze względu na łatwe i wygodne stosowanie jest używany do napraw przeprowadzanych w warunkach warsztatowych oraz podczas konserwacji i przeglądów okresowych na liniach produkcyjnych.

Z oferty firmy Nilos można wybrać np. produkt Primer SH, który znajduje zastosowanie przy gumowaniu bębnów oraz oklejaniu zsypów i powierzchni stalowych gumą. Preparat jest stosowany jednowarstwowo, bezpośrednio na wcześniej oczyszczoną i odłuszczoną powierzchnię stalową. Średnia wydajność aktywatora wynosi ok. 5 m² z opakowania.

Autor: Damian Żabicki – dziennikarz, redaktor, autor tekstów, specjalizujący się w tematyce technicznej i przemysłowej. Specjalista public relations firm z branży technicznej. 

Tekst pochodzi z nr 6/2016 magazynu “Inżynieria i Utrzymanie Ruchu”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.