Data dodania:

2019-08-19

Opracował:

Aleksandra Lewandowska, Sławomir Chorek

Zobacz także:

Monolith – lider klejeń konstrukcyjnych

Kleje konstrukcyjne – definicje

Zgodnie z definicją, klej konstrukcyjny to klej, który tworzy silniejsze wiązania niż materiały, do łączenia których jest wykorzystywany. W praktyce jest to klej pozwalający łączyć podobne lub różne tworzywa poprzez uczestnictwo w ostatecznej całości konstrukcyjnej i jej wytrzymałości. Zwykle minimalna oczekiwana siła wiązania to więcej niż 7 MPa.
Kleje konstrukcyjne Monolith charakteryzują się wysoką siłą wiązania i twardością. Zastępują one tradycyjne łączenie materiałów lub alternatywne inne metody klejowe. Do tej grupy klejów zaliczane są kleje epoksydowe, poliuretanowe i akryle na bazie metakrylanu.

Podział klejów konstrukcyjnych

Ten typ klejów można podzielić na kleje dwuskładnikowe i jednoskładnikowe. Klej dwuskładnikowy zawiera dwa oddzielne składniki w niereaktywnych stanach. Przed użyciem należy je dokładnie wymieszać w odpowiednich proporcjach, aby otrzymać pożądane właściwości utwardzonego kleju. Klej jednoskładnikowy zawiera tylko jeden składnik, który utwardza się pod wpływem określonych warunków środowiskowych, czy też źródła energii.

Porównanie klejów konstrukcyjnych i innych metod łączenia materiałów

Jak wygląda porównanie właściwości łączenia materiałów przy użyciu klejów konstrukcyjnych Monolith z innymi popularnymi metodami łączenia? Charakterystyki przedstawione są w poniższych tabelach.

  • Kleje konstrukcyjne vs Łączenie mechaniczne
  • Łączenie mechaniczne Kleje konstrukcyjne Monolith
    Konstrukcja
    - mało estetyczny wygląd
    - trudność w łączeniu cienkich materiałów
    + niewidoczne na powierzchni
    + łatwe łączenie cienkich, lekkich materiałów
    Proces łączenia
    - wymaga wiercenia dziur
    - trudności w malowaniu
    - wymaga dodatkowego uszczelnienia

    + dobre do wglądu
    + wytarcie powierzchni przed klejeniem do sucha (akryle)
    + łączenie i uszczelnienie za jednym razem

    - inspekcja najczęściej prowadzi do uszkodzenia materiałów
    Ostateczna wydajność
    - źródła naprężeń
    - może przeciekać
    - z czasem połączenie może osłabnąć
    - korozja galwaniczna

    + możliwe do zastąpienia
    + równomierny rozkład naprężeń
    + doskonała wytrzymałość
    + zapobiega powstawaniu korozji

    - trudne do zastąpienia/ usunięcia

  • Kleje konstrukcyjne vs Spawanie
  • Spawanie Kleje konstrukcyjne Monolith
    Konstrukcja
    - powoduje niedoskonałości powierzchni
    - trudne przy cienkich materiałach
    - nieodpowiednie do łączenia niepodobnych materiałów
    - trudne dla skomplikowanych kształtów
    + zapewnia gładkie powierzchnie
    + można używać do cienkich, lekkich materiałów
    + można tworzyć złożone kształty
    + idealne do łączenia różnych materiałów
    Proces łączenia
    - powoduje wypaczenie powierzchni (ciepło spawania)
    - może wymagać dodatkowego uszczelnienia
    - wykonanie wymaga odpowiednich umiejętności
    - niszczy powłoki metali
    - zwykle wymaga końcowej obróbk
    i
    + natychmiastowo gotowe do użycia
    + nie powoduje wypaczeń
    + łączenie i uszczelnianie za jednym razem
    + nie potrzeba specjalistycznych umiejętności
    + niewielka obróbka lub brak obróbki końcowej

    - dłuższy czas obsługi
    Ostateczna wydajność
    - źródła naprężeń
    - występują ogniska korozji
    - słaba charakterystyka wibracji

    + dobry odbiór
    + równomierny rozkład naprężeń
    + doskonała wytrzymałość
    + zapobiega powstawaniu korozji
    + redukuje wibracje
    + siła wiązania może przewyższyć siłę zespawania

  • Kleje konstrukcyjne vs Masa uszczelniająca
  • Masa uszczelniająca Kleje konstrukcyjne Monolith
    Konstrukcja
    - siły za małe dla potrzeb konstrukcyjnych
    - nie uczestniczy w tworzeniu całości konstrukcyjnej
    - wymaga większego wzmocnienia/ usztywnienia

    + mniejszy koszt/litr
    + uczestniczy w tworzeniu całości konstrukcyjnej
    + wymaga ograniczonego usztywnienia/ wzmocnienia
    Proces łączenia
    - wymaga czyszczenia rozpuszczalnikiem
    - może wymagać użycia primera
    - zwykle niska szybkość utwardzania

    + najczęściej nie wymaga mieszania
    + proste wytarcie powierzchni na sucho przed klejeniem (akryle)
    + zwykle nie wymaga użycia primera
    + krótki czas klejenia

    - wymaga mieszania składników
    Ostateczna wydajność
    - zwykle siła wiązania <5 MPa
    - nie przeciwstawia się skręcaniu konstrukcji
    - wrażliwe na starzenie

    + daje o 100% lub więcej wydłużenia
    + siła wiązania >12MPa
    + znakomita wytrzymałość

  • Kleje konstrukcyjne vs Taśmy o wysokiej wydajności
  • Taśmy o wysokiej wydajności Kleje konstrukcyjne Monolith
    Konstrukcja
    - nie uczestniczą w tworzeniu całości konstrukcyjnej
    - wymagają większego wzmocnienia/ usztywnienia
    - trudne do zastosowania przy złożonych kształtach
    - duży koszt za metr bieżący
    + uczestniczy w tworzeniu całości konstrukcyjnej
    + wymaga ograniczonego usztywnienia/wzmocnienia
    + do zastosowania przy złożonych kształtach
    Proces łączenia
    - wymagają czyszczenia rozpuszczalnikiem powierzchni przed klejeniem
    - trudne do zautomatyzowania
    - trudne do zastosowania przy narożnikach
    - niemożliwa zmiana miejsca taśmy po jej naklejeniu
    - wymagany wysoki nacisk po sklejeniu

    + natychmiastowe wiązanie
    + sucha aplikacja
    + proste wytarcie powierzchni na sucho przed klejeniem (akryle)
    + ręczna bądź automatyczna aplikacja
    + łatwe do użycia przy narożnikach
    + łatwiejsze klejenie niedopasowań niż gładkich powierzchni

    - dłuższy czas wiązania
    Ostateczna wydajność
    - wrażliwe na odkształcanie
    - siła wiązania <1MPa
    - nie przeciwstawiają się skręcaniu konstrukcji
    - bardzo wrażliwe na zmiany temperatury

    + dają o 100% lub więcej wydłużenia
    + brak odkształceń
    + siła wiązania >12MPa
    + uczestniczy w tworzeniu integralności powierzchni
    + ograniczona wrażliwość na temperaturę

Podsumowując, klej konstrukcyjny Monolith ma bardzo dużo zalet, które dają mu znaczącą przewagę nad innymi popularnymi metodami łączenia. Zestawienie najważniejszych atutów przedstawione jest w tabeli:

Najlepszy projekt konstrukcyjny
+ możliwość klejenia różnych materiałów
+ klejenie cienkich materiałów
+ estetyczna linia łączenia
+ bierze udział w tworzeniu całości konstrukcyjnej
+ wymaga ograniczonego usztywnienia/wzmocnienia
+ do zastosowania przy złożonych kształtach
Najlepszy proces łączenia
+ łączenie i uszczelnianie za jednym razem
+ nie potrzeba specjalistycznych umiejętności
+ można zmienić miejsce łączenia
+ regulowany czas otwarcia kleju i obsługi
+ dopuszczalne malowanie proszkowe
+ proste wytarcie powierzchni na sucho przed klejeniem (akryle)
+ automatyczna bądź ręczna aplikacja
+ łatwe przy narożnikach
+ dotyczy powierzchni i powłok
Najlepsza wydajność
+ wysoka odporność na zmęczenie
+ wysoka odporność na starzenie
+ brak korozji
+ ograniczona wrażliwość na temperaturę
+ brak pełzania
+ siła wiązania >12MPa
+ uczestniczy w tworzeniu całości konstrukcyjnej
+ twardość

Zasady pracy z klejami konstrukcyjnymi

Wstępny etap procesu klejenia to przygotowanie powierzchni. To, ile uwagi poświęcimy na tę czynność, zaprocentuje trwałością wykonanego połączenia. W zależności, jaki klej zastosujemy, musimy przestrzegać konkretnych zasad. Kleje akrylowe zwykle wymagają minimalnego przygotowania powierzchni. Wystarczające może być jedynie przetarcie jej na sucho. Ich użycie jest przyjazne dla środowiska i dla użytkownika. Kleje epoksydowe i uretanowe wymagają wcześniejszego odtłuszczenia powierzchni za pomocą alkoholu izopropylowego (IPA). Niektóre z materiałów wymagają również przetarcia (ścierania, szlifowania). W przypadku tworzyw sztucznych o niskiej energii powierzchniowej zastosowanie ma korona lub obróbka płomieniem. Ponadto czasami stosuje się primery w celu polepszenia adhezji na trudnych do sklejenia materiałach.

Należy dobrze zaprojektować dany proces. Pomocne w tym może być przestrzeganie kilku reguł projektowania. Kleje konstrukcyjne są przystosowane do obciążeń ścinających i ściskających. Należy jednak unikać obciążeń rozrywających i obdzierających. Szerokość klejenia powinna mieć minimum 2 cm. Warto ukryć wystające brzegi w celu zminimalizowania szansy wystąpienia oddzierania materiału. Powinno się również wziąć pod uwagę efekt rozszerzalności cieplnej. W strategicznych miejscach konieczne może być użycie spoin lub łączników mechanicznych, szczególnie w obszarach nieuniknionych obciążeń rozrywających i obdzierających. Na poniższych rysunkach przedstawione zostały niektóre z reguł projektowania złączy:

Kleje konstrukcyjne to, dzięki rosnącemu zapotrzebowanie na rynku, stale rozwijająca się gałąź przemysłu. Coraz powszechniejsze staje się wykorzystywanie metod klejenia między innymi w budownictwie. Przykładem może być wzmacnianie połączeń już istniejących poprzez doklejanie różnych elementów wzmacniających. Klejów konstrukcyjnych używa się również jako elementów stabilizujących, na przykład jako kotwy chemiczne. Podsumowując, mimo niektórych ograniczeń, klejenie staje się poważną alternatywą dla klasycznych sposobów wykonywania połączeń w konstrukcjach.