Jak działa klej anaerobowy? Rodzaje, właściwości i zastosowanie

Czym są kleje anaerobowe?

Początki przemysłowej technologii anaerobowej sięgają Stanów Zjednoczonych i lat 50. XX wieku. Henkel opisuje rozwój marki LOCTITE jako efekt odkrycia materiału, który pozostaje płynny w obecności powietrza, a zaczyna się utwardzać po jego odcięciu. Technologia została rozwinięta z myślą o ograniczaniu luzowania i nieszczelności elementów maszyn.

Z czasem zakres zastosowania materiałów anaerobowych znacznie się rozszerzył. Obecnie wykorzystuje się je nie tylko do zabezpieczania śrub i nakrętek, lecz także do uszczelniania metalowych gwintów rurowych, uszczelniania sztywnych złączy kołnierzowych, osadzania łożysk i tulei, mocowania innych części współosiowych oraz w wybranych procesach uszczelniania porowatości odlewów, spoin i elementów z metalu spiekanego.

Technologia znalazła szerokie zastosowanie m.in. w motoryzacji, produkcji maszyn, utrzymaniu ruchu, energetyce, kolejnictwie i lotnictwie, czyli wszędzie tam, gdzie istotne są powtarzalność montażu, odporność na drgania, szczelność i kontrolowany serwis połączenia.

Wideo: kleje anaerobowe – zastosowania i dobór

W playliście znajdziesz materiały dotyczące zabezpieczania gwintów, uszczelniania oraz typowych błędów popełnianych przy doborze i aplikacji produktów anaerobowych.

Jak działają kleje anaerobowe?

W typowym systemie anaerobowym obecność tlenu hamuje reakcję polimeryzacji. Po zmontowaniu elementów klej zostaje zamknięty w szczelinie i odcięty od powietrza. Jednocześnie kontakt z powierzchnią metalową wspomaga reakcję utwardzania. W efekcie ciekły lub żelowy materiał przechodzi w utwardzone tworzywo wypełniające przestrzeń pomiędzy elementami.

Proces nie przebiega identycznie na każdym materiale. Metale aktywne, takie jak stal węglowa, żelazo czy miedź, zwykle sprzyjają szybszemu utwardzaniu. Na powierzchniach pasywnych, np. stali nierdzewnej, aluminium lub niektórych powłokach galwanicznych, reakcja może przebiegać wolniej. Znaczenie mają również temperatura, wielkość szczeliny i zastosowanie aktywatora dopuszczonego dla konkretnego produktu.

Po utwardzeniu materiał wypełnia mikronierówności i wolne przestrzenie w złączu. W połączeniach gwintowych ogranicza mikroruchy i samoczynne luzowanie, a w połączeniach współosiowych zwiększa rzeczywistą powierzchnię przenoszenia obciążenia pomiędzy częściami. Produkty o niskiej lepkości mogą dodatkowo wykorzystywać zjawisko kapilarne i wnikać w bardzo małe szczeliny, ale nie jest to cecha wszystkich materiałów anaerobowych.

Rodzaje klejów i uszczelniaczy anaerobowych

Określenie „klej anaerobowy” obejmuje kilka różnych grup produktów. Mechanizm utwardzania jest podobny, ale przeznaczenie, lepkość, wytrzymałość, dopuszczalna szczelina i sposób późniejszego demontażu mogą się istotnie różnić.

1. Kleje do zabezpieczania gwintów

Kleje do zabezpieczania gwintów są przeznaczone przede wszystkim do ograniczania luzowania i odkręcania elementów złącznych pod wpływem drgań, udarów, obciążeń dynamicznych i zmian temperatury. Po aplikacji materiał wypełnia przestrzenie pomiędzy współpracującymi zwojami gwintu i utwardza się po zmontowaniu połączenia.

Wiele produktów ma charakter tiksotropowy, dzięki czemu ograniczone jest ich spływanie z pionowych lub pochylonych powierzchni. Nie jest to jednak cecha wszystkich anaerobów, dlatego lepkość i sposób aplikacji należy dobierać do geometrii złącza.

Przy wyborze preparatu do gwintów istotne są m.in. wymagany poziom wytrzymałości, planowany demontaż, wielkość gwintu, aktywność metalu, temperatura procesu i warunki eksploatacji. W połączeniach serwisowalnych zbyt wysoka wytrzymałość może niepotrzebnie utrudnić późniejszy demontaż.

2. Anaerobowe uszczelniacze gwintów rurowych

Uszczelniacze do metalowych gwintów rurowych wypełniają wolne przestrzenie pomiędzy zwojami i po utwardzeniu tworzą szczelną warstwę w obrębie połączenia. Jednocześnie mogą ograniczać ruch względny elementów wynikający z drgań lub zmian obciążenia.

Nie należy jednak zakładać, że każdy produkt zapewni szczelność przy dowolnym ciśnieniu, medium lub sposobie dociągnięcia. Zakres pracy zależy od konkretnego uszczelniacza, rodzaju gwintu, materiału, temperatury, medium oraz wymaganych dopuszczeń. W aplikacjach gazowych, wodnych, hydraulicznych lub procesowych dokumentacja techniczna i wymagane certyfikaty są częścią doboru, a nie dodatkiem.

3. Anaerobowe uszczelniacze kołnierzy typu form-in-place

Materiały anaerobowe do uszczelniania kołnierzy tworzą uszczelkę bezpośrednio podczas montażu. Są przeznaczone przede wszystkim do sztywnych, dobrze dopasowanych i obrabianych powierzchni metalowych. Po złożeniu złącza materiał pozostający pomiędzy powierzchniami utwardza się i wypełnia nierówności.

W pojazdach i maszynach tego typu rozwiązania stosuje się m.in. w połączeniach obudów skrzyń biegów, korpusów przekładni, pomp, pokryw rozrządu i innych sztywnych obudów metalowych, jeżeli geometria oraz dokumentacja produktu na to pozwalają.

W przypadku cienkich, tłoczonych lub elastycznych kołnierzy wymagających większej zdolności do kompensacji ruchu częściej stosuje się inne technologie, np. odpowiednio dobrane uszczelniacze silikonowe. Nie należy więc zamieniać wszystkich uszczelek płynnych na anaerobowe tylko dlatego, że pracują pomiędzy dwoma kołnierzami.

4. Kleje do połączeń pasowanych – mocowanie części współosiowych

Kleje do mocowania części współosiowych, określane również jako retaining compounds, są przeznaczone do montażu cylindrycznych elementów metalowych. Po utwardzeniu wypełniają przestrzeń pomiędzy częściami, zwiększają rzeczywistą powierzchnię kontaktu i pomagają równomierniej przenosić obciążenie.

Stosuje się je m.in. przy:

• montażu łożysk w obudowach lub na wałach,
• mocowaniu wirników, kół zębatych, kół łańcuchowych i kół pasowych na wałach,
• wklejaniu tulei, pierścieni i innych elementów cylindrycznych,
• uszczelnianiu lub mocowaniu wybranych zaślepek i tulei w korpusach metalowych,
• mocowaniu tulei prowadzących i elementów pozycjonujących,
• mocowaniu tulei bagnetów do kontroli poziomu oleju,
• regeneracji wybranych zużytych pasowań, jeżeli szczelina i obciążenie mieszczą się w zakresie dopuszczonym przez producenta,
• wybranych konstrukcjach, w których klejenie może ograniczyć potrzebę stosowania dodatkowych elementów mechanicznych, takich jak wpusty lub kołki – po potwierdzeniu obliczeniowym i próbą.

W tej grupie szczególnie ważne są: rodzaj pasowania, wielkość szczeliny, długość powierzchni współpracującej, obciążenie, temperatura i możliwość późniejszego demontażu. Dobór wyłącznie na podstawie określenia „klej do łożysk” jest zbyt ogólny dla odpowiedzialnego złącza.

5. Anaerobowe uszczelnianie porowatości

Technologia anaerobowa może być wykorzystywana również do uszczelniania mikroporowatości występującej w odlewach, spoinach i elementach z metalu spiekanego. Porowatość może powstawać m.in. w wyniku zjawisk związanych z krzepnięciem i skurczem metalu oraz obecnością gazów w materiale. Celem impregnacji jest zamknięcie dróg przecieku bez zmiany podstawowej geometrii elementu.

Przykładami części poddawanych takim procesom mogą być:

• elementy przekładni kierowniczych i pomp samochodowych,
• pompy układu zasilania,
• regulatory,
• głowice cylindrów,
• pompy hydrauliczne,
• korpusy przekładni,
• hermetyczne obudowy przyrządów lotniczych i awioniki,
• części układów hamulców pneumatycznych.

W przypadku uszczelniania porowatości znaczenie ma nie tylko sam materiał uszczelniający, ale cały proces impregnacji, wielkość i charakter porów oraz wymagania dotyczące szczelności gotowego elementu.

Co decyduje o doborze kleju anaerobowego?

Dla technologa lub utrzymania ruchu najważniejsze jest najpierw rozpoznanie rodzaju połączenia. Dopiero później należy wybierać konkretny produkt.

1. Określ typ złącza. Zabezpieczenie śruby, uszczelnienie gwintu rurowego, sztywny kołnierz i osadzenie łożyska to cztery różne zadania.
2. Sprawdź materiały. Rodzaj metalu wpływa na szybkość utwardzania. Powierzchnie pasywne mogą wymagać więcej czasu lub użycia aktywatora zgodnie z TDS.
3. Oceń szczelinę i geometrię. Każdy produkt ma określony zakres lepkości i zdolności wypełniania szczeliny. Większa szczelina nie zawsze oznacza, że wystarczy nałożyć więcej produktu.
4. Określ wymaganą wytrzymałość i sposób serwisu. Połączenie przeznaczone do regularnego demontażu powinno być dobierane inaczej niż połączenie trwałe.
5. Sprawdź warunki pracy. Temperatura, medium, drgania, obciążenia, ciśnienie i wymagania środowiskowe mogą wykluczyć część rozwiązań.
6. Zweryfikuj proces. Sprawdź czyszczenie, sposób dozowania, czas montażu, czas do manipulacji i pełnego utwardzenia oraz ewentualny aktywator. Wszystkie te dane powinny pochodzić z aktualnej dokumentacji konkretnego produktu.

Najczęstsze błędy przy stosowaniu anaerobów

• Dobór produktu tylko po kolorze lub „mocy”. Kolor nie zastępuje informacji o zastosowaniu, lepkości, szczelinie, demontażu i warunkach pracy.
• Traktowanie wszystkich metali tak samo. Stal nierdzewna, aluminium i powierzchnie powlekane mogą utwardzać system wolniej niż metale aktywne.
• Brak kontroli czystości powierzchni. Olej, smar, środki antykorozyjne i inne zanieczyszczenia mogą wpłynąć na powtarzalność procesu; wyjątkiem są produkty o potwierdzonej tolerancji na określone zanieczyszczenia.
• Próba wypełnienia zbyt dużej szczeliny niewłaściwym produktem. Zakres szczeliny należy sprawdzać w TDS.
• Obciążanie połączenia przed pełnym utwardzeniem. Wstępne ustalenie nie oznacza jeszcze osiągnięcia pełnych parametrów.
• Stosowanie anaerobowej uszczelki kołnierzowej na elastycznym kołnierzu bez weryfikacji. Dla cienkich i odkształcających się kołnierzy często lepsza jest inna technologia uszczelnienia.
• Założenie, że każdy uszczelniacz gwintów działa przy dowolnym ciśnieniu i medium. Zakres pracy oraz dopuszczenia są właściwością konkretnego produktu.

Obszary zastosowania i korzyści procesowe

Kleje i uszczelniacze anaerobowe są cenione w produkcji i utrzymaniu ruchu, ponieważ mogą łączyć funkcję mocowania z uszczelnieniem oraz ograniczać liczbę dodatkowych elementów mechanicznych. Ich rzeczywiste korzyści zależą jednak od poprawnego doboru i stabilnego procesu aplikacji.

W zależności od zastosowania mogą:

• wypełniać wolne przestrzenie w gwintach i połączeniach cylindrycznych,
• ograniczać luzowanie elementów pod wpływem drgań,
• uszczelniać metalowe połączenia gwintowe i wybrane złącza kołnierzowe,
• ograniczać dostęp wilgoci i medium do szczeliny połączenia,
• zwiększać powierzchnię przenoszenia obciążenia w połączeniach współosiowych,
• zastępować lub wspomagać wybrane mechaniczne metody zabezpieczenia, jeśli pozwala na to konstrukcja,
• upraszczać dozowanie dzięki jednoskładnikowej formule niewymagającej mieszania,
• w wybranych procesach ograniczać liczbę części, operacji montażowych i koszty całkowite procesu.

Rozwiązania anaerobowe są stosowane m.in. w:

• produkcji pojazdów i branży automotive,
• górnictwie,
• energetyce,
• lotnictwie,
• przemyśle obronnym,
• kolejnictwie,
• produkcji maszyn rolniczych, budowlanych i górniczych,
• utrzymaniu ruchu oraz produkcji maszyn i urządzeń przemysłowych.

Zobacz też

Jeśli dobierasz produkt do konkretnego materiału lub gwintu, warto przejść do bardziej szczegółowych poradników:

• Kleje anaerobowe a rodzaj materiału – zabezpieczanie gwintów – o wpływie metali aktywnych i pasywnych na utwardzanie.
• Jak stosować klej do gwintów? Poradnik od A do Z – praktyczny proces przygotowania, aplikacji i doboru zabezpieczenia gwintu.
• Ile może wytrzymać klej do łożysk? – praktyczny przykład połączenia współosiowego i czynników wpływających na jego wytrzymałość.

FAQ – kleje anaerobowe

Czym różni się klej anaerobowy od zwykłego kleju montażowego?

Klej anaerobowy wykorzystuje mechanizm utwardzania uruchamiany po odcięciu dostępu powietrza w złączu i wspomagany kontaktem z metalem. Typowe zastosowania obejmują połączenia metal–metal, takie jak gwinty, sztywne kołnierze i pasowania cylindryczne. Inne kleje montażowe mogą utwardzać się np. pod wpływem wilgoci, reakcji dwóch składników, temperatury lub światła.

Dlaczego rodzaj metalu wpływa na czas utwardzania?

Powierzchnie metalowe różnią się aktywnością katalityczną. Metale aktywne zwykle sprzyjają szybszej reakcji, natomiast na stali nierdzewnej, aluminium i niektórych powierzchniach powlekanych proces może przebiegać wolniej. W takich warunkach producent może zalecać aktywator.

Czy aktywator jest zawsze potrzebny?

Nie. Jego zastosowanie zależy od produktu, rodzaju metalu, temperatury, szczeliny i wymaganego czasu procesu. Decyzję należy podejmować na podstawie TDS konkretnego kleju lub uszczelniacza.

Czy klej anaerobowy nadaje się do tworzyw sztucznych?

Klasyczne materiały anaerobowe są projektowane przede wszystkim do połączeń metalowych. W aplikacjach z tworzywami należy sprawdzić dokumentację produktu i kompatybilność materiałową; tworzywo nie katalizuje reakcji tak jak metal, a niektóre materiały mogą być wrażliwe chemicznie.

Dlaczego nadmiar kleju poza złączem może pozostać płynny?

Poza szczeliną materiał nadal ma kontakt z tlenem, który hamuje reakcję anaerobową. Dlatego nadmiar produktu widoczny na zewnątrz nie jest dobrym wskaźnikiem tego, co dzieje się wewnątrz prawidłowo zmontowanego złącza.

Czy najmocniejszy klej do gwintów jest zawsze najlepszym wyborem?

Nie. Zbyt wysoka wytrzymałość może utrudnić serwis i demontaż. Dobór powinien uwzględniać obciążenia, wibracje, wielkość gwintu, temperaturę i planowany sposób obsługi połączenia.

Czy anaerobowy uszczelniacz kołnierzy można stosować na każdym kołnierzu?

Nie. Anaerobowe uszczelniacze formowane w miejscu są przeznaczone głównie do sztywnych, dobrze dopasowanych powierzchni metalowych. Dla kołnierzy cienkich, tłoczonych lub pracujących elastycznie często stosuje się inne technologie, np. odpowiednio dobrane uszczelniacze silikonowe.

Na czym polega anaerobowe uszczelnianie porowatości?

To proces wypełniania mikroporów w odlewach, spoinach lub elementach z metalu spiekanego w celu ograniczenia przecieków. Skuteczność zależy od rodzaju porowatości, procesu impregnacji i wymagań szczelności gotowej części.

Podsumowanie

Kleje anaerobowe nie są jedną uniwersalną grupą „mocnych klejów do metalu”, lecz rodziną rozwiązań przeznaczonych do konkretnych typów połączeń. Najpierw trzeba ustalić, czy zadaniem jest zabezpieczenie gwintu, uszczelnienie rury lub kołnierza, osadzenie części współosiowej czy uszczelnienie porowatości. Dopiero później należy porównywać lepkość, wytrzymałość, szczelinę, czas procesu i pozostałe parametry konkretnego produktu.

W produkcji seryjnej i odpowiedzialnych naprawach kluczowa jest powtarzalność: prawidłowy materiał, czysta powierzchnia, kontrolowana ilość produktu, właściwy montaż i czas utwardzania zgodny z TDS.