Po wyborze odpowiedniego kleju, przygotowaniu powierzchni, wyborze techniki nakładania kleju i w końcu sklejenia wybranych elementów nadal zastanawiasz się, czy wybrane przez Ciebie połączenie klejowe spełni stawiane przed nim wymagania? Czy okaże się wystarczająco wytrzymałe, trwałe i odporne na różne czynniki? W tym artykule podpowiemy, jak rozwiać te wątpliwości i jakie zastosować dostępne metody badania złączy klejowych.

Zastosowanie połączeń klejowych w wielu branżach jest w pełni możliwe dzięki opracowaniu metodyki badań jakości tych połączeń. Opiera się ona głównie na badaniach wytrzymałościowych. Opracowano wiele sposobów, umożliwiających badanie połączeń klejowych w warunkach odpowiednich dla ich pracy – obecności naprężenia ścinającego, odrywającego i rozciągającego oraz w warunkach pękania samego kleju.

Procedury badania połączeń klejowych:

• próba na ścinanie,
• próba oddzierania na rolkach,
• próba paska kleju,
• testy starzenia.

PRÓBA NA ŚCINANIE

Ścinanie jest najczęściej występującym rodzajem obciążenia działającego na połączenia klejowe. Wytrzymałość kleju na ścinanie jest traktowana jako jego główna właściwość wytrzymałościowa. Próba na ścinanie określona jest w normie DIN EN 1465 i jest najczęściej praktykowana. Metoda ta stosowana jest, gdy spajane elementy wykonane są z określonych materiałów (np. stal, drewno, szkło, kompozyt) i o określonych wymiarach.

Geometria próbki:

- długość elementów 100 mm

- szerokość 25 mm

- grubość 1,6 mm

- długość zakładki 12,5 mm

Zdj. 1 – próbka przed próbą ścinania przygotowana wg normy DIN 1465

Dwie w ten sposób przygotowane próbki, sklejone ze sobą (proste połączenie zakładkowe) są rozciągane na płaszczyźnie kleju. Bardzo ważne w tym przypadku jest zastosowanie odpowiedniej grubości kleju. Wytrzymałość kleju na ścinanie z reguły maleje wraz ze wzrostem grubości jego warstwy. Wynika to głównie ze zmiany stanu naprężenia w spoinie. W tej metodzie należy zastosować równoległe działanie siły do powierzchni klejonej i powodować jej ciągły wzrost aż do zerwania.

Po zerwaniu próbek należy dokonać analizy obrazów zerwania. Zerwania dzielą się na:

• zerwanie adhezyjne – klej oddziela się od części spajanej (jeden z elementów został źle dobrany lub źle przygotowany do klejenia);
• zerwanie kohezyjne – zniszczenie wewnętrznej struktury kleju, pożądany obraz zerwania (klej pozostaje na obydwu elementach);
• zerwanie części spajanej – w praktyce pożądane, jednak nie dostarcza informacji o wytrzymałości kleju;
• zerwanie mieszane – mieszanka różnych obrazów zerwania.

Zdj. 2 – Obraz zerwania próbki kleju elastycznego (aluminium i szkło pokryte sitodrukiem)

Istnieją także inne metody zaliczane do procesu ścinania jako metody badania złączy klejowych przy wykorzystaniu innego typu kleju:

• klej anaerobowy do osadzania elementów współosiowych (np. osadzanie łożyska na wale) – próba ściskania/ścinania wg normy DIN 54452, próba skręcania/ścinania DIN 54455.
  

• klej anaerobowy do gwintów – badanie wytrzymałości połączeń gwintowych klejonych DIN EN ISO 10964.
  
• w przypadku braku możliwości przygotowania grubości próbek wg normy, możliwe jest zastosowanie próby naprężenia ścinającego /gruba próbka na ścinanie DIN 54451.
  
• istnieje również badanie wytrzymałości długotrwałej poprzez czasową granicę pełzania DIN EN 15336.
  

PRÓBA ODDZIERANIA NA ROLKACH

Metoda badania wytrzymałości kleju na oddzieranie polega na stworzeniu sytuacji, w której jeden ze sklejonych elementów będzie oddzierany od drugiego, co będzie skutkować powstaniem naprężenia rozciągającego klej. Próba oddzierania na rolkach określana jest normą DIN EN 1464. Stosowanie tej metody także jest uzależnione od rodzaju materiałów o określonych wymiarach.

Geometria próbki:

długość części sztywnej 300 mm

długość części elastycznej 250 mm

szerokość 25 mm

grubość części sztywnej 2,5 mm

grubość części elastycznej 0,5 mm

długość zakładki 200 mm

Zdj. 3 – próbka taśmy przed próbą oddzierania na rolce

W ten sposób przygotowane próbki są poddawane działaniu siły prawie prostopadłemu do powierzchni klejenia a jej ciągły wzrost powoduje naddarcie a potem dalsze oddzieranie. Różnica między próbą na ścinanie a oddzieranie jest taka, że przy ścinaniu siła oddziałuje na całą powierzchnie klejonej próbki a przy oddzieraniu siła oddziałuje liniowo na klejoną próbkę.

Metoda oddzierania może być stosowana zarówno w przypadku oddzierania od siebie dwóch elementów sztywnych jak i oddzierania elementu elastycznego od sztywnego podłoża. Tę metodę często wykorzystuje się w przypadku badania różnego rodzaju taśm. Na etapie projektowania złącza klejowego należy jednak unikać możliwości powstawania siły odzierającej, gdyż kleje są na nią najmniej odporne. Zdecydowanie zaleca się projektowanie złącza klejowego w taki sposób, aby siły które będą na nie oddziaływały były siłami ścinającymi.

Innymi metodami badania obciążeń odzierających są:

• Próba na obciążenia oddzierające DIN EN ISO 11339
  
• Test klina DIN 65448
  
• Próba zginania/oddzierania DIN 54461
  

PRÓBA PASKA KLEJU

Próba paska kleju jest określona normą DIN 54457 i polega na naniesieniu paska elastomeru (kleju elastycznego) na określoną powierzchnię a następnie odrywaniu paska przy jednoczesnym i systematycznym jego nacinaniu. Dzięki temu pasek ma kolejną szansę by się rozerwać.

 

Zdj. 4 – badanie paska kleju przygotowane wg normy DIN 54457

TESTY STARZENIA

W celu optymalnego zbadania wytrzymałości złącza klejowego, w pierwszej kolejności wykonuje się testy mechaniczne (opisane powyżej), później testy starzenia aby następnie ponownie wykonać testy mechaniczne. Po takim cyklu mamy obraz, jak starzenie wpływa na dane złącze klejowe.

Starzenie się kleju określamy jako zmiany zachodzące z czasem w połączeniu klejowym. Połączenia klejowe starzeją się na skutek wielorakich obciążeń, co przyczynia się m.in. do obniżenia ich wytrzymałości i trwałości. Obciążenia wpływające na proces starzenia połączeń klejowych to:

1. Temperatura

Przy podwyższonych temperaturach zmniejsza się kohezja klejów, przyspieszają reakcje chemiczne i procesy starzenia (np. wnikanie wody). Niska temperatura przyczynia się np. do kruchości łącza klejowego.

2. Wilgoć/chemikalia

W przypadku, gdy złącze klejowe narażone jest na wpływ wysokiej wilgoci lub innej chemii może wystąpić np. zmniejszenie adhezji poprzez przerwanie oddziaływania fizycznego, zmniejszenie kohezji - efekt zmiękczania lub hydroliza łańcuchów polimerowych. Na starzenie narażone jest nie tylko złącze klejowe ale także same elementy klejone (np. metal narażony jest na korozję a tworzywa sztuczne na zmiękczenie).

3. Promieniowanie (najczęściej UV)

Narażenie złącza klejowego i klejonych elementów na nadmierne promieniowanie może spowodować zmniejszenie lub całkowitą utratę adhezji, pojawienie się kruchości lub zmianę koloru poprzez odbarwienie.

4. Obciążenia mechaniczne

Złącze klejowe potraktowane mechanicznie szybciej się starzeje a od określonego poziomu obciążenia może dochodzić do odkształcenia plastycznego i mikropęknięć.

5. Grzyby/mikroorganizmy

Niektóre typy grzybów w odpowiednich warunkach mogą żywić się komponentami klejów i w ten sposób wpływać na wytrzymałość złącza.

6. Wędrowanie dodatków modyfikujących

Przy produkcji tworzyw sztucznych używa się różnego rodzaju wypełniaczy, plastyfikatorów jak również środków anty-adhezyjnych, które z biegiem czasu mogą migrować z wnętrza tworzywa sztucznego do zewnątrz, powodując osłabienie złącza klejowego.

Wyróżnia się następujące testy starzenia:

• test klimatu stałego – próbki składowane są w niezmiennych warunkach klimatycznych, np.: 85⁰C/85% wilgotność/2000h, jeden cykl może trwać od 30 nawet do 90 dni;
• test klimatu zmiennego – próbki składowane są w okresowo zmiennych warunkach klimatycznych. Ten rodzaj testu jest często stosowany w branży automotive. Przykładowy cykl: z temp. pokojowej próbka nagrzewana jest do temp. 80⁰C w ciągu 2h, następnie próbka przebywa w temp. 80⁰C przez 4h, by potem w ciągu kolejnych 2h zostać schłodzona do temp. -40⁰ W temp. -40⁰C próbka przebywa 4h. Cykl jest powtarzany w zależności od potrzeb.
• test imersyjny – próbki składowane (zamoczone) są w substancji w ustalonej temperaturze;
• test słonej mgły – spryskiwanie próbek 5% roztworem soli kuchennej. Test ten imituje wpływ klimatu śródziemnomorskiego na połączenie klejowe;
• test kataplazmy - próbka owinięta wilgotnym kompresem w zamkniętym szczelnie worku z tworzywa sztucznego wypełnionym wodą dejonizowaną, zostaje umieszczona w piecu i wygrzewana w temperaturze 70⁰C przez 7 lub 14 dni. Następnie próbka jest schładzana do temp. -20⁰C i pozostawiona tak przez 15h. Test kataplazmy jest najbardziej destrukcyjny dla połączeń klejowych i często wybierany, gdy dany klej wymaga rygorystycznych badań przed wprowadzeniem do stosowania.

 

Zdj. 5 – próbka badania paska kleju przygotowana wg normy DIN 54457 po teście kataplazmy

Oferta badań połączeń klejowych

Firma Melkib, jako podmiot od wielu lat działający w branży klejów stosowanych w przemyśle, ma możliwości wykonywania badań złączy klejowych w certyfikowanym laboratorium wg obowiązujących norm. Najczęściej wykonuje się badanie w postaci testu kataplazmy, w połączeniu z testem ścinania DIN 1465 jak również z testem paska kleju DIN 54457. Firma Melkib posiada w swoich szeregach wykwalifikowane osoby w szeroko rozumianej technologii klejenia i dozowania, m.in.: Europejskiego Specjalistę Klejenia, który koordynuje proces od doboru kleju i technologii jego aplikacji, poprzez testy i badania aż do zastosowania kleju w danym procesie produkcji.

Jaki jest koszt badań?

To zależy od ilości próbek oraz zakresu badań, ciężko przedstawić wycenę bez tych informacji. Jeżeli interesuje Cię przeprowadzenie takich badań prosimy o kontakt. Przygotujemy indywidualną wycenę.