Klejenie tworzyw sztucznych

Klejenie tworzyw sztucznych to bardzo rozbudowany temat. W tym artykule postaramy się szczegółowo opisać wszelkie aspekty łączenia popularnych plastików.

Czym są tworzywa sztuczne?

Tworzywa sztuczne to materiały składające się z polimerów syntetycznych (wytworzonych sztucznie przez człowieka i niewystępujących w naturze) lub zmodyfikowanych polimerów naturalnych oraz dodatków modyfikujących takich jak np. napełniacze proszkowe lub włókniste, stabilizatory termiczne, stabilizatory promieniowania UV, uniepalniacze, środki antystatyczne, środki spieniające, barwniki. Polimery te najczęściej kształtem przypominają łańcuchy. Łańcuchy polimerowe składają się z monomerów czyli pojedynczych cząstek, między którymi występują wiązania chemiczne, które tworzą omawiane wyżej łańcuchy. Pomiędzy samymi łańcuchami polimerowymi występują łączenia chemiczne, fizyczne jak i sploty mechaniczne w zależności od rodzaju tworzywa sztucznego.

Podział tworzyw sztucznych

Tworzywa sztuczne różnią się od siebie reakcją na oddziaływanie temperatury, różnych rozpuszczalników jak i obciążeń mechanicznych. Wyodrębnić można następujące rodzaje tworzyw sztucznych:
- termoplasty
- duromery
- elastomery
- termoplastyczne elastomery

Tworzywa termoplastyczne

Tworzywa termoplastyczne / teroplasty – tworzywa sztuczne, które w określonej temperaturze i ciśnieniu stają się płynne i lepkie. Tworzywa termoplastyczne można kształtować przez tłoczenie i wtryskiwania w podwyższonej temperaturze a następnie szybkie schłodzenie do temperatury użytkowej. Termoplasty można przetwarzać wielokrotnie w przeciwieństwie do duroplastów, jednak po każdym przetworzeniu zazwyczaj pogarszają się ich własności użytkowe i mechaniczne na skutek depolimeryzacji oraz degradacji tworzących je polimerów lub żywic. Ten negatywne zjawisko można najczęściej zaobserwować w klejach termotopliwych HOT MELT np. na bazie EVA, gdzie podczas użytkowania często dochodzi do mocnego zabrudzenia zbiornika różnymi zgorzelinami pochodzącymi ze spalonej żywicy.

Tworzywa termoplastyczne mają strukturę splecionych polimerów, które oddziaływają na siebie fizycznie. Występują w nich dodatkowo liczne sploty mechaniczne. Ich charakterystycznymi właściwościami są topliwość i zgrzewalność, natomiast jeśli zostaną poddane działaniu określonych rozpuszczalników pęcznieją lub rozpuszczają się.
Do najczęściej stosowanych tworzyw termoplastycznych można zaliczyć:

• polietylen (PE)
• polipropylen(PP)
• polistyren (PS)
• polichlorek winylu (PVC)
• poli(tlenek metylenu)(PMO)
• poli(tereftalan etylenu)(PET)
• polimetakrylan metylu (PMMA)
• poliamid (PA)

Duromery

Duromery – polimerowe tworzywa sztuczne posiadające unikatowe cechy metalu lub ceramiki – twarde, nieelastyczne, z wysoką odpornością mechaniczną na rozciąganie i ściskanie. Zazwyczaj nietopliwe, niezgrzewalne oraz odporne na działanie temperatur, często kruche. Duromery charakteryzują się bardzo dużym usieciowaniem. Między wiązaniami polimerowymi występują wiązania chemiczne. W związku z tym są nierozpuszczalne i prawie nie pęcznieją. Do najbardziej znanych duromerów należą:

• usieciowane:
• bakelit i inne fenoplasty
• usieciowane żywice poliestrowe
• usieciowane żywice epoksydowe
• nieusieciowane
• poli(tlenek etylenu)
• poliacetylen
• poli(octan winylu)
• poliakrylonitryl
• niektóre rodzaje poliamidów np. kevlar
• polibenzimidazol

Elastomery

Elastomery – to polimerowe tworzywa sztuczne lub naturalne, które cechuje zdolność do odwracalnej deformacji pod wpływem działania sił mechanicznych, z zachowaniem ciągłości ich struktury. Elastomery to szersza grupa materiałów niż gumy, które stanowią tylko jedną z klas elastomerów. Pomiędzy łańcuchami polimerowymi w elastomerach występują wiązania chemiczne, fizyczne jak i sploty mechaniczne. Tworzywa te są niezgrzewalne, nietopliwe i nierozpuszczalne, ale mają tendencję do pęcznienia w określonych rozpuszczalnikach. Charakteryzują się dużą skłonnością do pełzania.

Elastomery termoplastyczne TPE - są to wielofazowe materiały polimerowe, które w zakresie temperatury użytkowania zachowują się „gumoelastycznie” jak elastomery, ale powyżej tej temperatury, w przeciwieństwie do elastomerów, wchodzą w zakres płynięcia. Tak zwana miękka faza posiada właściwości potrzebne do nadania gumoelastyczności. Można więc także nazywać je termoplastami termoelastycznymi TPE. Inaczej niż w przypadku elastomerów , których po sieciowaniu nie można już przekształcić w podwyższonej temperaturze, elastomery termoplastyczne przetwarza się jak termoplasty. Większość TPE jest zgrzewalnych i topliwych. Mają również właściwości pęcznienia jak i rozpuszczania w określonych rozpuszczalnikach.

Niektóre typy TPE:
- EPDM/PE – etylen-propylen-dimer/polietylen
- EPDM/PP – etylen-propylen-dimer/polipropylen
- EVA – octan etyleno-winylowy
- NR/PP – kauczuk naturalny/polipropylen
- SB/S – polimer blokowy styren/butadien/styren
- S/EB/S – styren/etylen-butadien/styren
- TPE-A – poliamidy termoplastyczne (TPA)
- TPE-S – termoplastyczne kopolimery styrenu (TPS)
- TPE-U – poliuretany termoplastyczne (TPU)

Dlaczego ważna jest identyfikacja tworzywa sztucznego przed klejeniem?

Kleje jak już wspominałem we wcześniejszych publikacjach to materiały niemetaliczne które utwardzają się właśnie do tworzyw sztucznych. Jeżeli znamy podstawowe właściwości tworzywa które chcemy skleić plus znamy warunki, z jakimi będą się one mierzyć (patrz artykuł o projektowaniu złączy klejowych) możemy wytypować odpowiedni klej, który mając porządane właściwości, pozwoli nam na stworzenie trwałego złącza klejowego.

Kleje pod kątem przynależności do poszczególnych grup tworzyw sztucznych możemy sklasyfikować następująco:

• Kleje o charakterystyce tworzyw termoplastycznych:
  - kleje Hot Melt ale bez reaktywnego PU
  - dyspersja wodna
  - kleje rozpuszczalnikowe
  - kleje błyskawiczne (CA)
  - kleje UV
  - rzadko MMA
  - plastizole
• Kleje o charakterystyce tworzyw duromerowych:
  - kleje EP 1K/2K
  - kleje PU 2K / reaktywne PU (HOT MELT)
  - kleje anaerobowe
  - bardzo rzadko kleje UV
  - kleje MMA
  - żywice fenolowo-formaldehydowe
• Kleje o charakterystyce elastomerów:
  - 1 K PU / 2 K PU / reaktywne PU (HOT MELT)
  - 1K Silikon / 2 K Silikon
  - 1 K MS Polimer / 2 K MS Polimery