technika
Autor: Leszek Łukasik | dodano: 2012-08-08
Dlaczego kleje kleją?

Dlaczego kleje kleją?

Odpowiada dr inż. Leszek Łukasik z Ka­tedry Chemii i Technologii Polimerów na Wydziale Chemicznym Politechniki Warszawskiej:

Łączenie materiałów klejami staje się coraz popularniejsze, ponieważ często jest skuteczniejsze i wygod­niejsze niż połączenia mechaniczne lub spawanie. Stosuje się je wszę­dzie: od medycyny (przy zespalaniu tkanek) po technologie kosmiczne (do montażu rakiet). Wytrzymałość spoiny zależy od przyczepności (adhezji) kleju do powierzchni kle­jonych oraz od spójności (kohezji) materiału spoiny klejowej.

Przy klejeniu największe znacze­nie mają zazwyczaj oddziaływania międzycząsteczkowe zwane siłami van der Waalsa. Ich zasięg jest ma­ły (nie przekracza 30 nm), znacz­nie mniejszy od nierówności po­wierzchni pozostałych na przykład po polerowaniu czy innej obróbce mechanicznej. Klej pełni więc ro­lę pośrednika w przenoszeniu tych sił i aby dobrze działać, musi wni­kać w nierówności łączonych po­wierzchni oraz dobrze je zwilżać.

Pojęcie zwilżalności jest wbrew pozorom intuicyjne: kropla płynu (w naszym przypadku kleju) najle­piej zwilża powierzchnię ciała stałe­go, gdy się po niej rozlewa. Dlatego cechę tę opisuje się za pomocą kąta zwilżalności między powierzchnią podłoża a styczną do powierzchni kropli w miejscu jej zetknięcia się z podłożem. Kąt 0° oznacza zatem całkowity brak zwilżalności (kropla wody „turlająca się” po teflonowej patelni), a 180° – całkowitą zwilżal­ność (gdy woda rozlewa się po czy­stej szybie).

Kąt zwilżalności zależy od napięcia powierzchniowego kleju i klejo­nego materiału: klejona powierzch­nia jest wystarczająco zwilżana tylko wówczas, gdy napięcie powierzch­niowe kleju jest co najmniej rów­ne (a najlepiej znacznie niższe) niż krytyczne napięcie powierzchniowe materiału klejonego. Większość kle­jów syntetycznych ma napięcie po­wierzchniowe około 25–50 mN/m (np. kleje akrylowe, cyjanoakrylowe, epoksydowe, poliuretanowe). Dlate­go najprościej łączy się nimi szkło oraz metale (o napięciu powierzch­niowym odpowiednio 155–470 mN/m oraz powyżej 500 mN/m). Trudniej jest dobrać klej do tworzyw sztucz­nych, zwłaszcza niepolarnych, jak polietylen (31 mN/m) czy teflon (18 mN/m), którego sklejenie jest nie lada problemem. Są jednak i na to sposoby. Oporne na klejenie ma­teriały poddaje się powierzchniowe­mu działaniu czynników fizycznych (np. wyładowaniom koronowym) lub chemicznych (utlenianiu).

Oprócz dobrej zwilżalności współ­czesne kleje, tzw. reaktywne (choćby te wymienione wcześniej), mają gru­py funkcyjne mogące przy wiązaniu reagować chemicznie również z klejo­ną powierzchnią i wytworzyć przede wszystkim mocne wiązania kowalen­cyjne. Powstała w ten sposób spoina klejowa charakteryzuje się dużą adhe­zją do pozostałych materiałów złącza klejowego i wysoką energią kohezji. Czynniki te pozwalają na konstrukcję złączy klejowych o wysokich, a nawet ekstremalnych właściwościach wy­trzymałościowych.

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 06/2007 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
11/2017
10/2017 - specjalny
Kalendarium
Listopad
19
W 1912 r. urodził się George Emil Palade, amerykański cytolog, laureat Nagrody Nobla.
Warto przeczytać
Odkrycia Svante Pääbo zrewolucjonizowały antropologię i doprowadziły do naniesienia poprawek w naszym drzewie genealogicznym. Stały się fundamentem, na którym jeszcze przez długie lata budować będą inni badacze

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Leszek Łukasik | dodano: 2012-08-08
Dlaczego kleje kleją?

Dlaczego kleje kleją?

Odpowiada dr inż. Leszek Łukasik z Ka­tedry Chemii i Technologii Polimerów na Wydziale Chemicznym Politechniki Warszawskiej:

Łączenie materiałów klejami staje się coraz popularniejsze, ponieważ często jest skuteczniejsze i wygod­niejsze niż połączenia mechaniczne lub spawanie. Stosuje się je wszę­dzie: od medycyny (przy zespalaniu tkanek) po technologie kosmiczne (do montażu rakiet). Wytrzymałość spoiny zależy od przyczepności (adhezji) kleju do powierzchni kle­jonych oraz od spójności (kohezji) materiału spoiny klejowej.

Przy klejeniu największe znacze­nie mają zazwyczaj oddziaływania międzycząsteczkowe zwane siłami van der Waalsa. Ich zasięg jest ma­ły (nie przekracza 30 nm), znacz­nie mniejszy od nierówności po­wierzchni pozostałych na przykład po polerowaniu czy innej obróbce mechanicznej. Klej pełni więc ro­lę pośrednika w przenoszeniu tych sił i aby dobrze działać, musi wni­kać w nierówności łączonych po­wierzchni oraz dobrze je zwilżać.

Pojęcie zwilżalności jest wbrew pozorom intuicyjne: kropla płynu (w naszym przypadku kleju) najle­piej zwilża powierzchnię ciała stałe­go, gdy się po niej rozlewa. Dlatego cechę tę opisuje się za pomocą kąta zwilżalności między powierzchnią podłoża a styczną do powierzchni kropli w miejscu jej zetknięcia się z podłożem. Kąt 0° oznacza zatem całkowity brak zwilżalności (kropla wody „turlająca się” po teflonowej patelni), a 180° – całkowitą zwilżal­ność (gdy woda rozlewa się po czy­stej szybie).

Kąt zwilżalności zależy od napięcia powierzchniowego kleju i klejo­nego materiału: klejona powierzch­nia jest wystarczająco zwilżana tylko wówczas, gdy napięcie powierzch­niowe kleju jest co najmniej rów­ne (a najlepiej znacznie niższe) niż krytyczne napięcie powierzchniowe materiału klejonego. Większość kle­jów syntetycznych ma napięcie po­wierzchniowe około 25–50 mN/m (np. kleje akrylowe, cyjanoakrylowe, epoksydowe, poliuretanowe). Dlate­go najprościej łączy się nimi szkło oraz metale (o napięciu powierzch­niowym odpowiednio 155–470 mN/m oraz powyżej 500 mN/m). Trudniej jest dobrać klej do tworzyw sztucz­nych, zwłaszcza niepolarnych, jak polietylen (31 mN/m) czy teflon (18 mN/m), którego sklejenie jest nie lada problemem. Są jednak i na to sposoby. Oporne na klejenie ma­teriały poddaje się powierzchniowe­mu działaniu czynników fizycznych (np. wyładowaniom koronowym) lub chemicznych (utlenianiu).

Oprócz dobrej zwilżalności współ­czesne kleje, tzw. reaktywne (choćby te wymienione wcześniej), mają gru­py funkcyjne mogące przy wiązaniu reagować chemicznie również z klejo­ną powierzchnią i wytworzyć przede wszystkim mocne wiązania kowalen­cyjne. Powstała w ten sposób spoina klejowa charakteryzuje się dużą adhe­zją do pozostałych materiałów złącza klejowego i wysoką energią kohezji. Czynniki te pozwalają na konstrukcję złączy klejowych o wysokich, a nawet ekstremalnych właściwościach wy­trzymałościowych.