Способы соединения пластмассовых деталей

Как склеить пластмассу намертво в домашних условиях

Часто нам нужно склеить сломавшееся или треснувшее пластмассовое изделие — от дужки очков до бампера автомобиля. Также бывает нужно приклеить крючок в ванной или держатель для садового распылителя. Суть процесса склеивания состоит в растворении поверхностного слоя двух заготовок и образовании из этого раствора слоя пластика, общего для обеих деталей. После застывания части образуют единое целое, или, как говорят, «склеиваются намертво».

Определяем тип пластика

чтобы надежно склеить пластмассу, прежде всего, нужно выяснить, из какого именно пластика сделан предмет. Зная пластмассу, можно подобрать для него наиболее подходящее клеящее средство.

Все производители наносят на свою пластмассовую продукцию символику вторичной переработки — это хорошо знакомый Recycling Triangle – треугольник со стрелочками на сторонах, символизирующий повторное использование материалов.

В треугольнике — цифры от одного до семи. Зачастую цифры дополняются аббревиатурой. По этим обозначениям и определяют тип пластмассы.

Что означает маркировка на пластике

• PET полиэтилен низкого давления или полиэтилентерефталат. Применяется в основном для упаковки или расфасовки продуктов питания. Выпускается в виде пленки, пакетов или прозрачной тары для жидких и сыпучих товаров, а также напитков.
• HDPE уплотненный полиэтилен низкого давления. Используется для выпуска термоусадочной пленки и пакетов для расфасовки.
• V (PVC) поливинилхлорид –непищевой пластик, используется для изготовления прочных и долговечных предметов, таких, как хозяйственные ведра, рамы металлопластиковых окон, линолеум.
• LDPE Полиэтилен низкой плотности высокого давления. Применяется в производстве бутылок для напитков и молочных продуктов, пакеты для расфасовки, игрушки, трубы для холодной воды.
• PP полипропилен. Пластмасса химически не активна, термостойкая (до 150 °С), шире всего применяется в производстве медицинских товаров, термостойкой посуды и домашней утвари, игрушки, трубы и фитинги для горячей воды, и многое другое.
• PS полистирол. Также пищевой пластик, из него делают одноразовую посуду, домашнюю утварь, корпуса кухонных приборов. Если его вспенить, образует прекрасный пористый теплоизолятор — пенопласт, используемый в быту и в строительных работах.
• O Other (прочие) — материалы, не предназначенные для вторичной переработки, например, с включениями металла, бумаги или других веществ). Сюда же относятся пластмассы, не относящиеся к одной из шести групп.

Чтобы надежно склеить пластмассу, нужно внимательно рассмотреть маркировку на изделии и подобрать клей, предназначенный для полимеров этой группы. Существует другой способ определения типа пластмассы — небольшой кусочек ее надо поджечь. Каждый тип горит с характерным для него запахом и видом пламени. Для надежного применения этого способа в домашних условиях нужно прибрести немалый опыт.

Маркировка клея

Тюбики с клеем также маркируются, жаль только, что система обозначений не всегда совпадает с обозначениями в треугольнике на пластмассовом изделии. Чаще всего на тюбике можно увидеть следующие символы:

• PC- поликарбонат ( используется для перекрытия теплиц и навесов).
• ABS –сополимер акрилонитрила.
• PP полипропилен.
• PPMA органическое стекло общего назначения.
• PE- хорошо знакомый полиэтилен.
• PVC- еще один знакомый- винил, или поливинилхлорид.
• PS –полистирол.
• PA 66- полиамид.
• PUR полиуретан.

Клей для акрила (оргстекла)

Если вы не специалист в органической химии, то, скорее всего, дальнейшее изучение маркировки в домашних условиях успехом не увенчаются. Лучше прочитать в руководстве пользователя, которое обязательно должно прилагаться к тюбику, какие пластики можно им склеить.

Типы клеев

Разнообразию применимых в быту пластмасс соответствует не менее широкое разнообразие выпускаемых составови способов их применения.

Чем склеить пластмассу

Чтобы растворить поверхностный слой материала, нужно разрушить химические связи между молекулами. Для этого применяют специальные вещества-сильные растворители. Каждый растворитель подходит к своей группе пластиков, а на материале из другой группы может даже не оставить следа. В основе каждого клеящего состава и лежит такой растворитель. Кроме того, в состав могут входить:

• отвердитель, способствующий его высыханию;
• наполнитель — растворенные молекулы того вещества, для которого клей предназначен.

Одним из самых сильных растворителей является дихлорэтан. Он применяется, чтобы склеить полистирол и оргстекло.

В зависимости от способа применения средства подразделяются на несколько групп:

• жидкие;
• контактные;
• реакционные;
• термоклеи.

Жидкие

Жидкие широко распространены в быту, их легко и просто применяют в домашних условиях для склейки пластика, имеющего пористую структуру. Они выпускаются как на основе органического растворителя, так и на водной основе. Их наносят на поверхности, которые прижимают друг к другу на время, достаточное для испарения основы. После этого клеевой слой отвердевает, формируя соединительный шов. Характерным примером служит клей ПВА, им можно склеить в домашних условиях не только линолеум, но и древесину.

Контактные

Склеивание проходит в два этапа:

• склеиваемые поверхности смазывают тонким слоем, который растворяет поверхностный слой пластика, размягчая его и облегчая контакт с другой поверхностью;
• через несколько минут детали с силой прижимают друг к другу, размягченные слои перемешиваются, растворитель испаряется и формируется шов.

Момент для пластика

Так работают Момент, БФ-2 и другие. Ими можно склеить в домашних условиях полистирол и другие пластики. В их состав входят ядовитые вещества, поэтому работать нужно в хорошо проветриваемом помещении и не допускать попадания капель на кожу или слизистые оболочки.

Реакционные

Однокомпонентные реактивные средства очень быстро растворяют склеиваемый материал и столь же быстро затвердевают. Это такие известные марки, как Секунда, Суперклей и их аналоги. Шов получается прочный и жесткий.

Двухкомпонентные состоят, соответственно из двух компонентов, хранящихся отдельно друг от друга:

Компоненты смешивают непосредственно перед применением и наносят на поверхности, где смесь и затвердевает, образуя соединение. Основой служат эпоксидные или полиэфирные смолы. Шов в домашних условиях получается весьма прочным. Характерной особенностью является то, что полное затвердевание идет достаточно долго, и шов постепенно увеличивает как прочность, так и хрупкость.

Термоклеи

В эту группу входят вещества, проявляющие свои свойства при нагреве до 110-120 °С. Для применения нужен специальный клеевой пистолет с нагревательным элементом. Отличается точностью нанесения. Кроме пластика, им можно склеить в домашних условиях дерево, ткань, бумагу.

Как склеить пластмассу намертво в домашних условиях

После того, как был определен вид пластика и подобран соответствующее вещество, следует:

• тщательно обезжирить склеиваемые поверхности. Для этого применяют спирт, обезжириватель или мыльный раствор (только хозяйственного мыла);
• чтобы надежнее склеить предметы, нужно увеличить смачиваемость. Для этого поверхности обработать бархатным надфилем или тонкой шкуркой;
• двухкомпонентные реактивные вещества смешивать только по завершении подготовки деталей;
• не использовать кисточки с натуральной щетиной;
• клеящего вещества наносить столько, чтобы при прижатии заготовок излишки не выдавились за пределы зоны склеивания.

Детали следует прижимать так, чтобы исключить их смещение в плоскости склеивания друг относительно друга.

Как достичь максимального эффекта при склеивании пластмассовых деталей

Чтобы склеивание пластмассы в домашних условиях дало максимальный эффект, следует:

• точно определить материал и подобрать к нему подходящее клеящее средство;
• тщательно следовать требованиям инструкции по применению;
• выждать положенное время набора швом прочности и не пытаться использовать изделие раньше времени;
• для наружных работ или для предметов, используемых в условиях повышенной влажности, нужно выбрать водостойкую марку;
• несмотря на объявленную термостойкость клеящего средства, сами детали могут этой температуры и не пережить;
• если на изделии нет маркировки, то можно пробовать капнуть капельку клеящего вещества в малозаметном месте, и посмотреть, растворяется ли материал.

Эпоксидный клей дает одно из самых прочных соединений и совместим со многими видами пластиков.

Что влияет на надежность склеивания

На надежность шва влияет целый ряд условий. Все они важны, и несоблюдение какого- либо одного может привести к тому, что приклеенное в домашних условиях отвалится, несмотря на соблюдение всех остальных. Итак:

1. Соответствие материала изделия и клеящего состава.
2. Соответствие типа клеящего состава величине усилий, которые будет испытывать соединение. Не менее важно и направление действия этих усилий. Так, составы, дающие жесткие швы, не подходят для ремонта, например обуви — ведь подошва в ходе эксплуатации будет изгибаться и скручиваться, несмотря на то, что усилие на разрыв будет небольшим. В то же время этим составом можно успешно приклеить, скажем, крючок к стеклу, и вешать на него десятки килограммов.
3. Соблюдение технологии применения. Здесь важно все — и сколько секунд или минут надо сжимать поверхности, и чем их обезжиривать, и сколько держать детали прижатыми друг к другу. Все это зависит от свойств конкретной пары «пластмасса-клей», подробно описано в инструкции и должно быть дословно выполнено. Отклонение на секунду во времени выдержки или преждевременное начало использования изделия могут привести к вторичной поломке.
4. Механическая часть процесса. Важно тщательно очистить поверхность от пыли и придать ей шероховатость. Кроме того, направление прижима деталей друг к другу должно быть перпендикулярно склеиваемым поверхностям. Нельзя допускать взаимного смещения деталей после прижатия — это тоже приведет к неудаче.

Склеить пластик намертво — не так-то просто. Тщательно следование домашним мастером несложным правилам позволит получать прочные и долговечные соединения. Главное – не забывать про технику безопасности: не вдыхать пары клеящего состава и не допускать его попадания в пищу, на кожу или слизистые оболочки. При случайном проглатывании следует немедленно обратиться к врачу, обязательно прихватив с собой тюбик.

Источник

Соединения пластмассовых деталей между собой и с деталями из других материалов

5. Соединения пластмассовых деталей между собой и с деталями из других материалов

Наиболее простыми способами соединения пластмассовых деталей являются применение пружинных фиксаторов (защелок), прессовое соединение и резьбовое соединение. Упрощение технологии соединения и сборки изделия дает значительную экономию.

Соединения можно разделить на две группы: разборные и неразборные. К неразборным соединениям относятся:

— защелки с фиксаторами под углом 90 0 .

Разборные соединения включают в себя:

— защелки с фиксаторами под углом 0 ;

— соединения типа вал – втулка;

Большим преимуществом пружинных фиксаторов является то, что для сборки соединения не требуются дополнительные детали. В технологии пластмассовых изделий наиболее распространены следующие типы фиксаторов пружинного типа:

— с зазубренной защелкой;

— с цилиндрической защелкой;

— с шаровой защелкой.

Во всех случаях конструктор должен разработать геометрию изделия таким образом, чтобы детали не были напряжены, и после сборки не произошла релаксация напряжений в точках крепежа. Основным принципом проектирования является обеспечение непревышения величины допускаемой деформации для данного материала. При этом следует учитывать свойства полимерного материала. Например, при использовании полиамида следует принимать во внимание, что сухой полиамид имеет значительно меньшую допустимую деформацию, чем влажный. Содержание стекловолокна также оказывает влияние на допустимую деформацию материала, и, вследствие этого, на допустимую величину отклонения защелки.

Если защелка имеет конусную форму, то внутренние напряжения в ней снижаются. Конусная форма позволяет лучше распределять напряжения по длине консольной части защелки. При этом снижается пик напряжения у основания защелки, а также усилия сборки деталей. Место стыка защелки и основания должно быть закруглено достаточно большим радиусом, иначе оно будет являться концентратором напряжений. При цилиндрической и шаровой форме защелки их часто необходимо разрезать для облегчения сборки. В этом случае торец с прорезью следует затупить.

Прессовые соединения обеспечивают высокую прочность соединения пластмассовых деталей при минимальной себестоимости. Как и для пружинных фиксаторов, усилие отрыва при прессовом соединении со временем снижается из-за релаксации напряжения в полимерном материале, что обязательно следует учитывать при проектировании. Кроме того, необходимо проводить климатические испытания изделия с обязательным термоциклированием для проверки надежности соединения.

Резьбовые соединения в технологии полимерных изделий выполняют с помощью винтов-саморезов или болтов и резьбовых вставок в детали. При выборе типа резьбового соединения хорошим индикатором может служить модуль упругости полимерного материала при изгибе. При модуле до 2800 МПа можно использовать самонарезные винты. Если соединение должно быть разборным или если требуется применять винты с метрической резьбой, то необходимо предусмотреть в изделии металлические вставки. Во избежание разрушения втулок при ввертывании винтов важно обеспечить оптимальный диаметр отверстия и толщины стенок. В пластмассовых изделиях не следует применять винты с конической потайной головкой, так как давление головки направлено так, что «раздвигает» материал. Это приводит к тому, что изделие может треснуть по линии холодного спая.

Сварка широко применяется для постоянного соединения изделий и деталей из термопластичных материалов, в основном, пленок и листов. Преимуществом сварного соединения по сравнению с клепаным или клеевым соединением является высокая прочность, достигающая 50 — 100 % прочности основного материала. Кроме того, сварка характеризуется более высокой производительностью и меньшей трудоемкостью, чем клепка и склеивание.

Выбор метода сварки определяется несколькими критериями: геометрия изделия, тип используемого полимера, себестоимость метода, соответствие метода общей технологической цепочке, механические и эстетические требования к соединению.

Существую различные недорогие методы сварки, пригодные для массового промышленного производства. Для сварки конструкционных пластмасс наиболее часто применяются следующие методы:

— сварка струей горячего газа.

Разрабатываются новые методы, например, лазерная сварка, но они еще не получили широкого распространения в промышленности.

Во всех этих методах соединение деталей достигается за счет нагрева, приводящего к плавлению кромок соединяемых деталей, и давления.

Тепло передается непосредственно от горячего источника контактным способом или излучением, или вырабатывается за счет внутреннего или внешнего трения или электрических явлений.

Для достижения высокого и воспроизводимого качества сварного соединения необходимо выбрать наиболее подходящий метод сварки и оптимизировать его параметры при условии, что конструкция сваривамеых деталей соответствует данному методу. Изготовители сварочного оборудования поставляют не только стандартное оборудование, но и специальные сварочные установки, приспособленные для решения конкретных задач. Перед выбором метода сварки рекомендуется проконсультироваться с поставщиками как оборудования, так и полимерного материала.

Теоретически сваркой могут быть соединены любые термопласты, но поведение различных полимерных материалов при сварке значительно отличается. Аморфные и аморфно-кристаллические полимеры не могут быть сварены друг с другом. Полимеры, которые поглощают воду, например, полиамид, должны быть предварительно высушены, так как влажность приводит к низкому качеству сварки. Поэтому для повышения качества сварки изделия из полиамида следует сваривать сразу же после формования или после хранения в сухом состоянии. На процесс сварки также влияют добавки, вводимые в полимер, в частности, стекловолокно, стабилизаторы и т.д. Сварные соединения неармированных пластмасс могут достигать прочности основного материала при условии оптимальных параметров процесса и конструкции изделия. Однако стеклопластики при сварки сильно теряют в прочности из-за разделения или переориентировки волокон в зоне сварного шва.

Правильная конструкция соединения является важным требованием для высококачественной сварки. Следует также учитывать и эстетичность соединения. Улучшение внешнего вида шва моет быть достигнуто путем маскировки облоя в специально предусмотренных пазах. Детали с тонкими стенками должны иметь утолщенные направляющие для соединения друг с другом, чтобы при приложении давления в процессе сварки не происходила деформация стенок.

При сварке пластмассовые детали в местах контакта нагревают до вязкотекучего состояния различными источниками тепла – нагревательными элементами, газовыми теплоносителями, экструдируемыми присадками. Используют также ультразвуковые колебания, нейтронное облучение, трение. С помощью нагревательных элементов можно сваривать пластмассы, которые не свариваются ТВЧ (фторопласт 4, полистирол, полиэтилен). Наиболее прост метод сварки газовыми теплоносителями, в качестве которых используют подогретые воздух, аргон, азот или продукты горения горючих газов – водорода, ацетилена и др. Этим способом сваривают винипласт, полиамиды, полиэтилен, полиметилметакрилат.

Сварка обычно применяется при соединении пленок внахлестку, в том числе по скошенным кромкам. Разделка кромок под сварку может производиться как с одной стороны, так и с двух.

Если толщина листов не превышает 2 мм, разделку кромок не производят, провар обеспечивается при зазоре в стыке до 1,5 мм. V-образная форма кромок применяется при толщине листа 2 – 9 мм, причем при толщине 2 – 6 мм угол разделки кромок составляет 55 – 60 0 , а при толщине больше 6 мм – 70 – 90 0 . С ростом угла разделки кромок прочность соединения возрастает. Х-образная разделка кромок дает большую прочность соединения и более экономична, чем V-образная. При V-образной разделке кромок под углом 90 0 прочность шва на растяжение составляет 25 МПА, а при Х-образной разделке – 40 МПа.

При использовании ультразвуковой сварки следует учитывать ее особенности. Аморфно-кристаллические полимеры имеют определенную температуру плавления, т.е. при нагревании они резко переходят из твердого в жидкое состояние. Поэтому для них предпочтительно использовать соединение внахлестку. Для сварки аморфных полимеров, которые постепенно размягчаются и плавятся в диапазоне температур, конструкция стыка не имеет такого значения. При ультразвуковой сварке применяют метод «близкого поля» и метод «далекого поля». Они различаются расстоянием между поверхностью контакта , где ультразвуковой вибратор передает энергию изделию, и плоскостью сварки. Лучшие результаты дает метод «близкого поля», который эффективен со всеми пластмассами, однако наибольшая эффективность проявляется при сварке пластиков с низким модулем упругости.

6. Клеевые соединения

Основным преимуществом клеевых соединений является возможность склеивания при помощи синтетических полимерных материалов различных пластмасс между собой, а также пластмасс с металлом, деревом, тканью, стеклом, керамикой и т.д. Клеевые соединения отличаются хорошей герметичностью, сопротивляемостью вибрационным нагрузкам, но имеют невысокую прочность, особенно при повышенных температурах.

Термопластичные полимерные материалы (полиметилметакрилат, поливинилхлорид, полистирол) можно склеивать раствором этого же полимера.

Процесс склеивания состоит обычно из трех этапов:

1) подготовка поверхности (обезжиривание, а для некоторых материалов – химическая обработка);

2) нанесение клея и

3) выдержка клеевого соединения под давлением.

В клеевых соединениях зазор между склеиваемыми поверхностями составляет 0,1 – 0,2 мм.

При проектировании клеевых соединений следует стремиться к тому, чтобы при нагрузке в них возникали лишь равномерные напряжения сдвига. При неравномерном приложении нагрузки прочность для большинства клеев не превышает 0,5 МПа. Высокой прочностью обладают соединения вскос, с двухсторонней накладкой и внахлестку. Для повышения прочности клеевые соединения часто комбинируют с соединением на заклепках.

Многие пластмассы (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид) являются химически инертными материалами, поэтому перед склеиванием требуется их специальная химическая и химико-термическая обработка. Так, перед склеиванием полиэтилена и полипропилена эпоксидными клеями производят обработку склеиваемых поверхностей хромовой кислотой при 75 0 С в течение 1 мин. В случае применения резиновых клеев предварительную обработку производят раствором синтетического каучука в четыреххлористом углероде, трихлорэтилене или бензине.

В качестве клеев применяют растворы или расплавы различных полимеров или олигомеров. Высокой прочностью обладают клеевые соединения эпоксидными композициями, которые происходят в трехмерное состояние с помощью специально добавляемых отвердителей, также композиции на основе фенолоформальдегидных и других олигомеров. Прочностные характеристики композиций, отвержденных без нагревания, значительно ниже, чем такие же характеристик композиций горячего отверждения.

В процессе выполнения контрольной работы мы ознакомились с общими требованиями к конструкциям пластмассового изделия, а именно с формой пластмассового изделия, классификацией пластмассовых изделий по степени сложности и конструктивным элементам, соединением изделий из пластмасс, множеством рекомендаций по проектированию и изготовлению изделий из пластмасс.

1. Альшиц И.Я. и др. Проектирование изделий их пластмасс. – М.: Машиностроение, 1979. – 248с.

2. Зенкин А.с. и др. Допуски и посадки в машиностроении. К.: Техніка, 1990. –320 с.

3. Штейнберг Б.И. и др. Справочник молодого инженера-конструктора. – К.: Техніка, 1979. – 150 с.

4. Лепетов В.А., Юрцев Л.И. Расчет и конструирование резиновых изделий. М.: Химия, 1987. – 408 с.

Источник