Nepřihlášený uživatel
Nacházíte se: VŠCHT Praha - Technopark Kralupy  → Lepidla
iduzel: 48806
idvazba: 55082
šablona: stranka
čas: 3.4.2020 01:59:15
verze: 4653
uzivatel:
remoteAPIs:
branch: trunk
Obnovit | RAW

Hodnocení adheze a dlouhodobé stability lepidel

Souhrn všech aktivit skupiny Kovové konstrukční materiály je zde.

Lepení v posledních letech přitahuje čím dál více pozornosti a současně vzrůstá jeho podíl při spojování materiálů napříč obory (automobilový, stavební průmysl aj.). Důvodem je především nízká technologická náročnost lepení ve srovnání s klasickými metodami jako je svařování a dobré mechanické vlastnosti.

Lepení je metoda spojování materiálů pomocí lepidel, při kterém vzniká trvalý, nerozebíratelný spoj.

Lepidlem se rozumí látka, která má schopnost spojit dva povrchy na základě přilnavosti (adheze) a vlastní soudržnosti (koheze). Adheze a koheze jsou tak základní vlastnosti definující látku jako lepidlo. Adheze, tedy přilnavost lepidla k lepenému povrchu, vychází z molekulární struktury lepidla a je důsledkem působení fyzikálních, chemických a mezimolekulárních vazebných sil. Pro popis adhezního působení bylo postupně vypracováno několik modelů:

  • Mechanická teorie – adheze je způsobena zatuhnutím lepidla v trhlinách, kavitách a pórech lepeného materiálu.
  • Elektrostatická teorie – adheze vzniká na základě elektrostatických sil a rozhraní lepidla a materiálu lze popsat jako kondenzátor.
  • Difúzní teorie – vychází z předpokladu vzájemné difúze makromolekul lepidla a lepeného polymerního materiálu.
  • Teorie chemických vazeb – předpokládá vznik chemických vazeb na rozhraní lepidla a lepeného materiálu.
  • Adsorpční (termodynamická) teorie – na rozdíl od teorie chemických vazeb předpokládá vznik spoje prostřednictvím mezimolekulárních interakcí typu van der Waalsových mezimolekulárních sil.

Vlastní soudržnost lepidla, koheze, souvisí s mezimolekulárními a valenčními silami ve struktuře lepidla. Míru energie potřebné k vytržení částice lepidla ze struktury charakterizuje dekohezní energie.

Spojování materiálu lepením představuje v současnosti plnohodnotnou alternativu k ostatním postupům spojování materiálů. Mezi hlavní výhody patří:

  • variabilita materiálů, které lze takto spojovat,
  • variabilita požadovaných vlastností výsledného spoje,
  • minimalizace nebezpečí vzniku korozního poškození vlivem galvanického článku při spojování rozdílných kovů,
  • vstřebávání vibrací a vysoká únavová odolnost.

Nevýhody lepených spojů spočívají především v nutnosti správně připraveného povrchu a přesného dodržení lepícího postupu včetně nutnosti fixovat spojované materiály do doby vytvrzení lepidla ve spoji. Životnost spoje také výrazně závisí na okolním prostředí a teplotě. Jednotlivé faktory, ovlivňující kvalitu a funkčnost lepeného spoje, lze rozdělit do třech kategorií:

 

Vliv lepeného materiálu

Vliv adheziva

Vliv technologických podmínek

•       geometrie povrchu

•       smáčivost

•       čistota povrchu

•       rozpustnost

•       bobtnavost

•       teplotní roztažnost

•       polymerační stupeň

•       viskozita

•       homogenita

•       pH

•       objemová stálost

•       struktura a složení plniva

•       konstrukce lepeného spoje

•       úprava povrchu

•       aplikace lepidla

•       tlak a fixace

•       podmínky tuhnutí lepidla ve spoji

 

Poznámky k vybraným faktorům:

  • Smáčivost – pro kvalitu spoje je nutné, aby byl povrch lepeného materiálu pro lepidlo dostatečně smáčivý;
  • rozpustnost a bobtnavost – ve většině případů nežádoucí interakce lepeného materiálu s jednou ze složek lepidla;
  • teplotní roztažnost – rozdílná teplotní roztažnost lepeného materiálu a lepidla nebo dvou rozdílných lepených materiálů vede ke zvýšenému mechanickému namáhání a zkrácení životnosti spoje;
  • objemová stálost – vlivem tuhnutí dochází u lepidel v závislosti na mechanismu vytvrzování do určité míry k objemovým kontrakcím, které mohou vnášet do spoje dodatečné mechanické namáhání;
  • konstrukce lepeného spoje – volba vhodného uspořádání a geometrie spoje na základě předpokládaného zatížení.

V současnosti dostupné široké spektrum lepidel a adhezivních systémů je možné třídit dle nejrůznějších hledisek a užitných vlastností:

  • Dle původu:
    • Přírodní x syntetická
    • Anorganická x organická
  • Dle způsobu tuhnutí:
    • Reaktivní
      • tuhnoucí přídavkem tvrdidla (vícesložková lepidla)
      • tuhnoucí vlivem vlhkosti prostředí
      • tuhnoucí vlivem zvýšené teploty
      • tuhnoucí vlivem působení záření (UV)
      • tuhnoucí kontaktem s kovy v anaerobních podmínkách
    • Nereaktivní
      • lepidla tavná
      • lepidla rozpouštědlová – roztoková
      • lepidla rozpouštědlová – disperzní
      • lepidla stále lepivá
  • Dle chemického složení:
    • Epoxidová, akrylátová, kaučuková, lepidla na bázi derivátů celulózy, polyuretanová atd.
  • Dle tepelných vlastností:
    • Termosetická
    • Termoplastická
    • Kaučuková
  • Dle konzistence, dle odolnosti ve vodě a dalších vlastností.

 

Hodnocení vlastností lepených spojů

Vlastnosti lepených spojů se stanovují na základě celé řady postupů a zkoušek:

  • Pevnost lepených spojů v tahu, ve smyku, v odlupování, při statickém zatížení a při namáhání rázem se hodnotí normovanými zkouškami, ve kterých se liší geometrie vzorků a typ namáhání. Po zkoušce se vyhodnocuje, zda spoj selhal adhezně nebo kohezně.
  • Stárnutí, tj. vliv teploty, vlhkosti, UV záření a prostředí na dlouhodobou odolnost, například při cyklických zkouškách.
  • Nedestruktivní metody, jako je defektoskopie (akustická, ultrazvuková) pro odhalení skrytých vad spoje. Těmito postupy nelze stanovit pevnost.
Zkoušení dlouhodobé odolnosti lepidel Zkoušení dlouhodobé odolnosti lepidel
Zkoušení dlouhodobé odolnosti lepidel

Expozice vzorků adhezních spojů v korozní komoře

 

Technopark Kralupy v současnosti nabízí zkoušení podle následujících norem.

ČSN EN ISO 4624 Nátěrové hmoty – Odtrhová zkouška přilnavosti. Jedná se o kvantitativní hodnocení přilnavosti povlaku k obvykle kovovému podkladu. Povlak je možné testovat ve vytvrzené formě nebo po expoziční zkoušce, např. urychlené korozní zkoušce VW P1210 , nebo po degradaci organického povlaku ultrafialovým nebo širokospektrální světlem .

Odtrhová zkouška Odtrhová zkouška

Příprava vzorků pro odtrhovou zkoušku dle ČSN EN ISO 4624

Odtrhová zkouška

Přístroj pro odtrhovou zkoušku dle ČSN EN ISO 4624

 

ČSN EN ISO 9142 Lepidla – Směrnice k výběru laboratorních podmínek stárnutí pro hodnocení lepených spojů. Zkouška pro degradaci lepených spojů v různých konfiguracích:

  • podmínky simulující expozici v atmosféře (23 ± 2 °C, 50 ± 5 % relativní vlhkost),
  • zvýšená teplota (20-200 °C),
  • snížená teplota (-20 a -40 °C),
  • konstantní zvýšená nebo snížená vlhkost (25-100 % relativní vlhkost, RV)
  • zvýšený tlak atmosféry,
  • cyklické změny podmínek (kombinace výše zmíněných).

 

Zkoušky přeplátovaných sestav. Jedná se o zkoušku pevnosti plošného lepeného spoje při mechanickém zatížení. Zkoušku je možné provést v několika konfiguracích:

  • T-zkouška (ČSN EN ISO 11339, ASTM D5170, ASTM F88).
  • Odlupování pod úhlem 180 stupňů (ČSN EN ISO 8510-2, ASTM D1000, ASTM D3330).
  • Odlupování pod úhlem 90 stupňů (ČSN EN ISO 8510-1, ISO 29862, ASTM D5109, ASTM 2861, ASTM 5375).

 

ČSN EN 1465 Lepidla – Stanovení pevnosti ve smyku při tahovém namáhání přeplátovaných lepených sestav. Zkouška pro hodnocení mechanické pevnosti lepeného spoje při smykovém mechanickém zatížení.

ISO 4587 Lepidla – Stanovení tahové pevnosti ve smyku přeplátovaných spojů tuhých adherentů.

ČSN ISO 10365 Lepidla – Označení hlavních typů porušení lepeného spoje. Jedná se o předpis definující typ porušení na různých rozhraních (adheze), v lepeném materiálu (dekoheze), aj.

ČSN EN ISO 175, ČSN EN ISO 291, ČSN EN ISO 483 – zkoušky chemické odolnosti. Jedná se o zkoušky (většinou ponorem) pro hodnocení odolnosti proti chemikáliím v kapalné formě.

ČSN EN ISO 4892-1, ČSN EN ISO 4892-2, ČSN EN ISO 4892-3 – zkoušky degradace plastů zářením. Zkoušky degradace plastů v širokospektrálním záření, které odpovídá spektru slunečního záření nebo v úzkém spektru UV (UV-A, UV-B) záření. Kritická zkouška pro hodnocení odolnosti lepidel zejména v exteriérech. Pro více informací viz stránku klimatické zkoušky.

 

Literatura:

Petrie, E. M. Handbook of Adhesives and Sealants, 1st ed.; McGraw Hill Professional, 1999.
Pizzi, A., Mittal, K. L., Eds. Handbook of Adhesive Technology, 2nd ed.; Marcel Dekker, Inc.: New York, 2003.

 

O nás

Technopark Kralupy, který je součástí Vysoké školy chemicko-technologické v Praze, poskytuje kvalifikované služby v oblasti zkušebnictví, vývoje a transferu technologií průmyslovým partnerům v oblasti stavební chemie a příbuzných oborech.

 

Kontakt

Skupina Kovové konstrukční materiály
Technopark Kralupy VŠCHT Praha
Náměstí G. Karse 7
278 01 Kralupy nad Vltavou

kovy@technopark-kralupy.cz

Telefon: +420 220 446 104, +420 723 242 413

 

© 2017–2020 Technopark Kralupy

Aktualizováno: 20.1.2020 16:24, Autor: Tomáš Prošek

VTP
Technopark Kralupy
Žižkova 7
Kralupy nad Vltavou
278 01

info@technopark-kralupy.cz
© 2017 Technopark Kralupy
eu
^