ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3. ТЕМА: «Оценка качества полихлоропреновых клеев и исследование процесса склеивания обувных материалов»

ТЕМА: «Оценка качества полихлоропреновых клеев и исследование процесса склеивания обувных материалов»

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучить свойства полихлоропреновых клеев, технологию склеивания различных по природе обувных материалов и исследовать влияние некоторых факторов процесса склеивания на прочность соединения

 

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ:

- приготовление ПХ – клея заданной концентрации;

- склеивание образцов по различным технологическим режимам, варьирование технологическими параметрами процесса склеивания;

- испытание полученных склеек; и исследование влияния выбранных факторов на прочность клеевого шва; построение графиков полученных зависимостей.

 

ОБОРУДОВАНИЕ: Колбы на (100 мл) для приготовления раствора ПХ – клея требуемой концентрации, вискозиметр ВЗ-1, термоактиватор, пресс лабораторный, секундомер, разрывная машина РТ-250.

 

Физико-химическая структура полихлоропреновых каучуков и свойства клеев на их основе

Полихлоропреновые каучуки, являющиеся базовым полимером клеевой композиции, представляют собой продукт низкотемпературный (0-10^оС) полимеризации хлоропрена. В результате получают стереорегулярный полимер, в основном, с 1, 4-транс структурой (85-95%) звеньев в основной цепи макромолекулы (рисунок 1).

CL

CH₂ C = C – CH₂–

H n

Рисунок 1 Структура звеньев полихлоропренового каучука

 

Характерным признаком полимеров такой структуры является расположение функциональных, химически активных групп –СL и –Н по обе стороны двойной связи. Это обуславливает регулярность строения ассоциатов макромолекул, более высокие степень кристалличности, термопластические и адгезионно-когезионные свойства. Вместе с тем наличие связи типа С=С в основной цепи и отсутствие громоздких функциональных групп в боковых ответвлениях предопределяют среднюю полярность полихлоропрена (ПХП), высокую от -3^оС до 0^оС температуру кристаллизации (-35^оС до -40^оС температура стеклования) и относительно невысокую 45-50^оС-температуру рекристаллизации (60-70^оС-температура плавления). Полярность полихлоропрена позволяет использовать его одинаково успешно как для слабополярных резин широкого спектра, так и средне полярных натуральных кож.

В композицию полихлоропренового каучука кроме базового полимера входят:

- вулканизирующие агенты;

- адгезионно-активные смолы;

- стабилизаторы;

Для увеличения адгезии к слабополярным полимерам дополнительно вводят хлорсодержащие соединения, модифицирующие поверхность субстрата.

Прочность клеевого соединения зависит от целого ряда факторов, носящих физико-механический и технологический характер.

Микрорельеф поверхности субстрата предопределяет механический аспект установления прочной адгезионной связи, поскольку степень развитости удельной поверхности подложки влияет в первую очередь на площадь контакта на границе раздела и, во вторых, на скорость прохождения физико-химических процессов. Последнее обстоятельство особенно важно в связи с уменьшающимися во времени диффузионными процессами жидкого клея-раствора. Оптимальная глубина неровностей составляет 60-70 мкм для резин и 80-120 мкм для кож низа.

 

Реологические свойства клея влияет на процесс смачивания и растекания адгезива по поверхности субстрата увеличивая площадь контакта и прочность склеивания увеличивается. При краевом угле смачивания φ, близком к 1-2 град., имеет место полное растекание и, наоборот, при угле около 180 град. наблюдается полное несмачивание. Оба свойства одинаково отрицательно влияют на конечный результат. Оптимальный φ в пределах 20-40 град. достигается при правильном подборе клеев для конкретных материалов с учетом полярности обоих субстратов.

 

Полярность материала зависит от физико-химической природы как клея, так и любого обувного материала и косвенно выражается величиной поверхностной энергии γ. В случае, когда у клея немного меньше γ материала, имеет место среднее по величине смачивание. Таким образом, полярные материалы хорошо склеиваются полярными клеями, а неполярные – неполярными или слабополярными адгезивами. Полярность обоих реагентов зависит от наличия сильных функциональных групп, их места в донорно-акцепторном ряде, гибкости макромолекулярных цепей, наличия и степени развитости физических связей.

 

Проникающая способность клея влияет на прочность клеевого шва, с точки зрения создания необходимой «глубины» клеевой пленки, которая зависит от реологических свойств адгезива и определяется условиями протекания диффузионных процессов. Проникающая способность клея связана с молекулярной массой базового полимера, строением макромолекулы, подготовкой поверхности, концентрацией клея-раствора.

 

Толщина клеевого слоя определяется, в основном, когезионными и аутогезионными свойствами поверхностного слоя адгезива и, вместе с тем глубиной «грунтующего» слоя. Оптимальной считается величина в пределах 100-120 мкм над поверхностью наиболее выступающих «пиков» микрорельефа субстрата и такая же – «грунтующего» слоя. Суммарная толщина клеевой пленки зависит от количества наносимого клея, его концентрации, способа нанесения, температуры термоактивации, величины давления прессования и, наконец, скорости кристаллизации каучука.

 

Способ нанесения и количество адгезива оказывают существенное влияние на процесс формирования гомогенной клеевой пленки. Большое количество клея создает трудности при намазке. При этом наблюдается выдавливание клея из шва. При массе меньше оптимальной – образование «голодной» склейки, т.е. «пики» микрорельефа выступают над клеевой пленкой.

 

Температура и время термоактивации в одинаковой степени влияют на получение клеевого шва с высокой прочностью и зависит не только от природы материала подложки, но и от его цвета, толщины, расстояния его до источника энергии, от оптических характеристик и мощности последнего. При перегреве клеевой пленки и подложки возможно появление так называемого «вылегание следа» обуви и образование «тяжей» вследствие медленной рекристаллизации адгезива.

 

Давление и время прессования приобретают решающую роль на заключительном этапе технологического процесса склеивания, поскольку, также как температура и время термоактивации, влияют на «вылегание следа». Кроме того, чрезмерно высокому давлению прессования сопутствует появление значительных по величине тангенциальных и нормальных напряжений, обусловленных разностью упруго-эластических свойств (после снятия давления) твердеющей клеевой пленки и сокращающегося в размерах материала подложки.

 

Выстой изделия после склеивания отражает процесс кристаллизации базового полимера клеевой композиции в статических условиях во времени, приводящий к увеличению когезионно-адгезионной прочности. По скорости реакции различают клеи медленно-, средне- и быстро кристаллизующиеся.