§ 38. Свойства клеев. Процессы, происходящие при склеивании

Для крепления облицовочных материалов к отделываемой поверхности, кроме строительных растворов, применяют различные клеи и мастики.

Клей — это раствор, реже расплав, в большинстве случаев органических высокомолекулярных веществ, обладающий высокой адгезией. Клей в жидком состоянии наносят тонким слоем на оклеиваемые поверхности, после чего их прижимают одна к другой. Затвердевая, он крепко соединяет поверхности. Твердеет клей в зависимости от его вида за счет испарения растворителя, охлаждения, химического взаимодействия составляющих и укрупнения молекул вследствие реакции поликонденсации или полимеризации.

Основные свойства клея: вязкость, жизнеспособность, токсичность (ядовитость), горючесть.

Вязкость клея оказывает значительное влияние не только на удобство работы с ним, но и на прочность соединения. Вязкость (рабочая консистенция) клея должна обеспечивать его затекание в неровности и поры приклеиваемого материала, в результате поверхность взаимного контакта увеличивается. Однако клей не может быть очень жидким, так как при этом большая часть клея уйдет в поры, а оставшегося количества окажется недостаточно для образования пленки между склеиваемыми материалами. Получится так называемое «голодное соединение».

Вязкость определяют в лаборатории специальным прибором — вискозиметром Энглера. На стройке вязкость, клея устанавливают, опуская в него тонкую палочку и извлекая ее оттуда. Клей нормальной консистенции стекает с палочки сплошной тонкой струей, жидкий клей — отдельными каплями, а густой — сгустками.

Жизнеспособность клея характеризуется временем, в течение которого он может быть использован без ухудшения качества склеивания. Это время ограничивается началом загустевания или разрушения клея с лотерей клеящих свойств. Для органических клеев жизнеспособность в значительной степени определяется 'их биологической стойкостью.

Токсичность, горючесть, взрывоопасность затрудняют работу с клеем, заставляя применять особые меры предосторожности.

В клеевой состав, кроме основного вяжущего материала, часто вводят растворитель, придающий клею необходимую вязкость, отвердитель, который, взаимодействуя с вяжущим веществом, способствует его твердению, и стабилизаторы, повышающие жизнеспособность клея или препятствующие разрушению затвердевшего клея.

Эксплуатационные качества клея характеризуются механической прочностью клеевого соединения, водостойкостью и химической стойкостью, а для наружных облицовок — способностью сохранять прочность в широком диапазоне температур.

Прочность клеевого соединения определяется взаимодействием клея с веществом склеиваемых поверхностей в зоне их контакта.

Твердение большинства клеев сопровождается уменьшением в объеме — усадкой. В результате в них образуются усадочные напряжения, которые приводят к местным нарушениям связи между пленкой клея и склеиваемой поверхностью. Если эта связь достаточно сильна и превышает прочность пленки, то пленка растрескивается и возможно разрушение соединения по клеевому слою. Если прочность материала меньше прочности пленки, то клеевой слой может разрушиться с вырывом материала. Отсюда вывод: прочность клеевой пленки должна быть близка к прочности склеиваемых материалов.

Чаще всего при облицовке наиболее слабым является основание. Чтобы повысить его прочность, применяют упрочняющие грунтовки. Кроме того, усадка и усадочные напряжения возрастают с увеличением толщины пленки. Для уменьшения усадочных напряжений и повышения прочности соединения надо стремиться к уменьшению толщины слоя клея. Выполнение этого требования обусловливается еще одной более важной причиной. При правильно подобранных материалах склеиваемых поверхностей и клея структура тонкой пленки отличается от структуры толстой. Объясняется это тем, что молекулы клея в зоне контакта определенным образом ориентируются по отношению к молекулам склеиваемых материалов. При этом происходит ориентировка молекул и в смежных слоях, уменьшающаяся с увеличением расстояния от зоны контакта. В связи с этим размер поверхностных сил взаимодействия в зоне контакта обратно пропорционален расстоянию от поверхности материала и имеет наименьшее значение в центре пленки.

Размер сил взаимодействия между клеем и веществом приклеиваемой поверхности (адгезия) имеет большое значение для прочности клеевого соединения. Практика показывает, что при соответствующем подборе клея соединение разрушается по одному из склеиваемых материалов, а не по соединению.

При склеивании происходят следующие процессы. Прежде всего так называемая механическая адгезия. При нанесении жидкого клея на поверхность материалов, особенно пористых, клей проникает в поры или в трещинки и при затвердении клеевая пленка связывается с материалом многочисленными нитями, проникшими в структуру материала. Решающую роль при этом играют условия смачивания веществом клея склеиваемых поверхностей. Смачивание способствует хорошему распределению клея по поверхности материала и затеканию в поры, а также указывает на наличие сил молекулярного сцепления между частицами клея и материала. Кроме того, смачивание значительно увеличивает поверхность контакта между клеем и склеиваемыми поверхностями. Увеличению поверхности сцепления способствует придание поверхностям малопористых материалов шероховатой структуры.

Адгезионная связь с минеральными материалами, древесиной в основном объясняется действием электрических сил между молекулами клея и материала. Молекулы клея в зоне контакта группируются и ориентируются по отношению к молекулам материала с противоположным электрическим зарядом. При этом может происходить и взаимодействие на уровне электронов с образованием химической связи.

При склеивании полимерных материалов возможно проникновение (диффузия) макромолекул клея и их отдельных частей между молекулами наклеиваемого материала и несколько менее выраженное перемещение молекул материала в клеевую пленку. В результате диффузии граница между клеевой пленкой и материалом исчезает и образуется промежуточный слой, представляющий постепенный переход от одного материала к другому. Явление диффузии тесно связано с взаиморастворимостью клея и склеиваемых материалов.

Для приклеивания полимерных облицовочных материалов применяют готовые кумарононаиритовые мастики КН2 и КН3. В их состав входит растворитель—: смесь этилацетата и бензина «галоша», способный вызывать набухание резины, поливинилхлорида и полистирола. Благодаря этому облегчается проникание молекул клея в материал облицовки. Аналогичное действие оказывает на полистирольные плитки сольвент, входящий в состав кумароновой мастики. Набухание материала может быть вызвано не только растворителем, но и. другими составляющими клея.

В состав канифольной мастики в качестве пластификатора входит олифа, вызывающая набухание полистирола, что обеспечивает проникновение мастики в плитку. Однако если после приклеивания облицовки в клеевой пленке будет находиться избыток растворителя, то он может вызвать порчу облицовки. Кроме того, следует учитывать, что испарение растворителя изпод наклеенного материала значительно замедляется, что увеличивает срок отвердения клеевой пленки. При склеивании материалов может быть один, два или три вида адгезии.

Таким образом, можно сделать вывод, что понятия о склеиваемом и склеивающем материалах весьма условны. Клей и склеиваемый материал — активные составляющие при образовании клеевого соединения. Их отличие в основном заключается в том, что молекулы клея обладают возможностью перемещения! В строительстве приходится склеивать разнородные материалы. Основанием может служить поверхность бетона, штукатурки, дерева и др., а облицовкой — стеклянные, керамические, различные полимерные плитки. Поэтому правильно выбранный клей и чистота склеиваемых поверхностей обеспечивают надежное клеевое соединение. Загрязнения, запыленность, замасливание, увлажнение поверхностей резко снижают прочность соединения.

В тех случаях, когда по условиям производства работ нельзя получить тонкий слой клея (например, оклеиваемые поверхности пористы или грубошероховаты), в клеевой состав добавляют наполнитель. В качестве наполнителя применяют тонкоизмельченные неорганические вещества, в том числе и цементы. Как правило, наполнитель не участвует в процессе твердения, и его основное назначение — уменьшить толщину слоя клея. Такие высоконаполненные клеевые составы с добавкой наполнителя называют мастиками.

Мастики обычно имеют вид густой пасты. Так как добавка наполнителя повышает вязкость клеевого состава и с ним становится труднее работать, то в мастики часто вводят пластификаторы — вещества, повышающие пластичность мастики.