Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/03.0009
Lepení S rostoucím významem předmětů, které vznikají kombinací různých materiálů, roste i význam lepidel a jejich použití.Co označujeme úhrnným pojmem „lepidla“? Lepidla nebo také pojidla ( adhezíva) jsou materiály o vysoké vnitřní soudružnosti ( kohezi), schopná spojovat tuhá tělesa následkem své přilnavosti k povrchům tuhých těles. Lepením –vznikají nerozebíratelná spojení.Při lepení odpadá ovlivňování vlastností spojovaných materiálů vysokými teplotami, jako je tomu při svařování nebo pájení, bez zvláštních úprav dosahuje rovného povrchu atd. Velkou předností lepených spojů je pak možnost spojování nejen kovových součástí mezi sebou, ale i kovů s materiály jinými. Vedle spojování slouží lepení také ještě k těsnění spojovaných ploch, k zajištění šroubových spojení a opravám.
Lepení kovů doplňuje postupy spojování materiálů nýtováním, pájením, svařováním a drápkováním. Lepeny jsou dnes vnější plochy letadel, mostů, střešních a okenních konstrukcí, částí automobilů. Dalším příkladem je lepení trubek, nalepování brzdového nebo umělohmotného obložení na kovové součásti, břitových destiček na řezné nástroje. Zvláštní výhody skýtá lepení při spojování různých materiálů ( hliník na ocel nebo ocel na sklo). Vznikají přitom hladké povrchy, švy bez štěrbin, stejná pevnost po celém průřezu, dochází k izolačnímu působení a úsporám na hmotnosti.
Za lepidla se považují obecně takové látky, které jsou při použití tekuté, smáčejí dokonale povrch materiálu, který chceme slepit, mají k němu dobrou adhezi a posléze se mění v pevné skupenství s vysokou kohezí molekul.
Lepidla bývají obvykle v tekutém stavu. Hlavními složkami většiny lepidel jsou: •
•
•
•
•
•
Pojidla – většinou organické makromolekulární látky buď původu živočišného, nebo rostlinného, případně organické látky připravené synteticky. Pojidla po ztuhnutí ať již odpařením rozpustidel, nebo chemickou reakcí vytvářejí tzv. kližní spoj ( vodní sklo, dextrin, klih, kaučuk, PVC apod.) Rozpouštědla – jsou látky, ve kterýchže rozpuštěna povidlová složka. Rozpouštědla mají dokonale smáčet lepené povrchy, rychle se odpařit a nepoškozovat lepené podklady ( organická rozpouštědla, voda apod.). Plnidla – jsou látky, které se v rozpustidlech nerozpouštějí a které mají jednak v místech, kde je tlustší spára, vytvářet kostru pro povidlovou složku, jednak částečně zdrsnit a tím i zvětšit kotvící plochu ( kasein, mikromletý vápenec, azbest, těživec, zinková běloba apod.). Zvláčňovadla – jsou látky, které zvláčňují lepený spoj, aby byl pružný a při mechanickém namáhání nepraskal. Obvykle prodlužují dobu vytvrdnutí filmu ( glycerín, dibutilfosfát, trikrezylfosfát apod.). Tužidla – jsou látky, které vstupují do chemické reakce s pojidlovou složkou lepidla. Po této reakci vzniká obvykle chemicky odlišná látka. Ta vyplní lepenou spáru. Má mít proto k podkladu dobrou adhezi a sama dobrou kohezi. Speciální aditiva – jsou látky přidávané do lepidel, kde mají speciální určení, kupříkladu zvýšení vodovzdornosti, lesku, fungicidní odolnosti ovlivňující dobu zasychání, smáčecí schopnost, naleptání podkladu apod.
Úprava podkladu pro lepení Před nanášením lepidla je nutno upravit povrch předmětů, které budou spojovány, lepeny. Je dobré si uvědomit, že lepidlo vynikajících vlastností zklame, nanesemeli ho na podklad špatně připravený. Proto této úpravě musíme věnovat náležitou pozornost. Povrch lepených ploch nesmí být mastný, zaprášený, znečištěný. Při úpravě povrchu se musí přihlížet k více hlediskům. Především je nutno si uvědomit, že spára nemá být veliká a že při lepení platí zásada: čím tenčí vrstva lepidla, tím lépe. Vytvrzená vrstva lepidla nemá totiž většinou tytéž fyzikální vlastnosti , jako spojovaný materiál. Proto k lepení jsou vhodnější povrchy, které nevykazují velké hrubé nerovnosti. Další důležitou operací je odmaštění. K mastnému podkladu špatně přilne vrstva lepidla, nehledě k tomu, že se mohou mastné nečistoty rozpustit v rozpustidlech, příp.mohou být emulgovány. Tím se značně sníží pevnost spoje a prodlouží doba zatvrdnutí nebo lepidlo zůstane trvale nezatvrdlé. Mastné, nesavé podklady jako kov, sklo apod. lze odmastit snadno třeba technickým benzínem, trichlóretylénem, roztoky saponátu apod. kovové materiály nesmějí být zkorodovány, jelikož v korozní vrstvě jsou většinou stopy vlhkosti, které snižují přilnavost, nehledě na to, že mechanická soudržnost vrstvy je podstatně nižší než vlastního materiálu.
Příprava lepidla Lepidla bývají obvykle ve stavu, ve kterém je možno je ihned použít. Přesto je někdy nutné i tato lepidla upravovat. Ti, kteří mají s lepením zkušenosti, si obvykle upravují konzistenci hotových lepidel. Někdy se přiředí, někdy nechávají rozpustila od lepidel odtěkat, podle toho, jaké materiály chtějí lepit. Příprava lepidel dvousložkových vyžaduje přesnost při odměřování jednotlivých složek. Dvousložková lepidla ( epoxidová, polyesterová apod.) se připravují až před použitím smícháním roztoku pryskyřice s vhodným katalyzátorem nazývaným též tužidlem. Poměr těchto složek je nutno přesně dodržet podle pokynů výrobce. Předávkování některé z komponent zhorší pevnost spoje, případně způsobí, že lepidlo nezatvrdne.
Nanášení lepidla Lepidlo nanášíme opatrně stejnoměrně v co nejtenčí vrstvě ( mezi 25 až 100 μm ) aby vytvořilo na ploše lepeného předmětu souvislý film. Přitom má lepidlo vniknout do póru materiálu , protože tím se zvětšuje plocha účinného povrchu. Nanášíme jen tenkou vrstvu lepidla, poněvadž vlastní lepidlo nemá velkou pevnost; jeho adheze je zpravidla větší než koheze .
Práce s lepidlem Každé lepidlo má přesný návod k použití. Vyžaduje obvykle důkladné promísení, případně aktivaci různými urychlovači a tvrdidly. Lepidla, jejichž viskozita vzrůstá skladováním, musíme ředit. Totéž však děláme i tehdy, jestliže chceme dosáhnout tenčího filmu. Plochy musíme spojit v době, kdy lepidlo má největší lepivost. Může to být po
nanesení lepidla, ale i minutu až hodinu po něm, výjimečně i více. Nejednou se nechá lepidlo úplně zaschnout a oživí se rozpouštědlem nebo nanesením nové vrstvy lepidla. Plochy spojíme až po této reaktivaci.Kaučuková lepidla se reaktivují teplem. Doba vytvrdnutí lepeného spoje je různá. Tuhnutí můžeme urychlit zahříváním horkým vzduchem, infrazářiči nebo přiložením horkých desek. Tlak můžeme vyvinout podle možností lisem, těžkými ručními válečky, kovovým závažím nebo pouze přitlačením. Lepímeli nepórovité předměty, umožníme rozpouštědlu odpařit se ještě před konečným spojením.
Konstrukce spojů Když se rozhodujeme o konstrukci spoje, musíme zvažovat namáhání v tahu, ohybu a smyku. Podle toho volíme tloušťku lepidlového filmu. Pevnost ve smyku je největší při tloušťce filmu 0,025 – 0,075 mm, zatímco při tlustších filmech se dosahuje menší ohebnosti, houževnatosti a pevnosti v tahu. Rozeznáváme několik druhů spojů z hlediska konstrukce a tvaru lepených částí, i když v podstatě jde o kombinaci dvou skupin spojů: • Kritérium konstrukční: spoje prostě překrývané spoje zasunovací a vkládací spoje stykové • Kritérium tvarové: spoje překrývané a tupé spoje ve tvaru T spoje trubkové a hadicové
Teplota Při nanášení lepidel je důležité dodržet teplotu jak předmětů lepených, tak i lepidla. Nízké teploty zvyšují konzistenci lepidel a zhoršují odpařivost rozpustidel. Při teplotách pod bodem mrazu se stávají lepidla, která obsahují vodu, nepouživatelná. Vyšší teploty – pokud nejde o lepidla, kde je tato vyšší teplota pro proces vytvrzování nebo nanášení potřebná – mohou způsobit, že lepidlo dobře nezakotví v pórovitém materiálu nebo odpařením
rozpustidel ztratí pojivost. Pevnost lepeného spoje je závislá rovněž na druhu lepidla, velikosti přeplátovaných ploch a síle vrstvy. Tepelná odolnost je dána u fenolové pryskyřice až 200°C, u polyamidové pryskyřice až 400°C.
Zatížení a lisování Při tuhnutí lepidla musí lepené hmoty k sobě pevně být přiloženy, zatíženy nebo lisovány. Tlakem se při lepení odstraní nerovnosti v povrchu spojovaného materiálu, což napomáhá, aby se po celé lepené spáře vytvořila tenká uzavřená vrstva lepidla. Tlak však sám o sobě neodstraní každou nerovnost, nehledě k tomu, že příliš velkým tlakem se např. vytlačuje ze spáry mnoho lepidla. Potom vznikají tzv.“chudé“ spoje. Je nutné sledovat způsob namáhání lepeného spoje. Namáhání tahem se musí zabránit, jelikož by docházelo k nepříznivému namáhání spoje a pevnost lepidel v tahu není příliš velká. Velmi nepříznivé je namáhání odlupováním, neboť v lepící vrstvě jsou vyvolána tahová napětí. Lepenému spoji nevadí namáhání střihem a smykem ve spojení s tažnými, tlakovými nebo krutnými silami.
Rozebírání lepených spojů Je možno provádět mechanicky pomocí adhezního nebo kohezního lomu, stažením nebo odtržením. Rozebírání je možno provést i pomocí zahřátí ( 80°C až 250°C podle druhu lepidla), přičemž termoplastická lepidla se rozpouštějí, reaktoplastická rozkládají.
Bezpečnost práce při lepení Při lepení a zalévání se setkáváme s řadou látek, které mají nepříznivý vliv na zdraví a bezpečnost práce. Lepící a zalévací hmoty, ale i látky používané pro přípravu lepených ploch je nutné ve vztahu bezpečnosti práce hodnotit jednak po stránce hořlavosti a po stránce fyziologických účinků na organizmus.
Při zacházení s různými hořlavinami odmašťovadly ( aceton, trichlóretylén, benzín apod.) musíme bezpodmínečně dodržovat protipožární předpisy a to zejména: • • •
Na pracovišti tyto látky přechovávat jen ve speciálních nádobách a v předepsaném množství. Dodržovat zákaz používání otevřeného ohně Je zakázáno prát v těchto látkách textilie nebo si s nimi umývat ruce
Z hlediska fyziologických účinků způsobují syntetická lepidla a umělé pryskyřice různá kožní onemocnění, zejména ekzémy. Mohou se však vyskytnout i přímé otravy po vdechování par trichlóretylénu, benzínu apod. při práci s takovými lepidly může dojít k popáleninám. Při rozdělávání dvousložkových lepidel a zalévacích hmot může dojít k poleptání kůže silně kyselými tvrdidly. Hlavní zásady pro bezpečnost práce jsou : • • • • • • •
Při soustavné práci s těmito látkami se podrobovat pravidelným lékařským prohlídkám Na pracovišti nejíst, nepít ani tam nepřechovávat potraviny Při přípravě lepidel používat osobní ochranné pomůcky a to především gumové rukavice, obličejový štít, ochranné brýle Na pracovišti používat odsávací zařízení Zasaženou pokožku nebo oko řádně omýt proudem čisté vody a neprodleně vyhledat lékařskou pomoc Na pracovišti udržovat bezvadnou čistotu a pořádek Přísně dodržovat pravidla osobní hygieny
Ukázky vyráběných lepidel
