Ультрафиолетовая склейка стекла

Технология УФО (ультрафиолетоотверждения) основана на применении специальных полимерных клеев. Данные типы клеев полимеризуются под действием ультрафиолетового излучения в определенном диапазоне волн, образуя прочное, оптически прозрачное соединение стекла со стеклом и стекла с металлом.

Теория

Клеи (адгезивы) — это своеобразный мост между материалами независимо от типа поверхностей. Механизм соединения зависит:от прочности соединения клея с поверхностью детали называемой адгезией и от прочности самого клея, называемого когезией.

«Адгезия» (от латинского adhaesio — прилипание) сцепление поверхностей разнородных тел.

Прочность этих межмолекулярных сил будет значительно ниже, если клей не входит в близкий контакт со склеиваемой поверхностью из-за шероховатости механически обработанной детали. Клей должен быстро и полностью проникать в микронеровности поверхности. На увлажненной клеем поверхности достигается наиболее полный межмолекулярный обмен. Прочность сцепления, таким образом, зависит и от смачивания поверхности (чтобы достичь наиболее полного межмолекулярного взаимодействия), и адгезионных свойств поверхности. При данном поверхностном натяжении клея, смачивание зависит от поверхностной энергии материала, вязкости клея и чистоты поверхности. Смачиваемость также снижается при загрязнении поверхности.

«Когезия» (от лат. cohaesus — связанный, сцепленный), сцепление (притяжение) молекул внутри клея, скрепляющего материалы. Эти силы включают в себя: межмолекулярные силы притяжения и сцепление между собой молекул полимеров.

Есть определенное правило, что цепочка настолько же сильна, насколько сильно ее самое слабое звено, силы адгезии и когезии в склеиваемом соединении должны быть относительно равны.

Механизм полимеризации клеев

Большинство клеев — реактивные полимеры. Они переходят из жидкого состояния в твердое посредством различных полимеризационных реакций. В зависимости от механизма полимеризации отверждения клеев можно классифицировать следующим образом:

• анаэробная реакция (в отсутствии воздуха);
• воздействие ультрафиолетовых (УФ) лучей;
• анионная реакция (цианоакрилаты);
• активация (модифицированные акрилы);
• влажностное отверждение (силиконы, уретаны);
• тепловое отверждение (эпоксиды);

Проведение предварительной подготовки поверхностей является необходимым условием для достижения наилучших результатов склейки. Прочность склейки в значительной степени определяется адгезией между соединяемыми поверхностями и клеем. Очень важно понимать, что клеевые соединения обретают тем большую прочность, чем полнее и тщательнее проводится предварительная очистка. Конкретные рекомендации по применению ультрафиолетоотверждаемых клеев зависят от производителя клея и типов склеиваемых поверхностей. Из общих рекомендаций можно отметить:

• Необходимо помнить, что клеи относятся к группе слаботоксичных веществ. При попадании, клей раздражает глаза и кожу. По этому, при попадании в глаза, немедленно ополоснуть водой и обратиться к врачу. При попадании на кожу, полностью промыть водой с мылом. Рекомендуется, по возможности, применять защитные перчатки.
• Ультрафиолетовое излучение является опасным для человека. Необходимо применять специальные защитные очки, по возможности ограничивать время работы с УФ излучением.
• Соблюдать технологию использования клеев:
  1. поверхности сопрягаемых материалов должны иметь хорошую плоскосность и, желательно, полированную поверхность, для получения хороших результатов.
  2. поверхности должны быть абсолютно чистыми от жира и сухими.
  3. для очистки используется чистая не лохматящуюся ткань и очистители для стекла.
  4. различные производители предлагают использовать специальные вещества (праймеры) для дополнительной подготовки поверхности.
  5. перед склейкой поверхности деталей должны быть прогреты, с целью испарения остатков влаги. Для этого используется промышленный фен.
  6. шов не должен содержать пузырьков. Клей должен наноситься на всю площадь склеиваемой поверхности с избытком.
  7. более тонкий слой клея — обладает большей прочностью.
  8. Для отверждения клея необходимо использовать ультрафиолетовые лампы только подходящего диапазона. Чаще всего это лампы с диапазоном длин волн от 315 до 420 нм.
  9. Лампа должна располагаться на минимальном расстоянии от поверхности.

Технологический процесс склеивания

Процесс склеивания можно описать следующей последовательностью действий:

1. Подготовка поверхности материалов к склеиванию
   1. Механическое удаление загрязнений поверхности
   2. Предварительная очистка поверхности очистителем
   3. Окончательная очистка поверхности спиртами или ацетонами (зависит от производителя клея)
   4. При необходимости — нанесение праймеров (веществ для улучшения адгезии и долговечности склейки)
   5. Прогревание поверхности склеиваемых деталей (не выше 40^oС) (зависит от производителя клея)
2. Нанесение клея на поверхность деталей
   1. Клей наносится на поверхность одной из деталей. Необходимо стремиться, к тому, чтобы толщина слоя клея была минимальной, но, при этом, клей должен быть нанесен на всю поверхность склеиваемых деталей
   2. Обеспечивается отсутствие пузырьков воздуха в клеевом соединении
   3. Обеспечивается точное позиционирование деталей
3. Предварительная фиксация
   1. УФ лампа располагается на минимальном расстоянии от шва
   2. Предварительная фиксация происходит в течении 2—20 с (в зависимости от производителя клея, мощности лампы, толщины и тона стекла)
   3. Очистка соединения от излишков клея. Для удаления остатков клея используется стальную вату и скребки.
4. Окончательная фиксация клеевого соединения происходит в течении 2 — 20 минут (в зависимости от производителя клея, мощности лампы, толщины и тона стекла)
5. «Отпуск» изделия (15—30 часов). Выдержка изделия при комнатной температуре без нагрузки. Все указанные данные относятся к прозрачному силикатному стеклу. Другие типы стекол либо имеют ограничения, либо вообще не могут быть склеены. Наиболее приемлемым металлом является нержавеющая сталь.

Отметим, что, технология применения УФ клеев потребует от Вас определенных затрат на организацию производства (участка), обучение персонала, приобретение или изготовления дополнительной технологической оснастки. Применение клеевых соединений накладывает определенные условия на этап проектирования изделий и, не исключено, дизайнерской разработки.