Клеевое соединение

Вязкость  клея должна быть определена с учетом структуры склеиваемой поверхности. Для более рыхлых материалов применяют  более низковязкие клеи, для плотных  материалов вязкость клея должна быть увеличена. Для каждого материала и конкретного полимерного сырья вязкость клея подбирает экспериментальным путем лаборатория обувной фабрики. Обычновязкость определяют в секундах с помощью вискозиметра Хетчинсона по скорости погружения поплавкового прибора определенных размеров и массы в клей при комнатной температуре.

Оптимальная вязкость клеев: полихлоропренового при концентрации 18-20% —0,7-1,2 с.; при концентрации 23-25 %—1,5-3 с.; полиуретанового—3-3,5 с.

Чрезмерно большая вязкость клея при  его нанесении вызывает адгезионное разрушение клеевого соединения, т.е. отслоение пленки клея от склеиваемого материала.

Особое  внимание должно быть уделено контролю и регулированию вязкости при  нанесении клеев-расплавов. Вязкость клеев-расплавов зависит от температуры  нанесения, вязкость горячего расплава определяет его технологическую  приемлемость и должна обеспечивать бесперебойную работу оборудования, осуществляющего его нанесение. Технологическая лаборатория фабрики  должна опытным путем подбирать  оптимальные температуры нанесения клеев-расплавов, обеспечивающие максимальную прочность склеивания и бесперебойную работу клееподающих механизмов.

Вязкость  клеев-растворов тесно связана  с концентрацией клея, характеризующей количество полимера, растворенного в растворителе. Концентрация обувных клеев колеблется от 20 до 25 %, при двухразовом нанесении первый раз применяют клей 10- или 12 %-й концентрации. Первый раз наносят клей пониженной концентрации для более глубокого проникания его в макроструктуру кожи и ее уплотнения, создания как бы пропитывающего грунта.

Разрушение склеек частично по пленке клея и частичное отслоение от склеиваемого материала (частично адгезионное, частично когезионное по адгезиву разрушение) свидетельствует о малом количестве клея на склеиваемых материалах (т.е. о низкой концентрации клея) или неравномерном распределении клея по склеиваемой поверхности (это может быть вызвано плохим качеством абразивной обработки поверхностей).

На прочность  клеевого шва влияет и толщина клеевой пленки. Это обусловлено изменением деформационной способности клеевого соединения в зависимости от деформационных свойств его элементов. В каждом конкретном случае имеется определенный оптимум толщины клеевой пленки. Лучшую деформационную способность проявляют клеевые соединения при толщине пленки полихлоропренового клея 0,2—0,4 мм.

Клеи-растворы на затяжную кромку обуви  наносят преимущественно вручную  круглыми кистями из конского волоса. Операция трудоемкая, характеризуется низкими санитарно-гигиеническими условиями. Механизированное нанесение клея на затяжную кромку заготовки обуви осуществляется на автомате АН-4-О, входящем в состав полуавтоматической линии ПЛК-О. Клей наносится по всему периметру затяжной кромки методом печатания. Рабочими клееподающими органами являются пуансоны, представляющие собой подпружиненные клавиши, установленные по профилю следа колодки. Недостатком нанесения клея методом печатания является обработка ограниченного числа смежных размеров обуви одного фасона (четыре—шесть размеров). Механизированное нанесение клея-раствора на затяжную кромку затянутой обуви осуществляется на машинах модели 721 фирмы «Сигма» (Италия) и модели 7 фирмы БУСМК (Великобритания). Затянутая обувь подается вручную к клееподающему устройству, обувь перемещается полимерным валиком с постоянной скоростью. Клей подается под давлением через систему сопел, состоящих из дюралюминиевых   трубок диаметром  2—2,2   мм. Все клеенаносящие средства   (сопла,   щетки) во время останова машины должны   погружаться в  резервуар с  растворителем, чтобы клей не  затвердевал    внутри    клееподающей системы. Машина НКП-О для нанесения клея по периметру подошвы и других деталей низа имеет производительность 2400 пар в смену.

Для нанесения  клея на плоские подошвы различного профиля и толщины можно использовать клеенаносящие машины 264 фирмы «Ральфс» (Великобритания), 05154/Р1 фирмы «Свит», 1016 фирмы «Гестика» (Германия).

Наибольший  интерес представляет машина 1075 фирмы  «Гестика: клей наносится по контуру не только плоских, но и формованных подошв с каблуком, с бортиком по всему периметру. Подошва при этом служит самокопиром.

3.2.3  Сушка и активация клеевых пленок

Нанесение клеев в виде растворов полимеров  обусловливает необходимость процессов  сушки для удаления растворителя из клеевых пленок. Нанесение клеевой  пленки из расплава (например, наиритового каучука) невозможно из-за высокой вязкости и низкой температуры термического распада каучука. Каучук необходимо перевести в вязкотекучее состояние путем растворения в органических растворителях, сформировать клеевую пленку из раствора и затем ее высушить. Таким образом, растворитель играет вспомогательную роль и должен быть полностью удален при сушке.

В процессе сушки клеевой пленки сначала  происходит интенсивное испарение  растворителя с ее поверхности, возникает  и постоянно увеличивается по толщине плотный слой полимера, затрудняющий диффузию растворителя из внутренних слоев пленки. В результате конечная стадия сушки клеевой пленки протекает медленно и практически не доходит до конца. В клеевой пленке может оставаться до 10 % растворителя. Остаточный растворитель играет отрицательную роль, действуя как пластификатор, ослабляет межмолекулярное взаимодействие и снижает прочность клеевого шва. По возможности необходимо стремиться к наиболее полному удалению растворителя из клеевой пленки.

Наличие остатков растворителя в пленке клея является причиной когезионного разрушения по адгезиву (нужно увеличить время сушки клея, интенсифицировать сушку, например, повысить температуру).

При слишком  быстром испарении растворителя на начальной стадии сушки поверхность  клеевой пленки охлаждается, что  может вызвать конденсацию водяных  паров на ее поверхности и снижение прочности склеивания. Чтобы избежать этого, в раствор клея рекомендуется добавлять менее летучие растворители, например бутилацетат.

При сушке  клеевых пленок в естественных условиях для удаления необходимого количества растворителя требуется 60-90 минут. При  двухразовом нанесении клея продолжительность  сушки после первого нанесения  составляет 5—15 минут, после второго нанесения — 60-90 минут. Резиновые и кожаные подошвы и каблуки с высушенной клеевой пленкой выдерживают в течение суток при температуре окружающей среды. Полиуретановые, поливинилхлоридные и другие подошвы с полиуретановыми клеевыми пленками после сушки должны поступать на операции сборки для приклеивания подошв к верху обуви. Из-за вынужденной пролежки (при переходящем с выходных дней запасе) подошв с клеевыми пленками необходимо их освежать на подошвах или на обеих склеиваемых поверхностях 5 %-м полиуретановым клеем с последующей сушкой в течение 7—10 минут. Освежение полиуретановой клеевой пленки необходимо из-за введения отвердителя (изоцианата) в полиуретановый клей и структурирования (сшивания макромолекул) полиуретана при выдержке подошв с нанесенными клеевыми пленками.

Интенсифицированную сушку обеспечивают радиационный, радиационно-конвективный и инфракрасный способы сушки. Для обеспечения равномерного удаления растворителя по толщине клеевой пленки необходимо, чтобы основная часть лучистой энергии проходила через слой клея и поглощалась подложкой. В этом случае внутренние слои клеевой пленки будут получать дополнительное тепло от подложки, отверждение пленки будет происходить изнутри, что ускорит процесс сушки и сократит количество остаточного растворителя в клеевой пленке.

Для создания такого распределения температуры  внутри клеевой пленки следует применять инфракрасные излучатели с максимумом излучения в области наибольшей пропускной способности клеевой пленки. Наибольшая пропускная способность наиритовых клеевых пленок находится в области длин волн 1,6-2,2 и 4-5 мкм. Диапазону излучения 1,6-2,2 мкм соответствуют излучатели с температурой 1107-1527 °С, а диапазону 4- 5 мкм — 307-447 °С.

Ускоренную  сушку клеевых пленок на затяжной кромке обуви с использованием инфракрасного  излучения можно осуществить на установке ПРКС-О в двух вариантах. По первому варианту (без совмещения с основной сушкой), клей наносится на затяжную кромку после влажно-тепловой фиксации формы обуви,  в течение 5-30 минут клеевые пленки высушиваются при температуре 50-55 °С.  По второму варианту клеевую пленку сушат одновременно с основной сушкой обуви в течение 20-22 минут при температуре 65-70 °С и постоянно работающем вентиляторе, отсасывающем пары растворителя.

При конвективном подводе тепловой энергии клеевые  пленки высушивают в течение 3-4 минут  при скорости движения сушильного агента 3 м/с и температуре 35-45 °С.

Если конвективная или радиационная сушка не совмещается с термоактивацией и детали с клеевыми пленками не направляются на склеивание, необходимы выдержка и охлаждение клеевых пленок до комнатной температуры, чтобы не произошло их самослипание.

В процессе сушки клеевой пленки происходят усадочные явления, это приводит к возникновению в ней внутренних напряжений, которые снижают прочность склеивания. Основная причина появления внутренних напряжений — недеформируемость подложки при формировании клеевой пленки. Скрепленная с материалом клеевая пленка при удалении растворителя может сокращаться только по толщине, а в ней возникают напряжения, обусловливающие сокращения по длине. Для формирований слабонапряженных соединений подбирают оптимальный режим удаления растворителя. Как правило, в условиях естественной сушки клеевой пленки (при комнатной температуре) образуется слабонапряженное клеевое соединение, так как успевают произойти релаксационные процессы при медленном удалении растворителя. Кроме того, при медленном испарении растворителя на поверхности клеевой пленки не образуются затвердевшие слои, препятствующие удалению остаточного растворителя.

По окончании  сушки вследствие удаления растворителя клеевая пленка переходит из вязкотекучего состояния в высокоэластическое и теряет аутогезионные свойства. Для более полного контакта между клеевыми пленками при соединении деталей под прессом необходимо, чтобы макромолекулы полимера клеевых пленок приобрели кинетическую подвижность. Эта подвижность может быть достигнута переводом клеевых пленок из высокоэластического состояния в вязко-текучее посредством тепловой активации или освежения растворителем.

Тепловая активация  клеевых пленок вызывает взаимную диффузию макромолекул или их сегментов в граничных слоях контактирующих пленок при наложении склеиваемых поверхностей и последующем прессовании деталей. Охлаждение и кристаллизация клеевых пленок под прессом обеспечивают высокую прочность клеевого соединения.

Тепловая  активация клеевых пленок осуществляется термоактиваторами различных конструкций, тепло генерируется ТЭНами. Температура активации измеряется техническим термометром со шкалой деления до 150 °С, установленным на уровне клеевой пленки. Продолжительность активации определяется временем, в течение которого клеевая пленка находится под действием постоянной температуры — температуры активации. Время нагревания клеевой пленки до температуры активации при определении продолжительности активации не учитывается.  

Наиболее  целесообразно активировать клеевые  пленки методом теплового удара  в термоактиваторе ТА-О, т. е. путем быстрого облучения поверхности пленок при высокой температуре. При таком режиме активации клеевая пленка расплавляется, а деталь, на которую она нанесена, остается холодной. При отсутствии прогрева самих деталей, в частности подошв, уменьшается возможность их деформирования и вылегания неровностей следа обуви при прессовании. Меньшее количество тепла, аккумулированного склеиваемыми деталями, позволяет сократить время прессования, так как быстрее завершится охлаждение и кристаллизация клеевой пленки. Если в процессе активации детали обуви сильно нагреваются, они легко деформируются, теряют форму при прессовании, а клеевая пленка не успевает охладиться за короткое время прессования. После извлечения из пресса клеевая пленка будет сохранять пластические свойства, что приведет к нарушению клеевого шва и местному отклеиванию. Исходя из требования нагревать только клеевые пленки, целесообразно применять инфракрасные излучатели с максимумом излучения в области наибольшего поглощения ИК-лучей клеевыми пленками. Этому отвечают ИК-лучи при длине волны 1-3,43 мкм.

Наряду  с автономными активаторами выпускают  термоактиваторы проходного типа с выдвижным суппортом. Температура регулируется терморегуляторами с точностью ± (1-2) °С. Время выдержки при нагревании обеспечивает реле времени с точностью ±1 с или определяется скоростью движения конвейера.

При активации  клеевых пленок органическими растворителями полимер набухает и переходит в вязкотекучее состояние, необходимое при совмещении пленок под прессом. Однако этот метод активации увеличивает время прессования до 10 мин. Активация клеевых пленок органическими растворителями широкого распространения не получила. Она целесообразна для нитроцеллюлозного и перхлорвинилового клеев, применение которых ограничено, так как они не являются быстросхватывающими и не могут обеспечить требуемую производительность труда на операциях склеивания. 

Режимы активации клеевых  пленок: