– rodzaje i właściwości. Obecnie produkowane konstrukcje pojazdów samochodowych różnią się coraz bardziej od tych sprzed wielu lat. Samochód posiada teraz znacznie więcej elementów składowych. Są one zarazem coraz bardziej zróżnicowane materiałowo. Tak jak w przeszłości znaczna część podzespołów i części wykonywana była z metalu, tak obecnie coraz więcej elementów robionych jest z tworzywa sztucznego. W konstrukcjach pojazdów wykorzystuje się również elementy gumowe, tekstylne oraz szklane.
Każdy ze stosowanych w budowie samochodu materiałów posiada różne własności fizykochemiczne oraz cechy konstrukcyjne. Właściwe funkcjonowanie całego pojazdu wymaga odpowiedniego i trwałego połączenia ze sobą wszystkich elementów. We współczesnych konstrukcjach pojazdów samochodowych dominują ciągle połączenia śrubowe oraz spawane, zgrzewane i nitowane (zwłaszcza w budowie nadwozi). Żadne z tych rodzajów połączeń nie jest doskonałe. Ma swoje zalety, ale również i wady. W ciągu ostatnich kilkunastu lat sporo się jednak w tym zakresie zmieniło. Coraz częściej w samochodach stosuje się różnorodne połączenia z wykorzystaniem odpowiednich klejów. Jest to możliwe dzięki znacznemu postępowi, który nastąpił w dziedzinie nowych technologii w przemyśle chemicznym. Obecnie możliwe jest bowiem opracowanie takich receptur klejów, które spełniają różne, a jednocześnie wysokie wymagania i zapewniają możliwość łączenia różnych materiałów przy zapewnieniu dużej trwałości i niezawodności połączeń, a także ich wytrzymałości na znaczne i różnego rodzaju obciążenia.
Klejenie jest procesem chemicznym łączenia materiałów przy zastosowaniu dodatkowych substancji w postaci kleju. W zachodzącym w trakcie klejenia procesie chemicznym występują dwa zjawiska:
- adhezji – czyli przyczepności kleju do powierzchni łączonych, jest to siła przyciągania łącząca elementy, występująca na powierzchni ich styku;
- kohezji – siły działającej pomiędzy cząsteczkami samego kleju.
Proces łączenia materiałów jest najbardziej skuteczny, gdy siła obu zjawisk, czyli zarówno kohezji, jak i adhezji, są sobie równe.
Połączenia klejone posiadają następujące zalety:
- nie zwiększają masy łączonych elementów,
- posiadają łatwość wykonywania połączenia łączonych elementów o skomplikowanych kształtach,
- tworzą zarazem uszczelnienie, przeciwdziałając zjawisku korozji,
- przenoszą obciążenia na większej powierzchni,
- nie wymagają skomplikowanego przygotowania elementów łączonych związanego ze zmianą kształtu i wymiarów oraz obróbki po wykonaniu połączenia.
Niestety, połączenia klejone posiadają również wady:
- utrudniony demontaż,
- trudność w określeniu wytrzymałości złącza,
- konieczność przygotowania powierzchni elementów łączonych.
Na wybór odpowiedniego kleju do konkretnego rodzaju złącza wpływ ma:
- materiał łączonych elementów,
- szybkość uzyskania utwardzenia,
- lepkość kleju,
- odporność na czujniki zewnętrzne (środowiska pracy i substancje agresywne chemicznie),
- wytrzymałość połączenia,
- odporność na wilgoć i wysoką temperaturę.
Przy konstruowaniu połączeń klejonych trzeba eliminować możliwość występowania naprężeń rozrywających. Połączenia tego typu są bardzo odporne na naprężenia ścinające, lecz ich wytrzymałość na rozrywanie jest niewielka. Na wytrzymałość połączenia klejonego istotny wpływ ma sztywność łączonych elementów i warstwy kleju. Największy wpływ na jakość połączenia klejonego ma odpowiednie przygotowanie powierzchni łączonych materiałów. Prawidłowe przygotowanie powierzchni ma wpływ zarówno na wstępną wytrzymałość złącza, jak również na jego długotrwałą odporność na zewnętrzne czynniki środowiska pracy. Właściwy proces przygotowania powierzchni obejmuje przede wszystkim odtłuszczenie powierzchni i usunięcie wszelkich pokryć, których wytrzymałość może być mniejsza niż wykonywanego połączenia. Ponadto, w przypadku łączenia klejem elementów wykonanych z metalu lub tworzywa sztucznego, proces przygotowania powierzchni obejmuje również zmatowienie powierzchni.
Istotą procesu przygotowania powierzchni przed klejeniem jest zwiększenie ich przyczepności. Połączenia klejone w konstrukcji pojazdów samochodowych mają coraz szersze zastosowanie. Stosuje się je zarówno przy mniej odpowiedzialnych złączach, czyli mocowania napisów i znaków producenta pojazdu na elementach nadwozia, elementów wykończenia wnętrza, listew ozdobnych i innych elementów, jak również do połączeń znacznie bardziej odpowiedzialnych, takich jak szyb czy elementów nadwozia. Współczesne konstrukcje pojazdów samochodowych posiadają również połączenia klejone w różnego rodzaju mechanizmach. Wykorzystuje się je przy połączeniach śrubowych do zabezpieczania przed odkręceniem się elementów łączonych oraz w celu uszczelnienia gwintu.
W konstrukcjach pojazdów samochodowych oraz w technice warsztatowej przy ich obsłudze i naprawie wykorzystywane są następujące rodzaje klejów:
- anaerobowe,
- epoksydowe,
- silikonowe,
- akrylowe,
- utwardzane promieniami UV,
- cyjanoakrylowe.
Kleje anaerobowe są substancjami chemicznymi reagującymi, tzn. utwardzającymi się w atmosferze beztlenowej w miejscu styku dwóch metalowych powierzchni. W konstrukcjach mechanizmów i podzespołów samochodowych używane są w niżej wymienionych zastosowaniach.
- Połączeniach śrubowych do zabezpieczania elementów przed samoodkręcaniem się pod wpływem warunków zewnętrznych, zwłaszcza drgań. Kleje anaerobowe do połączeń śrubowych stosowane są w praktyce jako preparaty o średniej wytrzymałości (w kolorze niebieskim), np. do nakrętek wału korbowego czy korka spustowego oleju oraz o podwyższonej wytrzymałości (w kolorze zielonym) do zabezpieczania śrub i nakrętek, których nie ma potrzeby odkręcania przez cały czas eksploatacji połączenia oraz połączeń narażonych na stosunkowo duże wibracje, czyli np. śruby mocujące silnik czy szpilki głowicy silnika.
- Uszczelnieniach gwintów połączeń hydraulicznych i pneumatycznych. Są one odporne na działanie benzyny, oleju i płynów eksploatacyjnych. Tego typu kleje (w kolorze żółtym) poza uszczelnieniem połączenia zabezpieczają je również przed korozją.
- Mocowanie łożysk, tulei i kół zębatych na wałkach. Przy luzach od 0,05 do 0,12 mm (na stronę) stosowane są kleje bez wypełniacza (w kolorze zielonym), natomiast przy luzach 0,12 do 0,25 mm wykorzystywane są kleje z wypełniaczem (w kolorze srebrnoszarym).
- Klejenie i uszczelnianie połączeń płaskich (powierzchniowych), kołnierzy, obudów przekładni, misek olejowych. W tej grupie występują kleje w kolorach: zielonym – do połączeń łatwo demontowalnych; różowym – do połączeń trudno demontowalnych, czerwonym – do połączeń elastycznych; pomarańczowym – do połączeń szybkoutwardzalnych.
Kleje epoksydowe są klejami dwuskładnikowymi, zawierającymi żywicę i utwardzacz. Połączenia klejone tego typu posiadają znaczną wytrzymałość, lecz nie są elastyczne. W tej grupie preparatów wyróżnić można kleje utwardzane w temperaturze pokojowej (po wymieszaniu obu składników) lub w temperaturze podwyższonej, wymagające podgrzania mieszanki. Znajdują one zastosowanie w technice warsztatowej przy naprawach elementów metalowych, otworów, błędów powstających w procesie wiercenia, klejenia nieznacznych pęknięć bloków, np. silnika czy uzupełnianiu ubytków metali powstałych w wyniku korozji. Tego typu preparaty mogą być po zaschnięciu obrabiane mechanicznie (szlifowane, wiercone, gwintowane). Są bardzo odporne na wysokie temperatury, w związku z tym wykorzystywane są również do uszczelniania układu ssącego i wydechowego. Kleje silikonowe są preparatami, których utwardzenie następuje poprzez reakcję substancji klejącej z wilgocią zawartą w otoczeniu. Wykorzystywane są do klejenia i uszczelniania połączeń elastycznych (uszczelek). Umożliwiają tworzenie spoiny o grubości nawet kilku milimetrów. Są odporne na działanie paliwa, oleju i płynów eksploatacyjnych. W technice warsztatowej wykorzystywane są silikony:
- acetonowe – których składniki nie ulegają do końca spaleniu,
- ketoksymowe – ulegające całkowitemu spaleniu, zalecane przy naprawach elementów silnika z sondą lambda.
Kleje akrylowe (modyfikowane) są substancjami utwardzającymi się w atmosferze beztlenowej, przy kontakcie z aktywatorami. Jeden element w trakcie procesu klejenia pokryty jest klejem, a drugi aktywatorem. Reakcja utwardzenia następuje przy kontakcie obu substancji. Minimalna szerokość powierzchni złącza musi wynosić 5 mm ze względu na konieczność usunięcia tlenu z powierzchni złącza. Kleje utwardzane promieniami UV utwardzane są dopiero przy promieniowaniu ultrafioletowym emitowanym ze specjalnych lamp. Kleje cyjanoakrylowe utwardzają się bardzo szybko. Utwardzenie następuje w chwili przechodzenia pary wodnej pochodzącej z powierzchni łączonych elementów do kleju znajdującego się między nimi. Tego typu kleje stosowane są do łączenia elementów wykonanych z tworzyw sztucznych.
mgr Andrzej Kowalewski
Fot. dzięki uprzejmości Henkel Polska Sp. z o.o.
Komentarze (1)