Клеи, адгезия, технология склеивания
Склеивание вот уже на протяжении нескольких последних десятилетий остается одним из наиболее прогрессивных методов образования соединений деталей из металлов и неметаллов в различных отраслях машиностроения, электронике, аппаратостроении, производстве упаковки, бытовой техники, строительстве и т. д.
Вспоминаются времена, когда практически любая по своему объему, тематическим акцентам, тиражу
книга, в названии которой и в ее содержании встречались слова «адгезия», «клей», «склеивание» моментально расходилась среди жаждущих знаний и новых сведений специалистов. Природа адгезии, регулирование силы адгезии были и остаются в центре внимания специалистов, занимающихся композиционными материалами и нанесением защитных покрытий. Многие ответы на проблемы в своих областях они находили в литературе по клеям и склеиванию. Начавшийся подъем промышленного производства требует повышения квалификации и обучения технических работников в области передовых технологий, к каким, несомненно, относится клеевая сборка.
При подготовке кадров необходимо опираться не только на отечественные, но и на передовые зарубежные опыт и знания, особенно в областях, уровень развития которых требуется повышать. В связи с этим выход на русском языке третьего издания книги А. Поциуса «Клеи, адгезия, технология склеивания» можно считать актуальным. Устранению мешающего развитию бизнеса дефицита квалифицированных кадров способствует также самообразование. А для его осуществления требуется литература, которая может служить учебным пособием. К таким пособиям относится предлагаемая книга. Поскольку автор очень широко использовал результаты исследований и публикации в научных журналах большого числа преимущественно зарубежных авторов, книгу можно считать отражающей передовой западный опыт.
Вероятно, многим отечественным читателям фамилия автора книги покажется малоизвестной. Но
ведь и Дж. Бикерман, иА. Кинлох, иЛ. Димтер, иВ. А. Лиз, и И. И. Скейст и другие зарубежные авторы
многим стали, наверное, известны после перевода на русский язык их статей или книг.
Уже при ознакомлении с оглавлением можно обнаружить, что план книги достаточно оригинален, хотя все главы по отдельности логичны и как бы вытекают из самого названия книги. Заслуживает внимания
читателей то обстоятельство, что такое солидное издательство, каким является Carl Hanser Verlag, выпустило эту книгу американского автора на английском языке.
Оценивая место своей книги среди других изданий, автор сам в своем предисловии определил, что она
является введением в науку об адгезии. И в заглавии книги есть слово «введение» (An Introduction). Относительно места отдельных разделов, касающихся клеев, склеивания и клеевых соединений, он умалчивает. Но, несмотря на это, можно признать, что представленный в ней материал является хорошим дополнением к изданиям отечественных авторов. Польза книги видится и в том, что она может служить базой в совершенствовании уровня книжных отечественных изданий по рассматриваемой тематике.
Нельзя сказать, что отечественная книгоиздательская деятельность не уделяла внимания выпуску
книг по проблемам, затронутым в книге А. Поциуса. Но этой литературы было недостаточно и в
части содержания, и в части желания читателей познакомиться с работой нового автора (авторского
коллектива). Возникает также вопрос, в какой части эта книга дополняет ранее изданные в России?
Краткий ответ может быть следующим. Хотя первая глава книги не отражает современного состояния
вопросов, затронутых в ней, но представляет интерес с методологической точки зрения, показывая, в
каком плане можно излагать материал по развивающейся отрасли технической науки.
Вторая глава подтверждает оригинальность стиля и содержания книги. В ней приведен анализ механических свойств, которые отражаются на поведении клеевых соединений. И вообще подход к прочности клеевых соединений с позиций механики разрушения типичен для автора книги.
В русскоязычных аналогичных изданиях так подробно, как в главе 3 книги, не рассматривались методы
испытания клеевых соединений при различных видах нагружения и материалов на основе клеев, отраженных в стандартах США. В главе дополнительно к описания основных видов образцов адгезионных соединений и хем нагружения дается анализ напряженного состояния в них.
Достаточно подробное описание научных положений о межмолекулярном взаимодействии, поверхностных явлений и методов оценки свойств поверхностей в главе 4 предшествует изложению основных гипотез о причинах адгезии и факторах, влияющих на силу адгезии, представленному в главе 6. Такое многообразие затронутых в главах 4 и 6 положений, важных для понимания происходящих при формировании адгезионных соединений процессов и управления на практике последними, в русскоязычных аналогичных книжных изданиях, пожалуй, встречается впервые. Не забыты соединения разнородных полимеров с применением промежуточных слоев, названных автором клеями, из блоксополимеров, механизм заполнения пор, химические взаимодействия, слабые граничные слои. Упоминаются исследователи, внесшие заметный вклад в развитие науки об адгезии и поверхностных явлениях. Отечественным специалистам, желающим проследить, как развивалась научная мысль в учении об адгезии, интересно будет обратиться к приведенным в указанных разделах литературным источникам. Вместе с тем автор книги по всей вероятности не знаком с приоритетными работами российских исследователей, на которые нет ссылок в списке литературы, по соединениям разнородных полимеров с применением различных принципов, по химическому соединению полимеров.
С целью, видимо, не загромождать главы, в которых приводятся сведения о поведении полимерных клеевых слоев в соединениях, автор вынес в отдельную главу 5 рассмотрение некоторых общих свойств полимеров, прежде
всего информацию о температурных переходах в них и о динамических механических свойствах. В этой
главе автор уделил много внимания терминам и понятиям, что и делает книгу интересной для обучающихся.
Из операций технологического процесса склеивания в книге наибольшее внимание уделено, пожалуй, основной из них — подготовке соединяемых поверхностей полимерных материалов (ПМ) и металлов. Об обработке поверхностей ПМ можно было бы написать в значительно большем объеме. Но и в представленном виде раздел 7.2 вызовет большой интерес не только специалистов, занимающихся склеиванием. В нем говорится об основных достаточно известных физических и химических методах обработки поверхностей, но которые в таком компактном описании в русскоязычной литературе не встречаются. Даются также сведения о некоторых новых для отечественных читателей технологиях. К последним можно отнести, например, грунтование полиолефинов перед склеиванием цианакрилатными клеями, обработку УФ лазерным излучением. Из методов обработки металлов больше всего кратко говорится об анодировании алюминия.
Состав и свойства клеев и их выбор освещены в заключительных главах книги.
Поскольку литература о клеях, в том числе и книги, периодически выпускалась российскими издательствами, читателям будет интересно обнаружить, что предлагаемая книга существенно дополняет известные преимущественно в общем виде данные о составе, свойствах и применении полимерных клеев. В ней полнее приводятся принципиальные составы клеев и подробно даются химические формулы компонентов и реакции отверждения основ клеев. Большое внимание уделено модифицированию основ клеев с целью придания необходимых технологических и/или эксплуатационных свойств клеев или материалов на их основе. Эффекты в повышении механических свойств клеевых слоев объяснены преимущественно с позиций механики разрушения, с чем важно познакомиться отечественному читателю, который иногда сталкивается с толкованием различных
результатов исследований с позиций лишь адгезионной прочности. Очень подробно рассматриваются
составы и свойства липких клеев и лент, природа липкости, взаимосвязь липкости и вязкоупругости, методы испытания липких клеев. Подобного описания в отечественной литературе до сих пор не проводилось. В списке литературы к главе 10 приведены ссылки на первые патенты, выданные на составы клеев, а в самом тексте указаны авторы, первыми сделавшими те или иные предложения по усовершенствованию рецептур клеев.
В конце почти каждой главы автор приводит перечень проблемных вопросов и заданий для самоконтроля читателем понимания содержания книги. В этой части книга может быть полезна студентам и специалистам, самостоятельно осваивающим науку о клеях и склеивании.
В главе 13 автор при описании методологии выбора клея кратко анализирует весь комплекс его свойств
и характеристик материала клеевого слоя и клеевого соединения в целом, обеспечивающих достижение требуемых параметров изделия с учетом природы соединяемых материалов, условий и оснащения производства и экономических факторов.
По сравнению со 2-м изданием в 3-м появились новые главы, сделавшие книгу еще более полной с
точки зрения вопросов теории и практики адгезии. Новая, небольшая по объему, глава 9 посвящена
вопросам долговечности соединения конструкционными клеями. Для практиков интерес представляют
экспериментальные данные по изменению прочности при сдвиге нахлесточных клеевых соединений
образцов из алюминия после их выдержки в сухом или влажном климате Австралии при повышенной
температуре, в свободном состоянии или под нагрузкой 20% от предельной величины в диапазоне
до шести лет. Соединения были выполнены типовыми эпоксидно-новолачным, эпоксидно-полиамидным (двухупаковочным), эпоксидно-фенольным, феноло-нитрильным и феноло-ацетальным клеями.
В главе 12, посвященной адгезии в биологических системах, наибольший интерес представляют результаты по искусственному созданию поверхностей, аналогичных поверхности на лапках ящерицы геккона.
При работе над переводом пришлось несколько изменить терминологию автора, сделав ее более
узнаваемой отечественными читателями. Основное изменение коснулось термина «клей» в уже собранном соединении. Если речь идет о материале клея после завершения процесса склеивания, термин «клей» в переводе изменен на термин «клеевой слой» или «материал клеевого слоя».
Научный редактор перевода профессор, доктор технических наук Г. В. Комаров
Предисловие
Наука об адгезии представляет собой обширную область знаний, которая относится как к технике, так и
к физической и органической химии. Многопрофильность этой области знаний, вероятно, является причиной того, что лишь малое число книг на эту тему написано авторами в одиночку. Обычно литература, посвященная этой теме, представляет собой пособия, монографии или другие сборники работ различных авторов. В настоящей книге я предпринял попытку представить широкий взгляд на данную науку, используя собственный особый подход, который постепенно подводит читателя к полному представлению о данной отрасли. В эту книгу также включены задания для студентов для проработки и понимания информации, представленной в тексте.
Большая часть книги написана с учетом того, что читатель владеет основами органической и физической химии, но практически не знаком с наукой об адгезии. Материал в книге также представлен таким образом, чтобы читатель, обладающий даже небольшими познаниями в данной области, смог усвоить некоторую информацию об адгезии. Таким образом, акцент делается на понимании науки об адгезии в целом, а не на полном и подробном описании какого-либо одного раздела данной науки. Была предпринята попытка описать основные положения терминами и примерами, по возможности без использования сложного математического аппарата, который включен лишь в те разделы книги, где он по-настоящему необходим для более подробного представления. Каждый раздел или глава начинаются с простого обзора рассматриваемого вопроса, что позволяет получить самые начальные представления.
Затем читателю, который является или стремится быть специалистом в области технологии и науки об
адгезии, предлагается более подробное представление рассматриваемой проблемы. Во многих разделах книги также приведены практические советы о том, какие методы испытаний могут быть использованы, каким образом могут быть модифицированы поверхности и применение каких рецептур клеев может привести к получению приемлемых результатов. В третье издание книги включен также ряд новых тем, например рассматриваются долговечность соединений конструкционных клеев и явления адгезии в биологических системах. Автор хотел представить полный вводный курс для каждой области, которая относится к науке об адгезии, независимо от уровня технического образования читателя. Поскольку развитие науки происходит постоянно, изменяется и наше восприятие естественных явлений. В данной книге также обсуждаются новые аспекты понимания науки об адгезии, в частности, связи между фундаментальными представлениями об адгезии и практической прочностью клеевых соединений.
Я хотел бы выразить благодарность некоторым специалистам фирмы «3M», которые помогли мне при написании этой книги и оказали поддержку в проведении моих исследований в данной области. Я благодарен таким специалистам, как Сэм Смит, Билл Шульц, Дейв Вэнгснесс, Тед Валентайн, Брайан Смилли, Дик Хартшорн, Дон Тейссен, Джордж Аллен, Том Саверейд, Морган Тамски, Ларри Клеменс, Рик Ньювелл, Майк Энджел, Илья Городишер, Крис Кэмпбелл, Жонг Чен и Терри Смит. Без их благожелательного отношения и поддержки у меня не было бы возможности пройти весь путь, необходимый для подготовки этой книги к изданию. Я также хочу выразить признательность покойному профессору Бобу Кузеру из Колледжа Нокс (Knox College), который помог мне определиться и специализироваться в области физической химии.
А. Поциус
Заказать книгу>>>