Ugrás a tartalomhoz

Finommechanikai elemek

Dr. Halmai Attila (2012)

EDUTUS Főiskola

Ragasztások

Ragasztások

A ragasztási technológia több ezer éves múltra tekinthet vissza (már az ókori Kínában használták az enyvet és a lakkot), de igazi sikert csak a szintetikus polimerek megjelenését követően ért el (1953 − anaerób anyagok felfedezése). Ma már az élet minden területén találkozunk ragasztott tárgyakkal, napjainkra a ragasztás sok területen nélkülözhetetlen technológiai műveletté vált.

A ragasztás az anyaggal záró nem oldható (korlátozottan oldható) kötések csoportjába sorolható. A ragasztás legnagyobb előnye a forrasztáshoz és a hegesztéshez képest, hogy nem éri hőterhelés a munkadarabot. A ragasztóanyag a kötésben rezgéscsillapító, jó szigetelő, zajcsökkentő hatásokat fejt ki, ezzel szemben viszonylag kicsi a terhelhetősége, és alkalmazásánál nagy technológiai körültekintéssel kell eljárni.

A ragasztás elmélete

A ragasztás sok tekintetben hasonló a forrasztáshoz, mert itt is fontos a felületek tisztasága és a jó nedvesítési viszonyok biztosítása.

A jó ragasztókötés-szilárdság kialakulásának alapvető feltételei a következők:

  • A ragasztandó anyagfelület ragasztóanyag általi nedvesítése. Ennek előfeltételei: 1. a ragasztandó anyag és a ragasztóanyag megfelelő felületi energiaviszonyainak megválasztása, ill. kialakítása, 2. a ragasztó folyékony halmazállapota.

  • A nedvesítést követően a ragasztandó anyag és a ragasztó között kialakuló kölcsönhatások rögzítése, vagyis a kötésszilárdítás.

Nedvesítés és szétterülés:

A kötésszilárdság egyik legfontosabb eleme, hogy a ragasztóanyag nedvesítse a ragasztandó alapanyagot. Ebben a tekintetben csak megismételni lehet a forrasztásnál elmondottakat. A ragasztás forrasztással való rokonságát az is mutatja, hogy itt is a nedvesítési szög lesz jellemző a nedvesítési folyamatra. Az alábbi, 3.3.2.1. ábra ismételten összefoglalja az ott leírtakat.

3.3.2.1. ábra Forrás: BME MOGI

A ragasztott kötés létrejötte

A ragaszthatóság előfeltétele, hogy a ragasztóanyag jól nedvesítése a ragasztandó anyagot (anyagokat), de a jó kötésszilárdsághoz természetesen a ragasztóanyag szilárdulása is szükséges.

A szilárd halmazállapotú kötés kialakulása különböző, fizikai vagy kémiai, illetve vegyes folyamatok eredménye lehet, aminek során a ragasztandó anyag és a ragasztó között kölcsönhatások alakulnak ki, és ezek rögzülnek.

A kötésszilárdság függ:

  • a ragasztandó anyag és a ragasztó anyagi tulajdonságaitól,

  • a ragasztó helyes kiválasztásától,

  • a ragasztás kivitelezésétől (a technológiától).

Ragasztóanyagok

A ragasztóanyagok azok a nemfémes anyagok, amik szilárd anyagok felületét tapadással és saját szilárdságukkal köti össze anélkül, hogy az összekötött anyagok szerkezeti felépítése vagy eredeti tulajdonságai lényegesen megváltoznának. A ragasztott kötésekre általánosan érvényes, hogy vékony ragasztóréteggel nagyobb kötésszilárdság érhető el, mint vastagabb ragasztóréteggel. Ezt mutatja a következő, 3.3.4.1. ábra.

3.3.4.1. ábra Forrás: BME MOGI

A ragasztóanyagok csoportosítása:

1. Természetes eredetű (esetleg csak kissé módosított) ragasztóanyagok:

  • Növényi: pl. cellulóz-észterek, cellulóz-éterek, keményítő, kaucsuk-latex;

  • Állati: pl. kazeinenyv, glutinenyv, véralbumin enyv;

  • Ásványi: pl. üveg, kerámia, bitumen.

2. Szintetikus ragasztóanyagok:

  • Polikondenzációs: pl. fenoplasztok, poliészterek, poliszulfidok, poliamidok;

  • Poliaddíciós: pl. poliuretánok, epoxigyanták;

  • Polimerizációs: pl. epoxigyanták, polibutadién, polisztirol, poliakrilátok, polivinil-acetát.

A ragasztóanyagok felhasználási területei, tulajdonságai

Természetes eredetű ragasztók:

1. Növényi eredetű ragasztók

A növényeket felépítő anyagok és bizonyos fák nedveként nyerhető kaucsuklatex, továbbá egyes növények terméséből kivont makromolekuláris anyagok.

Cellulózszármazékok:

A cellulóz az egyik legfontosabb, a földön legnagyobb mennyiségben előforduló makromolekulájú anyag. A növényi sejtfal építőanyaga. Ebből készülnek különféle eljárásokkal a cellulóz-észterek, a cellulóz-nitrátok, a cellulóz-acetát, a cellulóz-éterek, az etil-cellulóz, a benzil-cellulóz.

Keményítő:

A keményítő már az ókorban is ismert és használt anyag volt. Ipari méretű felhasználása a 19. században a textil-, papír-, majd az élelmiszeriparban kezdődött. A keményítő a növények belsejében bioszintézissel képződik.

Kaucsuklatex:

A vadon termő növények között több olyan található, amely latexet ad, napjainkra azonban egyeduralkodóvá vált a Hevea Brasiliensis, ami eredetileg Brazíliában, az Amazonas menti őserdőkben honos. A legnagyobb ültetvények jelenleg Délkelet-Ázsiában vannak, ezek adják a világ összes természetes kaucsuktermésének 90%-át.

2. Állati eredetű ragasztók

Az állati eredetű ragasztóanyagok, az enyvek lényegében vízoldható fehérjék, amelyek az állati szervezetben bioszintézissel képződnek. Alapvegyületeik az α-aminosavak.

Kazeinenyv:

A kazein a tej fehérjéinek egyike. Ragasztási célokra porformában kerül forgalomba. Ezt vízbe keverve lehet feldolgozni. A száraz meleget 70 °C-ig tűri, azonban gőz hatására a ragasztókötés elveszti szilárdságát és hajlamos a bomlásra.

Glutinenyv:

A glutinenyv egyike a legrégebben ismert és felhasznált ragasztóanyagoknak. Az egyiptomiak már i. e. 2000-ben is használták. Állati eredetű, kollagéntartalmú nyersanyagokból nyerik. A glutinenyvek körül ma a bőr- és csontenyv jelentős. Minthogy a glutinenyv porózus, nedvszívó anyagok (fa, papír, bőr, textíliák) ragasztására használják. A glutinenyves ragasztókötések majdnem minden szerves oldószerrel szemben ellenállóak. A glutinenyvet a csiszolóvászon- és csiszolókorong-gyártásban kötőanyagként használják.

3. Ásványi eredetű ragasztók

Az ásványi eredetű ragasztók lehetnek szervesek vagy szervetlenek. Rendszerint kémiai vagy fizikai folyamatok segítségével állítják elő.

Üvegömledék-ragasztók:

Hő és tűzálló fémkötések kialakítására alkalmazható. Rozsdamentes acél ragasztására is alkalmazható.

Az üvegragasztó hátrányai:

  • szobahőmérsékleten törékeny,

  • hőtágulása kicsi,

  • a ragasztás általában magas hőmérsékleten végezhető,

  • a fémfelület előkészítése igen bonyolult.

Kerámiaragasztók:

Kerámia alapú ragasztók általában alkáli-szilikátok, alumínium-foszfátok és hasonló vegyületek, az üvegnél általánosabban használhatók hőálló kötések kialakítására.

Az üvegömledék-ragasztókkal szembeni előnyei:

  • mechanikai szilárdságuk szobahőmérsékleten nagyobb,

  • hőtágulásuk nagyobb,

  • folyási tulajdonságaik jobbak, feldolgozásuk és használhatósági hőmérsékletük a kerámiával gyakorlatilag azonos, az üvegnél 150 °C-nál nagyobb.

A kerámiaragasztók alkalmazhatóak:

  • fa ragasztására, olcsó furnérlemezekhez,

  • fémek, pl. réz- és alumíniumfóliák papírhoz ragasztására,

  • üveg üveghez, bőrhöz, porcelánhoz ragasztására,

  • optikai üvegek, törhetetlen üvegek gyártására,

  • kályhák, kazánok, bojlerek hőálló ragasztójaként,

  • öntvények, brikett és csiszolókorongok gyártásához.

Bitumen:

A bitumen zömében szénhidrogénekből álló, oxigéntartalmú szerves vegyületeket is tartalmazó, sötét színű, amorf anyag. Alkalmazása kis szilárdsági igényű ragasztáshoz előnyös, ahol több évtizedes tartósság szükséges. Felhasználják épületaljzatok, út- és hídburkolatok kötőanyagaként.

Szintetikus ragasztók

Fenoplasztok:

Az első szintetikus polimer a fenol-formaldehind gyanta volt, amelyet ugyan a Bayer már 1872-ben előállított, de ipari alkalmazásra alkalmassá Leo Hendrik Baekeland (1863−1944) tette 1907-ben. A terméket bakelitnek nevezték el.

Aminopalsztok:

Az aminoplasztokat különböző aminovegyületek és formaldehid polikondenzációjával állítják elő. Az aminoplasztok legnagyobb mennyiségű, legfontosabb felhasználási formái kötőanyagok, ragasztók, lakkok.

Poliamidok:

Legfontosabb felhasználási területük a szintetikusszál-gyártás. Nagy szilárdságuk és ütésállóságuk alapján tartós gépalkatrészek (pl. csapágyak) gyártására kiválóan alkalmas. Ragasztóként is nagy jelentőségűek. A lineáris poliamidok általánosan használt ömledékragasztók.

Felhasználásuk széles körű:

  • a cipőiparban szélbehajtó, fára foglaló ragasztó,

  • a járműiparban fém-fém kötések ragasztói,

  • a papír- és csomagolóiparban rétegelt papírok gyártására használják,

  • a fafeldolgozó iparban szerkezeti faragasztó.

Poliuretánok:

Az egykomponensű PUR- (poliuretán) oldatok alkalmasak textíliák, bőr, fa, papír ragasztására.

A poliuretánragasztók használata kiterjed:

  • textil-textil,

  • textil-polimer,

  • alumíniumfólia-polimer,

  • szegecsek-csavarok rögzítésére,

  • fém-fém elemek ragasztására.

Epoxigyanták:

Ezek általában két komponensből állnak, a két komponenst a felhasználás előtt a gyártó által megadott arányban kell összekeverni. A két komponens összekeverése következtében jön létre a polimerizáció, a ragasztóanyag szilárdulása. Ennek ideje különböző lehet, néhány perctől több óráig tarthat. A polimerizációs folyamat hőkezeléssel gyorsítható, sőt, ilyenkor a kötésszilárdság és a kötés ellenálló képessége is kismértékben növekszik. Az összekevert, de bizonyos időn belül fel nem használt epoxigyanta kárba vész. Az epoxigyanták felhasználása ragasztóként igen széles körű, mivel e területen számos előnyük van:

  • felületaktívak, ezért a legkülönbözőbb anyagokat is jól nedvesítik,

  • jó adhéziós tulajdonságaikon túl magas a kohéziós szilárdságuk,

  • a kötés során illékony anyag nem keletkezik,

  • zsugorodásuk kicsi.

Felhasználhatók a legkülönbözőbb anyagok: fémek, kerámia, porcelán, fa, különböző polimerek ragasztására az alábbi területeken:

  • a repülőgépgyártásban,

  • az autóiparban,

  • az elektromos és elektronikai iparban,

  • az építőiparban

  • a fa- és bútoriparban,

  • hajótestépítésben.

Poliakrilátok:

A poliakrilátok közül a legismertebbek a ciano-akrilátok, ezeket a mindennapi életben pillanatragasztóknak nevezzük.

A ciano-akrilát alkalmazásának előnyei:

  • móltömege kicsi, viszkozitása alacsony,

  • nincs szükség több komponens összekeverésére,

  • a polimerizáció sebessége rendkívül gyors (néhány másodperc),

  • a legtöbb ragasztandó anyag felületét jól nedvesíti,

  • UV-fénnyel is kiválóan térhálósítható,

  • a kötés szorítónyomást igényel

A ragasztás technológiája

A ragasztó kiválasztásához nem elegendő a ragasztandó anyag és a ragasztott kötéssel szemben támasztott néhány fontosabb követelmény ismerete, a jó ragasztó kiválasztásához a teljes ragasztási technológia részleteinek rögzítése, pl. ragasztandó anyag fizikai tulajdonságai, felületi jellemzői, a ragasztó kémiai jellemzői, a ragasztás módja, eszközei, kötésszilárdítás, szilárdsági igények, vegyszerállóság-, élettartamigények ismerete is szükséges.

A ragasztó előkészítése és felhordása

Klasszikus értelemben a ragasztó előkészítése alatt a komponensek üzemi hőmérsékletre való temperálása, összemérése és keveréssel történő homogenizálása, valamint viszkozitásának beállítása értendő. A ragasztókompozíció előkészítését követően következhet a ragasztó felhordása a ragasztandó felületekre. A felhordás módja lehet kézi vagy gépi, szakaszos vagy folyamatos, pontszerű, csíkos vagy teljes felületű. A felhordás módja függ a ragasztó halmazállapotától és egyéb tulajdonságaitól.

Fémek ragasztása

A finommechanikai építőelemek, csatlakozások, műszeregységek összekötése ragasztással sok esetben előnyösebb, mint fém kötőelemekkel. Ennek elsősorban az az oka, hogy a finommechanikában a kis méretek miatt rendszerint nem, vagy alig kell számolnunk a szerkezeti elemek saját súlyával.

Fém felületek előkészítése:

  • tisztítás, zsírtalanítás: vizes vagy oldószeres,

  • mechanikai: csiszolás, kefélés, homokszórás,

  • kémiai: savas, bázikus,

  • elektrokémiai.

A fémek ragasztásánál legnagyobb szerepe az epoxigyanta alapú ragasztóknak, ezek módosított változatainak és a módosított fenoplaszt bázisú kombinációknak van. Kisebb javítású munkákhoz gyakran használnak ciano-akrilát ragasztókat is. Felhasználási területek:

  • fémlemezek ragasztása,

  • gép és finommechanikai építőelemek ragasztása,

  • szerszámgyártás ragasztással,

  • járműipar,

  • repülőgépgyártás,

  • hajógyártás.

Üveg ragasztása

Optikailag korrigált többtagú lencsék, prizmák és tükrök ragasztásánál olyan ragasztóanyagra van szükségünk, ami teljes átlátszóságú és kis vastagságban felvihető. Természetes bázisú optikai ragasztó a fenyőgyantából kinyert kanadabalzsam. Szintetikus ragasztóként a folyékony polimer ragasztók alkalmazhatók. Az optikai ragasztóanyagok törésmutatója 1,5 körüli (3.3.6. és 3.3.7. ábra).

3.3.6.1. ábra Forrás: Hildebrand

3.3.6.2. ábra Forrás: Hildebrand

Papír és műanyagok ragasztása

A ragasztás a kis szilárdsággal rendelkező papír és műanyag alkatrészek ideális finommechanikai kötése. A 3.3.7. ábrán egy dinamikus hangszóró lengő részének vázlatos felépítése látható. Az 1. hangszórómembrán csatlakozik a 2. csévetesthez, amit az 5. tekercs hoz mozgásba. A 3. dóm a légrés védelmét és a magas hangok sugárzását szolgálja, míg a 4. membrán a lengőrész egyenesbe vezetéséért és a porvédelemért felelős.

3.3.6.3. ábra Forrás: Hildebrand

Ragasztószalagok

A ragasztószalagok sok esetben igen jó alternatívát kínálnak a drágább és nehézkesebb módszerek kiváltására. A ragasztószalagokat manapság az ipar számos területén használják, például: repülőgépgyártás, elektronika, építő-, nyomda-, autó-, szerelő- és gyáripar. A könnyű felhasználás mellett további előnyt jelent, hogy ragasztószalag használata esetén a ragasztóanyagot nem kell minden használat előtt kikeverni, ami gyorsítja a folyamatot, és csökkenti a szennyezés veszélyét.

A ragasztószalagok felépítése

A ragasztószalagok alapja a viszonylag vékony, hajlékony hátlap (hordozóanyag), amelyhez nyomásérzékeny ragasztóanyag, esetleg lehúzható fedőszalag tartozik. A szalag lehet egy- vagy kétoldalas kivitelű. A legtöbb tiszta, száraz, zsírmentes felülethez odaragad, szobahőmérsékleten maradandó kötést hoz létre, a megadott feltételek betartása mellett nem szárad ki, nem keményedik meg, nem változtatja meg fizikai tulajdonságait.

A ragasztóanyagok fő jellemzői:

  • tapadóképesség (a szalag kezdeti odaragadása),

  • nyírószilárdság (kohéziós erő),

  • adhézió (tartóerő),

  • rétegtartás.

A szalagokhoz használt ragasztóanyagok főbb csoportjai:

1. Kaucsukgyanták: természetes vagy szintetikus eredetűek. Jó a tapadóképességük, különösen jól tapadnak műanyagokhoz. Kevésbé ellenállóak a magas hőmérséklettel, öregedéssel, ultraibolya sugárzással szemben. Általános célú ragasztóanyagokhoz használatosak, −5 és +70 °C között.

2. Akrilgyanták: sokféle felületen alkalmazhatók. A tiszta akrilgyantáknak alacsony vagy közepes a tapadóképességük, a módosított akrilgyantáké jobb, a térhálósított akrilgyantáknak különösen jó a tapadásuk és a nyírószilárdságuk. Az akrilgyanták jól ellenállnak a magas hőmérsékletnek, az ultraibolya sugárzásnak, az öregedésnek, a vegyszereknek, és nagy a végleges adhéziójuk. −40 és +150 °C között használhatók.

3. Szilikonok: szilikonkaucsukok és különleges gyanták keverékei. Széles hőmérsékleti tartományban, −60 és +260 °C között használhatóak. A vegyszereknek nagyon jól ellenállnak, nagy a nyírószilárdságuk (fékbetéteknél is használják), és maradéktalanul eltávolíthatók.

4. Uretánok és fenolgyanták: hőre aktiválódó ragasztóanyagok, jól ellenállnak a vegyszereknek, az ultraibolya sugárzásnak és az öregedésnek. Keményedés után a kötés igen szilárd, lényegében szerkezeti kötés. Fémek összekötésére is kiválóan alkalmasak.

5. Vezetőragasztók: az elektronikai technológiában használják (3.3.7.1. ábra). Vannak olyan változataik is, amik csak vastagságirányban vezetők.

3.3.7.1. ábra Forrás: www.3m.com