Клеи – это класс продуктов тонкого химического синтеза, широко используемых в различных отраслях промышленности. Это материалы, образующие тонкую пленку между двумя поверхностями, прочно склеивая их. Клеи обычно состоят из связующего (основной смолы), отвердителя, упрочнителя, разбавителя и модификатора (наполнителя). Они широко используются в упаковке, электронике, строительных материалах, автомобилестроении и транспорте, машиностроении, новой энергетике, здравоохранении, аэрокосмической промышленности и других областях.
Классификация клеев и модификация наполнителями
По химическому составу клеи можно разделить на силиконовые, полиуретановые, эпоксидные, акриловые и синтетические каучуковые.
Модификация различных клеев наполнителями – распространённый и эффективный метод. Наполнители позволяют увеличить объём клея, тем самым снижая затраты. Наполнители также могут решить такие присущие клеям проблемы, как низкая термостойкость, высокая усадка при отверждении, низкая твёрдость и нестабильная вязкость, что значительно расширяет область их применения. В качестве наполнителей обычно используют карбонат кальция, монтмориллонит, каолин, диоксид кремния, диоксид титана и карбид кремния.
1. Карбонат кальция занимает лидирующие позиции среди традиционных клеевых наполнителей
Хонг Шуда и соавторы исследовали влияние трёх различных наполнителей — карбоната кальция, сульфата кальция и сульфата бария — на эксплуатационные характеристики полиуретановых/эпоксидных (ПУ/ЭП) клеев. Сравнивая свойства различных наполнителей и их содержание, они обнаружили, что при содержании наполнителя 30% различные наполнители в системе ПУ/ЭП достигают оптимальных механических свойств. Это связано с тем, что существует верхний предел для добавления наполнителя: правильное добавление позволяет ему равномерно заполнять промежутки между молекулярными цепями, в то время как избыточное нарушает структуру молекулярных цепей.
При одинаковом соотношении наполнителей карбонат кальция демонстрирует наилучшие заполняющие свойства. 2. Карбонат кальция занимает прочные позиции среди высококачественных клеевых наполнителей
В исследовании изучалось влияние добавления различных соотношений наполнителей из карбида кремния, диоксида кремния и карбоната кальция в эпоксидные клеи на их модуль упругости, коэффициент Пуассона и коэффициент линейного расширения. Результаты показали, что добавление карбида кремния, диоксида кремния и карбоната кальция увеличивает модуль упругости и снижает коэффициент Пуассона и коэффициент линейного расширения эпоксидного клея.
При добавлении наполнителей модуль упругости увеличивается, а коэффициент Пуассона и коэффициент линейного расширения уменьшаются. Карбид кремния значительно увеличивает модуль упругости эпоксидных клеев, в то время как карбонат кальция делает это в меньшей степени. Однако карбонат кальция значительно снижает коэффициент линейного расширения эпоксидных клеев. Для клеев с одинаковой матрицей увеличение модуля при добавлении наполнителей увеличивает предел текучести клея; снижение коэффициента Пуассона снижает поперечную деформацию; Снижение коэффициента линейного расширения снижает внутренние напряжения в процессе отверждения, что способствует повышению прочности сцепления.
Ключевые технологии применения карбоната кальция в клеях
В настоящее время применение наночастиц карбоната кальция в клеях сосредоточено на трёх ключевых областях: эффекте смешивания наполнителей с коллоидом; влиянии наполнителей на тиксотропные свойства; и армирующем эффекте герметиков.
Тяжелый карбонат кальция часто используется в качестве наполнителя в двухкомпонентных полисилоксановых клеях, главным образом для снижения расхода клея и, следовательно, затрат. В настоящее время градация тяжелого карбоната кальция и наночастиц карбоната кальция также широко используется в полисилоксановых клеях для строительства, обеспечивая как улучшенные прочностные характеристики, так и отличную текучесть. Ультратонкий тяжелый карбонат кальция (1-2 мкм) также может добавляться в качестве наполнителя в полиуретановые клеи, увеличивая объём, уменьшая расход клея и снижая затраты. Кроме того, он может армировать герметик, улучшая его механические свойства и уменьшая коэффициент расширения и усадку при отверждении.
В настоящее время карбонат кальция успешно используется в клеях, причём как тяжёлый, так и лёгкий карбонат кальция занимают свои ниши. В долгосрочной перспективе цена карбоната кальция и его преимущества в качестве сырья сохранят значительную привлекательность для производителей клеев. По мере роста спроса на клеи структура потребления карбоната кальция может также измениться.