Polyuretanové Lepidlo: Klíč k Dlouhodobé Životnosti Spoje

Lepení je jednou z možností, jak spojovat materiály dohromady. Jejich velkou výhodou je velmi vysoká pevnost při namáhání v tahu a smyku. Problémem ovšem může být pevnost v ohybu, kde může docházet k odlupování. Kvalita spoje je závislá na dobré přípravě, volbě správného lepidla i lepení samotném.

Charakteristika a Vlastnosti Polyuretanových Lepidel

Polyuretanová lepidla jsou rozhodně milníkem ve stavebnictví. Vyznačují se použitím jako základní nátěr pro výrobu sendvičových panelů, jejichž jádro může být vyrobeno z XPS, polyuretanu nebo minerální vlny. Jsou druhem lepidel vyznačujících se mimořádnou přilnavostí a elasticitou, které jsou výsledkem polymerace složek obsahujících isokyanáty a polyoly. Tyto produkty tvoří spoje s vysokou odolností vůči povětrnostním vlivům, teplotě, vodě a různým chemikáliím.

Důležité je, že jsou ve srovnání s tradičními lepidly odolnější vůči působení vody, rozpouštědel, olejů a dalších chemikálií a také vykazují vysokou odolnost vůči povětrnostním vlivům a UV záření. Proto je jejich použití zvláště ceněno v odvětvích vyžadujících pevnost ve smyku a tahu, tj. přilnavost. Mezi jejich hlavní vlastnosti patří:

  • Vysoká přilnavost k mnoha typům povrchů, např. kovy, dřevo, plasty, keramika a beton.
  • Flexibilita.
  • Odolnost vůči chemikáliím a povětrnostním vlivům.
  • Tepelná odolnost.

Polyuretanová lepidla vytvářejí výjimečně pevné spoje mezi různými materiály, včetně kovů, dřeva, plastů a betonu. Pevnost těchto vazeb vyplývá z hlubokého pronikání lepidla do mikropórů materiálů, což zvyšuje sílu adheze. Mnoho polyuretanových lepidel se vyznačuje relativně krátkou dobou vytvrzování, což je důležité v rychle se měnících, dynamických výrobních prostředích.

Typy Polyuretanových Lepidel

Polyuretanová lepidla jsou k dispozici ve dvou hlavních typech: jednosložkové a dvousložkové.

Čtěte také: Charakteristika a použití PU lepidel

Jednosložková polyuretanová lepidla

Jednosložková polyuretanová lepidla jsou formulována tak, aby obsahovala všechny potřebné složky v jedné směsi. Používají se v mnoha oblastech, včetně stavebnictví, automobilového průmyslu a výroby nábytku, nabízejí dobré adhezní vlastnosti a odolnost vůči povětrnostním vlivům a chemikáliím. Navíc jsou oceňována pro snadnou aplikaci.

Jedním z příkladů jednosložkového výrobku je EKOPRODUR RB-2, což je prepolymer na bázi difenylmethandiisokyanátu (MDI). Vyznačuje se svou univerzálností, snadno se používá a lze jej nanášet ručně např. špachtlí, ale i mechanicky. Má vysokou teplotní toleranci při aplikaci a výbornou přilnavost k podkladům z různých materiálů. Dalším příkladem je EKOPROMER G20, který lze ve stavebnictví použít i samostatně jako jednosložkové lepidlo.

Dvousložková polyuretanová lepidla

Dvousložková polyuretanová lepidla se skládají ze dvou samostatných složek, které je nutné těsně před použitím smíchat. První složkou je polyol a druhou isokyanát. Dvousložková lepidla dosahují při správném použití vysokých pevností.

Jedním z příkladů dvousložkového lepidla je Ekoprodur 1331B2. Vyniká jako lepidlo pro desky z pěnového polystyrenu PWS, ale také pro desky s jádrem z minerální vlny nebo polyuretanu. Vyznačuje se sníženými emisemi těkavých organických sloučenin (VOC), a to díky tomu, že neobsahuje pěnidla, která způsobují poškozování ozonové vrstvy. Mezi produkty PCC Group patří také Ekoprodur KW-A2 (polyolová složka) a EKOPROMER G20, které jsou složkami dvousložkového polyuretanového lepidla.

Použití Polyuretanových Lepidel

Polyuretanová lepidla mají široké uplatnění v různých průmyslových odvětvích díky svým výjimečným vlastnostem, tj. vysoké mechanické pevnosti, pružnosti a odolnosti vůči různým povětrnostním vlivům a chemikáliím. Konkrétní aplikace zahrnují:

Čtěte také: Více o lepidlech Hranitherm PUR a Hranipur 15

  • Stavebnictví: Používají se díky své trvanlivosti, elasticitě a odolnosti vůči povětrnostním vlivům. Jsou ideální pro lepené dřevěné konstrukce, kde je důležitá únosnost a objemová stálost.
  • Automobilový průmysl: Používají se mimo jiné při montáži oken, prvků karoserie a součástí interiérů vozidel. Například lepidla Betamate 1040 a Betamate 5103-2 jsou běžně používaná v tomto odvětví.
  • Dřevařský a nábytkářský průmysl: Jsou ceněna pro své pevné vazby a odolnost proti vlhkosti - tak důležité při výrobě nábytku a dalších dřevěných výrobků.
  • Obalový průmysl: Používají se k výrobě vícevrstvých obalů, které vyžadují pevné a odolné spoje. Díky své odolnosti vůči vodě a olejům jsou ideální pro balení potravin, kosmetiky nebo chemických produktů, kde je prioritou neporušenost obalu a ochrana obsahu.

Výroba sendvičových panelů

Výroba panelů PWS (Prefabricated Wood Structures) je jednou z nejnovějších technologií. Tyto sendvičové panely se skládají z pláště a strukturně-izolačního jádra. Ve výrobním cyklu jsou jádro a plášť spojeny pomocí polyuretanového lepidla. Stále častěji se spojení více izolačních plechů provádí frézováním. Jádro panelu je vyrobeno z materiálů jako je polyuretanová pěna (stříkaná izolace), minerální vlna, expandovaný a extrudovaný polystyren a další. Norma PN-EN 14509:2013-12 „Samonosné dvouplášťové izolační sendvičové panely s kovovým povrchem - Výrobky vyrobené v továrně. Zamýšlená použití.“ se týká této oblasti. Níže je uvedena struktura příkladu sendvičového panelu:

  • Dva ocelové plechy s libovolným profilem, které tvoří vnější plášť.
  • Jádro z tepelně izolačního materiálu.

Příklad konstrukce sendvičového panelu:

  1. ocelové jádro plechu
  2. zinkování
  3. pasivační vrstva
  4. ochranný lak
  5. lepidlo
  6. základní nátěr
  7. dekorativní povrchová vrstva
  8. jádro z tepelně izolačního materiálu

Faktory Ovlivňující Životnost Spoje

Kvalitu a pevnost lepeného spoje ovlivňuje řada faktorů. Aby byl lepící proces úspěšný, musí být splněny principy adheze a koheze. Adheze je přilnavost lepidla k lepenému materiálu a koheze je správná vnitřní soudržnost lepidla. Lepidlo tedy musí nejen přilnout a držet na lepených materiálech, ale jeho struktura musí být taková, aby lepené předměty udrželo u sebe. Čím lepší je přilnavost lepidla k materiálu a vnitřní soudržnost lepidla, tím pevnější a odolnější spoj získáme.

Teplota při lepení

Jeden z důležitých faktorů, který ovlivňuje kvalitu a pevnost lepeného spoje, je teplota při lepení. Většinou jsou lepidla vhodná pro lepení při pokojové teplotě. Při nedodržení doporučené teploty se materiál jednoduše neslepí. Při nízkých teplotách například epoxidová lepidla nemohou správně reagovat, a rozpouštědlová lepidla se nebudou odpařovat v časech uvedených v návodu, což povede k selhání spoje. Bílá lepidla na dřevo mohou v mrazivých dnech přemrznout a tím se znehodnotit. Nízké teploty nejsou pro lepení vhodné, některá lepidla obsahují vodu, která se při nižších teplotách neodpařuje. Polyuretanová lepidla reagují s vlhkostí, proto je důležité během aplikace kontrolovat podmínky prostředí. Příliš vysoká vlhkost může urychlit proces vytvrzování, zkrátit pracovní dobu, zatímco příliš nízká vlhkost jej může zpomalit.

Příprava povrchu

Pro lepení spojů je důležitá i důkladná příprava povrchu. Vždy je nutné, aby spoje byly suché, čisté a odmaštěné, přičemž poslední podmínka je tou nejsnadněji proveditelnou. Pevnost se špatným odmaštěním může snížit až o 70 %.

Čtěte také: Polyuretanové podlahy: Vlastnosti a využití

Nepoužívejte pro odmaštění benzín ani odlakovače, které obsahují mastné látky. To samé platí pro prostředky na mytí nádobí, které obsahují látky pro péči o ruce. Použijte čistý líh, který je dostupný, na kovy je vhodný aceton. Zakoupit se dají případně i další speciální přípravky různých výrobců (Bison Cleaner, UHU universal reiniger apod.). U plastů buďte opatrní - některé přípravky mohou být agresivní a povrch rozleptat a znehodnotit, vyzkoušejte to nejdříve na malém kousku.

Konstrukce lepeného spoje

Pokud potřebujete vytvořit lepený spoj, je vhodné si jednotlivé části rozdělit na co nejméně složité a co nejvhodnější ke slepování. Dbejte i na několik následujících pravidel:

  • Vždy se řiďte návodem výrobce k použití lepidla.
  • Slepujte tak, aby nebylo třeba lepení opakovat.
  • Kusy s velkým či složitým zakřivením nejsou ke slepování vhodné, stejně tak díly, na které působí velká odlupující síla.
  • Předmět musí být při svém používání namáhán rovnoměrně, nesmí docházet pouze k namáhání v místě spoje.
  • Vzhledem k vlastnostem lepených spojů je vhodné je namáhat pouze v tahu a smyku, v odlupování minimálně.
  • Vytvořte dostatečnou plochu spoje, napětí v něm musí být rovnoměrné.
  • Je možné spoj ještě přeplátovat.

Pro lepení dřevěných prvků je důležitá samotná výroba těchto lepených prvků, při které se kontroluje splnění technických požadavků dané výrobcem lepidla. Kontroluje se zejména směšovací poměr vícesložkových lepidel, doba sestavení odvíjející se od doby želatinace různých typů lepidel, čas a velikost zatížení dané sestavy prvku a teplota při lepení prvků (se zvyšující se teplotou se snižuje viskozita adheziva a snižuje se i rychlost vytvrzování). Lepidla v kapalném stavu musí vykazovat optimální hodnotu viskozity a vysokou hodnotu smáčivosti (resp. nízkou hodnotu kontaktního úhlu), čímž se zajistí kapilární tok adheziva do dřevěného adherendu.

VEROPAL BOLTFIX 0.7K je řídké jednosložkové lepidlo určené pro průmyslové použití, konkrétně k zajištění šroubových spojů s požadavkem na střední pevnost. Tento produkt tvrdne (polymerizuje) za nepřítomnosti kyslíku (anaerobně) a v přítomnosti kovu, což funguje jako katalyzátor procesu tvrdnutí. Lepidlo je schopné efektivně těsnit a zajišťovat různé typy šroubových spojů. VEROPAL BOLTFIX 0.7K není určen pro použití na kovových a plastových přírubách, které jsou v kontaktu s plynným kyslíkem, ani pro těsnění v prostředí se silně oxidačními kyselinami. Před aplikací lepidla je nezbytné zajistit, aby byly povrchy zbaveny mastnoty a nečistot. Při samotné aplikaci naneste lepidlo ve formě prstýnku na závit šroubu. Poté spoj pevně sešroubujte a dostatečně utáhněte. Pokud by šroub nebyl dostatečně utažen, mohlo by dojít k úniku produktu, což by mohlo narušit pevnost spoje. Po aplikaci lepidla je důležité, aby se se zajištěnými díly nemanipulovalo a bylo jim umožněno řádně vytvrdnout. V případech, kdy je lepidlo používáno na pasivních površích, jako jsou měď a mosaz, nebo při nízkých teplotách, se doporučuje použít ANAEROAKTIV aktivátor. Tento aktivátor pomáhá urychlit vytvrzovací proces.

Jak správně nanášet polyuretanová lepidla?

  1. Před nanesením polyuretanového lepidla se ujistěte, že lepené povrchy jsou čisté, suché a bez mastnoty a jiných nečistot.
  2. Používáte-li dvousložkové lepidlo, je pro dosažení optimální pevnosti spoje klíčové důkladné promíchání složek A (polyol) a B (isokyanát).
  3. Více není vždy lepší. Použití příliš velkého množství polyuretanového lepidla může vést k přetečení, které se při úniku ze spáry stává nevzhledným a obtížně se odstraňuje.
  4. Polyuretanová lepidla reagují s vlhkostí, proto je důležité během aplikace kontrolovat podmínky prostředí. Příliš vysoká vlhkost může urychlit proces vytvrzování, zkrátit pracovní dobu, zatímco příliš nízká vlhkost jej může zpomalit.

Otevřená doba je časový úsek, v jehož rámci je možné s lepenými díly manipulovat. Polyuretanová lepidla jsou nevhodná na silně "mastné" dřeviny (borovice, modřín). Vysoký obsah pryskyřice snižuje konečnou pevnost spoje. Je proto nutné spoj před aplikací lepidla odmastit.

Hodnocení Životnosti Lepidel

Běžným hodnotícím kritériem lepeného spoje je posouzení smykové pevnosti spojů, ale pro komplexní hodnocení spolehlivosti lepidla hraje důležitou otázku únosnost lepeného spoje při jeho dlouhodobém zatížení. Lepený spoj nesmí vykazovat pod dlouhodobým zatížením jakékoliv známky porušení či jiný typ degradace, kterou by byla ovlivněna únosnost samotného prvku. Začínající experiment je zaměřen v obecné rovině na hodnocení lepidla z hlediska jeho životnosti a spolehlivosti. Pro experiment jsou vybrána lepidla jak na bázi formaldehydu, tak i lepidla novějšího charakteru, jako jsou lepidla epoxidová, PUR, isokyanátová ad.

Pro ověření analýzy různých druhů adheziv bylo přistoupeno k vyhotovení sady tzv. referenčních stávajících lepidel. Pro tyto účely byly vybrány běžně používané typy lepidel na bázi formaldehydu, konkrétně dvousložková lepidla melamín-močovino formaldehydové (MUF) a fenol-rezorcín formaldehydové (PRF). Lepení zkušebních vzorků bukového dřeva (Fagus sylvatica L.) tzv. tenkou vrstvou lepidla bylo prováděno podle zkušebního normativního předpisu ČSN EN 302-1. U zkoušky smykové pevnosti je předepsáno vystavit zkušební tělesa do pěti expozičních tříd A1 až A5, kdy třída A1 je třídou referenční při okrajových podmínkách θi = 20±2 ºC a φi = 65±5 %, a třídy A2-A5 se liší rozdílným vlhkostním zatížením. U lepidel byl navíc zjišťován i vliv poměru plnění, jaký má vliv odklon plnění lepidla/tužidla na výsledné pevnostní charakteristiky. Veškeré pevnostní charakteristiky byly zkoušeny na přístroji Testometric M350-20CT s digitálním záznamem průběhu zkoušky. Pro přesné určení způsobu porušení, zdali se jedná o ztrátu vnitřní soudržnosti stejnorodých molekul (kohezi) či různorodých molekul (adhezi), se u každého porušeného vzorku stanovuje procentuální odhad poškozené smykové plochy.

Infračervená absorpční spektroskopie je analytická metoda určena pro identifikaci a strukturní charakteristiku organických i anorganických sloučenin. Patří mezi techniky molekulové spektroskopie, která poskytuje informace o vazebných poměrech v molekule na základě vibračních a rotačních pohybů. K absorpci infračerveného záření určité frekvence dochází pouze v případě, že se během vibrace, resp. K analýze se užívá svazek elektromagnetického záření ve střední infračervené oblasti o vlnočtu 4000-400 cm−1, což odpovídá vlnové délce 2-20 μm. Výstupem měření je spektrogram. Spektrogram lze rozdělit na dvě pásma. První pásmo na vlnočtu 4000-1400 cm−1 je charakteristickou oblastí převážně valenčních vibrací, a to zejména organických funkčních skupin. Deformační vibrace se většinou vyskytují na vlnočtu nižším než 1400 cm−1, v tzv.

Adheziva pro dřevěné konstrukční lepené spoje jsou polymerní látky a pro tyto jsou vhodné dvě měřící techniky, a to odrazová metoda ATR (Attenuated Total Reflectance) tzv. zeslabená totální reflektance a metoda transmisní. ATR metoda se v našem případě při hodnocení spekter lepidel používá na vzorcích v práškové formě, nebo v případě, že nelze prášek připravit, lze touto metodou měřit i dostatečně silnou vrstvu ztvrdlého lepidla. Transmisní metodu lze použít v případě možnosti přípravy samonosné fólie (tenké vrstvy lepidla) nebo slisováním prášku do tablety smícháním s KBr, který lze považovat v této oblasti za inaktivní materiál. Připravené vzorky lepidel byly změřeny vhodnou metodou tak, aby spektrogramy obsahovaly co nejméně šumů.

Výsledky smykových pevností byly stanoveny pro výše uvedená lepidla, navíc u dvousložkových lepidel byl ověřován vliv nižších poměrů mísení oproti doporučení výrobce. Zhodnocením výsledků obou vybraných lepidel dle dosažených pevnostních charakteristik lze obě lepidla zatřídit do typu I dle EN 301. I přes dvojnásobný počet zkušebních těles oproti požadavkům normy vycházely poměrně velké směrodatné odchylky souborů měření. Tento fakt může být způsoben vnesenou chybou přípravy vzorků (v laboratorních podmínkách byl lisovací tlak vyvozován přes šrouby utahované momentovým klíčem), ale může vycházet i z podstaty stolařského vymezení smykové plochy (plátu) prořezem slepené sestavy. U obou druhů lepidel byl prokázán klesající trend pevností v závislosti na vlhkostním zatížení v daných třídách A2-A5. Rovněž z grafického znázornění vyplývá, že díky velké variabilitě možných imperfekcí dané výrobou či přípravou vzorků nebyl u obou lepidel potvrzen předpokládající klesající trend pevností vlivem nedodržení směšovacího poměru lepidlo/tvrdidlo, a to i přes maximální rozdíl činící 50 % oproti deklarovanému poměru.

Hodnocením procenta porušení dřeva lze definovat způsob porušení vzorků. Se zvyšujícím se procentem porušení dřeva se namáhaná smyková oblast porušuje ztrátou kohezních sil adherendu, tudíž adheze spoje vykazuje vyšší únosnost a lze ji považovat za spolehlivou. Kvalitativně se spoj lepidla/adherendu posuzuje charakteristikou hloubky penetrace lepidla do kapilární struktury dřevní hmoty. Důkaz přítomnosti lepidla v lumenech buněk, v buněčných stěnách či paprscích se provádí pomocí fluorescenčního mikroskopu.

Cílem bylo na referenčních typech lepidel (PRF, MUF) provést základní hodnocení dle normativních požadavků, tj. zatřídění typu lepidla I, II dle minimálních hodnot smykových pevností dané EN 301. Bylo ověřeno, že tato lepidla splňují dané požadavky, navíc byly ověřeny i vlivy různých směšovacích poměrů lepidla/tužidla, která nevykázala ve všech expozičních třídách předpokládaný trend snižujících se středních hodnot smykových pevností. Tato lepidla byla vybrána pro svoji relativně dlouhou dobu, po kterou jsou používána, čímž je ověřena i jejich dlouhodobá spolehlivost vůči degradačním činitelům. V následujících etapách řešení projektu budou použita lepidla ostatní, novodobá, která se vystaví zrychleným testům trvanlivosti a bude sledována jejich spolehlivost a životnost, aby mohla tato lepidla být certifikována pro novodobé nosné lepené prvky.

tags: #polyuretanove #lepidlo #zivotnost #spoje

Oblíbené příspěvky: