Разные клеи и с чем их едят
Однажды в комментариях я обмолвился, что у меня есть коробка, в которой больше десятка разных видов клеев. (Фото пока не будет). И меня попросили сделать обзор на нее. Но когда я начал думать про пост то понял что не хочу писать в стиле «это мажем сюда, а это туда» - это будет скучно. Да и в один пост всё сваливать не хотелось.
Но сначала решил разобраться, как люди додумались до клея, и как он работает. Почему так много разных составов и нет универсального клея в наш век научного регреса. Пока назберемся в общих вопросах.
Клей - один из самых древних строительных материалов на Земле. Он появился задолго до колеса и письменности. Нашим предкам нужно было как-то крепить каменные наконечники к деревянным копьям, иначе на охоте они просто отваливались. Да наконечники прикручивали, всякими жилами и веревками, но как делает FIXADO, лучше сначала помазать клеем а потом пришить.
Неандертальцы вовсю использовали березовый деготь. Они получали его запекая кору без доступа воздуха. По сути, это был первый в мире термоклей.
Археологи в южной африке нашли следы сложного состава возрастом около 70 000 лет. Древние люди смешивали древесную смолу акации с красной охрой (железным пигментом). Долго спорили, зачем там охра. Оказалось, она работала как армирующий наполнитель, не давая смоле становиться хрупкой после застывания.
В древнем египте и вавилоне в ход пошел битум для склеивания камней в строительстве и фиксации глаз у статуй. А для мебели египтяне изобрели животный клей - вываривали кости, сухожилия и кожу скота, получая костный и мездровый клеи.
Многие древние рецепты ушли в историю, потому что прогресс предложил варианты удобнее, прочнее.
Рыбий клей, из плавательных пузырей, обладал невероятной прочностью и эластичностью. Им клеили дорогие луки (например, составные луки Чингисхана). Сегодня он почти исчез из массового обихода из-за заоблачной цены. Его используют только реставраторы икон и элитных музыкальных инструментов (скрипок, гитар).
Казеиновый клей: Смесь казеина с гашеной известью давала мощный водостойкий состав. В начале XX века им склеивали деревянные детали самолетов! Сейчас в авиации его заменили синтетикой, а казеин остался разве что в производстве этикеток (он легко смывается щелочью при переработке бутылок). Так же помню как дед потребовал у бабушки молоко с первого удоя после отела. Оно было какое то желтое и густое. Он им помазал стыки табуретки, на удивление она склеилась.
Сургуч: Китайское изобретение из смолы и масел. Строго говоря, это термо клей-герметик. Раньше им запечатывали все письма и посылки. Сегодня это чистая декоративная эстетика для подарочных упаковок.
Когда мы соединяем две детали, в силу вступают два главных научных термина: Адгезия (сцепление клея с поверхностью) и Когезия (прочность самого клея внутри себя). Если клей намертво прилип к детали, но сам по себе хрупкий как стекло - соединение развалится (слабая когезия). Если клей прочный, но отслоился от детали - опять не то давай с начала... (слабая адгезия). Ну или не подготовили поверхности…
Клеи работают совершенно по-разному, и их можно разделить на 4 основные группы по принципу действия:
1. Механическое зацепление («В поры и намертво»)
Клей заливается в микропоры, трещины и неровности материала, а затем застывает там, образуя тысячи микроскопических «крючков».
Например ПВА в дереве. Если вы попробуете сломать правильно склеенную деревянную деталь, она сломается по живому дереву, но не по шву ПВА. На гладком стекле или пластике такой клей работать не будет — ему не за что зацепиться.
2. Диффузия и растворение («Сварка в тюбике»)
Клей содержит растворитель, который временно превращает поверхностный слой пластика в жидкую кашу. Две детали соединяются, их молекулы перемешиваются (диффундируют), растворитель улетает, и пластик снова твердеет.
Клей для моделей (полистирола) или клей для ПВХ-труб. Это не просто склеивание, это молекулярная сварка. Шов становится монолитной частью детали.
3. Молекулярное притяжение (Адсорбция)
Здесь работают другие силы и химические связи на атомном уровне. Клей должен идеально растечься по поверхности (смочить ее), чтобы подойти к молекулам материала на экстремально близкое расстояние.
Так действует эпоксидная смола. Она не растворяет металл, но создает с его поверхностью прочнейшую связь.
Что происходит с самим клеем во время его работы?
Клей в тюбике жидкий, а на детали должен стать твердым. Как он это делает?
Высыхание (испарение растворителя/воды): Самый простой путь. Клей ПВА (на воде) или клей «Момент» (на органическом растворителе). Минус: шов дает усадку, пока жидкость улетает. Если запереть такой клей между двумя кусками пластика, он никогда не высохнет внутри — растворителю некуда испаряться.
Химическая реакция (Полимеризация): Клей застывает сам по себе за счет химических процессов, усадки почти нет.
Двухкомпонентные (Эпоксидка): Смешали смолу и отвердитель — пошла реакция.
Активируемые влагой (Суперклей/Цианакрилат или Полиуретановый клей): Им для полимеризации нужны микродозы влаги, которая всегда есть в воздухе или на поверхности (именно поэтому суперклей так мгновенно склеивает влажные пальцы).
Охлаждение (Термоклеи): Стержни для клеевого пистолета. Расплавил, нанес, он остыл и снова стал твердым пластиком. Быстро, но боится нагрева.
Казалось бы, XXI век на дворе, мы запускаем ракеты на Марс, неужели химики не могут создать один идеальный состав? Намазал им и разбитую чашку, и подошву кроссовка, и глушитель в машине. Маркетологи на тюбиках часто пишут слово «Универсальный», но это маркетинговый миф, что б рука сама взяла тюбик с полки.
Создать абсолютно универсальный клей физически невозможно по трем главным причинам:
Все материалы на молекулярном уровне делятся на «дружелюбные» к жидкостям (с высокой поверхностной энергией, например, металлы, стекло, дерево) и «эгоистичные» (с низкой поверхностной энергией — полиэтилен, полипропилен, тефлон).
Чтобы клей сработал, он должен идеально смочить деталь, то есть растечься по ней тончайшей пленкой. Жидкий клей на тефлоне или полиэтилене собирается в капли, как вода на жирной сковороде. Тот клей, который намертво свяжется со сталью, просто соскользнет с пакета из супермаркета.
Материалы работают в разных условиях.
Если вы склеиваете треснувшую керамическую кружку, вам нужен жесткий, монолитный клей (например, эпоксидка), который не даст шву дышать.
Но если вы возьмете этот же клей и заклеите им лопнувшую подошву кроссовка, при первом же шаге шов просто хрустнет и лопнет. Для обуви нужен состав, который после высыхания растягивается и гнется вместе с резиной (полиуретан или каучук). Клей не может быть одновременно твердым как камень и гибким как резина.
3. Разница температурного расширения
Представьте, что вы склеили металлическую деталь с пластиковой. Вынесли вещь на мороз или, наоборот, нагрели на солнце. Пластик от тепла расширяется сильно, а металл - слабо. В месте стыка возникает дикое внутреннее напряжение. «Сухой» жесткий клей тут же срежет, а специальный эластичный состав сработает как демпфер и детали останутся вместе.
Поэтому в моей коробке и лежит куча разных клеев. Один держит намертво, но боится изгибов; второй гнется, но отваливается от нагрева; третий склеит пластик, но для дерева он бесполезен. Когда то я сам клеил только 2-3 видами клея. ПВА, суперклей и "момент." А сейчас, когда на работе клею динамики приходится использовать 4 разных состава. Но об этом позже, если будет интересно. Вчера доделывал сайдинг и использовал жидкие гвозди, Cosmofen SL-660.220, момент гель. в каждом месте свой состав на казалось бы один и тот же ПВХ. Об этом тоже могу рассказать если кому будет интересно.
