Łączenie stali nierdzewnej z polipropylenem

Witam, w ostatnim czasie badam połączenie stal nierdzewna versus polipropylen. Do formy wtryskowej wkładamy dwa piny (ok 3 cm długość, szerokość 4 mm, grubość 0,8 mm) i obtryskujemy polipropylem. Problemem jest to, że nie możemy otrzymać połączenia szczelnego. Po kilku dniach, nastepuje przesączenie się wody przez to połączenie. Proszę o informację, co może być przyczyną tej nieszczelności?

 

Łączenie stali nierdzewnych z tworzywami sztucznymi jest praktycznie stosowane podczas ich klejenia. Operacje klejenia nie wpływają na zmianę geometrii złączą oraz przemiany strukturalne w stopach metali, a prawidłowo zaprojektowane złącza klejone charakteryzują się wysoką wytrzymałością zmęczeniową. W szczególnych przypadkach warstwa kleju może również zapewniać izolację cieplną i elektryczną, a także absorbować wibracje obniżając poziom hałasu. Rozpatrując kleje z tworzyw sztucznych ze względu na zachodzący w nich mechanizm utwardzania można wyróżnić trzy podstawowe typy: termoutwardzalne, termoplastyczne i utwardzane na zimno. W przypadku stosowania klejów lub nanoszenia na powierzchnię stali nierdzewnych tworzy sztucznych w celach funkcjonalnych (tak jak w opisywanym przypadku) o jego przyczepności do podłoża decyduje mechanizm adhezyjny. Sam mechanizm adhezji jest opisywany teoriami mechaniki, elektroniki, dyfuzji, termodynamiki i chemii, ale żadna z nich oddzielnie nie wyjaśnia wszystkich aspektów tego zjawiska. Generalnie to mechaniczna teoria adhezji uwzględniająca zazębianie się cząstek spoiwa i mikro nierówności wraz z termodynamiczną teorią sił Van der Waals’a jest najlepszym wyjaśnieniem tego zjawiska obserwowanego w praktyce.

Podstawowym warunkiem uzyskania dobrego połączenia powierzchni stali nierdzewnej z tworzywem sztucznym jest dostateczna zwilżalność podłoża przez klej (tworzywo sztuczne). Zdolność zwilżania powierzchni prze klej zależy od napięcia powierzchniowego kleju i podłożą, a także napięcia powierzchniowego rozdziału faz - między klejem i podłożem. W praktyce dla właściwego zwilżania powierzchni przez klej (to znaczy, aby swobodnie się po niej rozchodził, napięcie powierzchniowe podłoża musi być większe od napięcia powierzchniowego kleju.

W celu ułatwienia procesu łączenia z powierzchni stali należy usunąć wszystkie substancje, które chemicznie lub fizycznie mogłyby zmniejszyć jej zwilżalność. Obróbka powierzchni powinna nawet zwiększyć jej zwilżalność. Efekt ten uzyskuje się przez obróbkę mechaniczną taką jak piaskowanie, szlifowanie, śrutowanie lub obróbkę chemiczną: trawienie, utlenianie anodowe (anodyzowanie), a także ich kombinacje na przykład piaskowanie z nanoszeniem podkładu do gruntowania powierzchni.

Celem mechanicznych metod obróbki powierzchni jest zwiększenie jej chropowatości i polepszenie mechanicznego połączenia między elementami klejonymi. Jest to jedynie efektywne w przypadku, gdy klej dostatecznie dobrze zwilża obrobione powierzchnie. Do najczęściej stosowanych metod przygotowania powierzchni należy: piaskowanie gdzie środkiem ściernym są cząstki krzemionki lub korundu wyrzucane pod ciśnieniem lub szlifowanie za pomocą taśm ściernych lub ściernic. W celu usunięcia z powierzchni wszystkich pozostałości ścierniwa należy ją odtłuścić rozpuszczalnikiem (np. 1-1-1 trójchloroetan).

Odtłuszczanie powierzchni może odbywać się w gorących kąpielach alkaicznych lub z zastosowaniem rozpuszczalników. Po procesie odtłuszczania powierzchnię stali należy zawsze spłukać strumieniem czystej wody. Jako rozpuszczalniki do odtłuszczania stali najczęściej stosuje się trójchloroetylen i 1-1-1 trójchloroetan. Najlepsze oddziaływanie środki te uzyskują, gdy są stosowane w formie oparów, ponieważ ciecz, która kondensuje na powierzchni jest zawsze najczystsza. Podczas czyszczenia z użyciem tkaniny - musi być on biała, należy ją wymienić na mową w momencie nawet lekkiego zabrudzenia. Jeżeli czyszczenie odbywa się przez zanurzenie w kąpieli z rozpuszczalnikiem to zasadniczym czynnikiem jest kontrola jej czystość. Kąpiel powinna zawierać bardzo niewielki udział tłuszczów lub ich całkowity brak. Po czyszczeniu z powierzchni stali należy usunąć wszystkie osady stosując detergenty wraz z obfitym spłukaniem czystą wodą.

Obróbka chemiczna stali nierdzewnej odbywa się przez trawienie w kąpielach kwasowych lub trawienie z kolejnym utlenianiem anodowym. Po trawieniu w kąpieli kwasowej wykonuje się utlenianie anodowe (anodyzowanie) w kwasie azotowym lub w mieszaninie kwasów siarkowego i chromowego. Obróbka chemiczna ma na celu usunięcie z powierzchni wszystkich zanieczyszczeń – cząstek żelaza, stali czarnych, wtrąceń niemetalicznych, itd. oraz odbudowanie trwałej, szczelnej i grubej warstwy pasywnej, która zapewni dobre przyleganie i kotwiczenie cząstek tworzywa sztucznego do powierzchni.

Podsumowując, dla zwiększenia przyczepności tworzyw sztucznych do powierzchni stali nierdzewnych zarówno podczas ich nanoszenia w celach funkcjonalnych lub klejenia należy zapewnić odpowiednią chropowatość powierzchni (ułatwi mechaniczne zazębianie – kotwiczenie cząstek tworzywa sztucznego na powierzchni), przez obróbkę mechaniczną lub chemiczną oraz odpowiednią czystość powierzchni stali przez odtłuszczanie powierzchni.

Literatura

[1]. Working with Stainless Steels, Euro Inox, 1999