Lepak

Nitroceluloznilepak.

Lepakiliadhezivjematerijakoja služi zaspajanjeprijanjanjem delova iz istih ili različitih materijala (lepljenje),to jest za njihovo spajanje stvaranjem veznog filma među slepljenim površinama. Lepljenje se zasniva nafizičkomprincipuadhezije(sile privlačenja na sučelju dva materijala) ikohezije(međumolekularne sile u samom lepku).Razni pridevi se mogu koristiti uz reč „lepak” radi opisivanja svojstava na temelju fizičke ili hemijske forme materije, vrste spojenih materijala ili uslova pod kojima se primenjuje.

Osnova je lepljenja kvašenje površina lepkom te naknadno očvršćivanje slepljenog spoja. Kvašenje površine zavisi odnapetosti površinei ravnotežnog kontaktnoguglakoji se uspostavlja između čvrste površine materijala, tekućeg lepika i vazduha. Teorija lepljenja vrlo je složena, jer pritom učestvuje niz činioca koji se odnose na svojstva površina koje se lepe (hemijska aktivnost,hidrofilnostilihidrofobnost,čistoća,hrapavost površine,homogenost), na svojstva lepika (površinska napetost,viskoznost,polarnost,kiselost ili baznost,brzina sušenja) te fizička i mehanička svojstva stvorenog veznog filma. Lepila se u obliku viskozne tečnosti nanose u tankom sloju na jednu ili na obe površine koje se slepljuju, katkad uz povišenipritisak.Sušenjem lepka stvara se nakon nekog vremena adhezijska veza i postiže maksimalna čvrstoća slepljenog spoja, zbog isparavanja medija u kojem se lepak primenjuje (voda ili organski rastvarač) ili pak hemijskom reakcijom materija sadržanih u lepku.

Očvršćivanje lepila traje određeno vreme, takozvano vreme očvršćivanja. Lepak spaja delove nakon završetka jednog od ovih procesa:

• kad iz lepka isparirastvaračpa se lepak očvrsne (fizičkapromena);
• kada lepak pređe iz rastvorenog u čvrsto agregatno stanje (fizička promena);
• kada se u lepku dogode hemijski procesi pa se lepak očvrsne (hemijskai fizička promena).

Lepljenje se može izvesti na sobnim ili na povišenim temperaturama. Lepiti se međusobno mogu delovi od istorodnih i raznorodnih materijala.

Prednosti i nedostaci lepка

Ledeni čovekili Eci izTirolaje koristio brezinu smolu kao lepak za svoje oružje pre oko 5.300 godina.

Lepaksluži zaspajanjeprijanjanjem delova iz istih ili različitih materijala (lepljenje). Lepljenje se zasniva nafizičkomprincipuadhezije(sile privlačenja na sučelju dva materijala) ikohezije(međumolekularne sile u samom lepku).

Prednosti lepka su:

• za spoj je potrebno malo prostora i nisu potrebne rupe ili visoketemperature;
• naprezanjase jednoliko rasporeduju na velikim površinama. Delovi mogu biti tanji;
• spojevi su nepropusni, otporni na koroziju i ne menjaju svojstva materijala;
• elastičnost lepka može nadoknadititoplotno istezanje,te ublažiti udarce ivibracije;
• jednostavna serijska proizvodnja.

Nedostaci lepka su:

• malačvrstoća;
• neki korišteni materijali mogu bitiotrovni;
• nisu postojani na višim temperaturama;
• javljaju se pojave starenja i puzanja;
• mogu biti osetljivi navlagu;
• mogu biti potrebni uređaji za stezanje;
• vreme spoja može biti dugo, a potrebna priprema skupa.

Istorija

Najstariji dokazi o korištenju lepka postoje od pre 200.000 godina, gde je kameni vrhkopljalepljen za drvenu dršku s katranom dobijenim odbrezinekore, koji je pronađen u centralnojItaliji.Korištenje mešavina lepka za lepljenje kamenih drški koplja za drvo potiče od pre 70.000 godina, što je pronađeno u pećini Sibudu uJužnoj Africi,a korištena su biljni lepkovi i crveni oker.Ledeni čovek,ili Oetzi, izTirolaje koristio brezinu smolu kao lepak za svoje oružje pre oko 5300 godina.

Za vreme starogBabilona,pre oko 6000 godina, korišteni su lepkovi od životinjskih kostiju za lepljenjekeramike,i korišten jeasfaltza lepljenje kamenih kipova. Pre oko 5000 godina,Sumeranikoriste lepak dobijen iz životinjske kože, što su kasnije preuzelistari Egipćani,a koristili su ga za lepljenjenamještaja,slonovačeipapirusa.Osim toga, koristili su ivosakza izradu lepka.Mongolisu koristili lepak za izradu svojih kratkihlukova.Indijancisa istokaSADsu koristili smesusmrekovesmole imastiza izradu lepka, što su posebno upotrebljavali kod izrade vodonepropusnihkanua.

USrednjem vekuuEvropi,koristilo se belance izjajetaza izradu ukrasnihpergamenatasazlatnimlistićima. Prva prava proizvodnja lepka je započela u18. vekuuHolandiji.Oko1750.Britanciizrađujuribljilepak. Nakon toga za izradu lepka se koristi mnoštvo drugih materijala, kao što sukosti,skrob,riblja koža i mehuri,kazein(belančevinaizmleka) se koristio kao lepak zadrvoi drugi. Od polovine19. vekaumedicinise počinju koristitiflasteri(lepljenje zasnovano na prirodnomkaučuku).1909.su izrađena prva sintetičkapolimernalepila. Oko 1940. započinje upotreba prvih lepila za metale uvazduhoplovstvu.

Vrste lepka

Pištolj za tople lepkove

Životinjski lepak u zrnu

Prema svom poreklu razlikuju se lepkovi na osnovu prirodnih sirovina (biljni i životinjski lepak) te sintetski lepkovi. Najvažniji biljni lepkovi suskrobni,dekstrinski,lepak od kaučukovog lateksa i prirodnih smola, a životinjski lepkovi su tutkala (od prerađenih kostiju i kože) ikazeinskilepkovi (dobijeni zagreavanjem kazeina saalkalijama).

Sintetički lepak

Sintetički lepkovi,koja danas prevladavaju u primeni, temelje se na upotrebi različitihpolimerskihmaterijala, koji su osnovnovezivou lepku. Oni se razlikuju prema sastavu, načinu stvaranja kohezijskih i adhezijskih veza i području primene, a u poređenju sa prirodnim lepkovima odlikuju se jačom adhezijom prema većem broju različitih materijala, prikladnijom primenom i bržim delovanjem te boljim uklapanjem u izgled proizvoda. Glavne su vrste sintetskih lepkova, prema načinu spajanja, reakcijski, topljivi, kontaktni, disperzijski i lepkovi u rastvoru.

Čvrsti lepak ili reakcioni lepak

Reakcioni lepiklepi na temeljuhemijske reakcije;jednokomponentni lepkovi stvaraju čvrsti film hemijskom promenom jedne komponente pod delovanjemtoplote,ultraljubičastog zračenjaili čakvlage(na primer cijanoakrilatni lepkovi vrlo brzog delovanja), a dvokomponentni (na primer epoksidni, poliuretanski, fenolni i urejskesmole) hemijskom reakcijom između dve komponenate, čime nastaje veza dovoljno čvrsta i za spajanje i konstrukcijskih elemenata mnogih proizvoda.

Čvrsti lepkoviimaju visoku koheziju i vrlo visoku adheziju. Oni se nakon vezivanja pretvaraju u čvrstu materiju i stvarajunerastavljiv spoj.Za gradnjumašinai uređaja uglavnom su važni samo čvrsti lepkovi. Čvrsti lepkovi su izrađeni od veštačkihsmolana bazifenola,ureje,melamina, epoksida, poliestara i drugog. Upotrebljavaju se u tečnom stanju, u obliku paste ili u čvrstom stanju (kao folije). Otvrdnjavaju u hladnom stanju, na sobnoj temperaturi (hladni lepkovi) ili na 80 do 200 ºC (topli lepkovi). Mnogi su lepkovi ujedno hladni i topli, pa se mogu koristiti po izboru hladno ili toplo. Zavisno od vrste lepika, vezivanje ili otvrdnjavanje se vrši obično pomoću pritiska na mestu spoja. Treba razlikovati jednokomponentna i dvokomponentne lepkove. Koddvokomponentnog lepkamora se prvoj komponenti dodati otvrđivač (druga komponenta), koji dovodi do otvrdnjavanja i određuje vreme otvrdnjavanja.Jednokomponentni lepakotvrdnjava bez dodavanja otvrdivača. Za otvrdnjavanje toplih lepaka, za razliku od hladnih lepaka, potrebno je mnogo veće novčano ulaganje za sušionice, ploče sa grejačima i naprave. Ali bez obzira na troškove, topli lepkovi se dosta koriste jer postižu puno većučvrstoćuzalepljenog spoja. Jedan manji do čvrstih lepkova prestavlja u stvari rastvore makromolekularnih materija, dok većina ostalih čvrstih lepaka otvrdnjavaju jednim nepovratnim postupkomumrežavanja.To znači da se u toku reakcije stvaraju mnogočlani makromolekuli i određuju njihov prostorni međusobni razmeštaj.

Prijanjajući lepak

Prijanjajući lepak ima visoku adheziju i malu koheziju, a spojeni delovi se mogu bez oštećenja opet razdvojiti.

Kontaktni lepak

Kontaktni lepak ima srednje visoku koheziju i visoku adheziju, a spojeni delovi se uglavnom ne mogu opet razdvojiti bez oštećenja.

Topljivi lepkovi

Topljivi lepkovinanose se u zagrejanom, rastopljenov stanju i vežu ohlađivanjem (na primer kopolimer etilena i vinil-acetata, polipropilen, poliamidi), a primenjuju se u industriji nameštaja, ambalaži, pakovanju te knjgovezivanju.

Disperzijski lepkovi

Disperzijski lepkovisastoje se od vodenih disperzija, na primer akrilata ili poliuretana, i prikladni su za lepljenje mnogih materijala (papir, drvo, tekstil i drugo).

Lepkovi u rastvoru

Lepkovi u rastvorusastoje se na primer od rastvora polihloroprena, poliuretana ili poli(vinil-acetata) u organskim rastvorima kao što su esteri, ketoni i ugljenovodonici (takozvani univerzalni lepkovi za različite materijale). Mehanizam lepljenja uključuje svojstveno adhezijsko vezivanje materijala koji se lepi i kohezijsko očvršćivanje uz isparavanje rastvarača.

Podela prema biti promena u lepku

Prema biti promena u lepku razlikuju se povratni i nepovratni lepkovi.

Povratni lepkovi

Povratni lepkovisu oni koji se stvrdnu nakon isparivanja rastvarača iz lepljivog rastvora ili hlađenja rastopljenog lepka, to jest nakon fizičke promene (oni se vraćaju u stanje lepljivog rastvorae kad im se doda rastvarač ili, u drugom slučaju, kada se zagrevaju).

Nepovratni lepkovi

Nepovratni lepkovisu oni kod kojih pri stvrdnjavanju dolazi do hemijskih reakcija kojima nastaje nova materija koja se ni rastvaranjem, ni zagreavanjem ne vraća u stanje lepljivog rastora.

Podela prema udelu sila kohezije i adhezije

Prema udelu sila kohezije i adhezije lepkovi mogu biti prionjivi, kontaktni i čvrsti.

Prionjivi lepkovi

Prionjivi lepkoviimaju veliku adheziju i malu koheziju pa se spojeni delovi mogu rastaviti bez oštećenja, jer se sloj lepka može strgnuti u obliku folije.

Kontaktni lepkovi

Kontaktni lepkoviilidodirni lepkoviimaju veliku adheziju i srednju koheziju, pa se pri pokušaju rastavljanja zajedno sa slojem lepka otrgne i deo površinskog sloja spojenih delova.

Čvrsti lepak ili hemijski reaktivni lepak

Čvrsti lepak ima visoku koheziju i vrlo visoku adheziju, tako da se nakon vezivanja pretvaraju u čvrstu materiju i stvaraju nerastavljiv spoj. Za gradnjumašinai uređaja uglavnom su važni samo čvrsti lepkovi.

Čvrsti lepkovi su izrađeni od veštačkihsmolana bazifenola,ureje,melamina,epoksida,poliestera i drugog. Upotrebljavaju se u tečnom stanju, u obliku paste ili u čvrstom stanju (kao folije). Otvrdnjavaju u hladnom stanju na sobnoj temperaturi (hladni lepkovi), ili na 80 do 200 ºC (topli lepkovi). Mnogi lepkovi su ujedno hladni i topli, pa se mogu koristiti po izboru hladno ili toplo. Zavisno od vrste lepka, vezivanje ili otvrdnjavanje se vrši obično pomoću pritiska na mestu spoja.

Treba razlikovati jednokomponentne i dvokomponentne lepkove. Koddvokomponentnog lepkamora se prvoj komponenti dodati otvrđivač (druga komponenta), koji dovodi do otvrdnjavanja i određuje vreme otvrdnjavanja.Jednokomponentni lepakotvrdnjava bez dodavanja otvrđivača.

Postupak lepljenja

Moguća pojava grešaka na lepljenom spoju.

Od izvanrednog značenja za izdržljivost lepljenog spoja je stanje površine koja se lepi. Adhezione sile samo su onda delotvorne ako je površina prijanjanja čista, išmirglana i odmašćena.Hrapavljenjepovećava površinu prijanjanja stvaranjem udubljenja i uzvišenja. Površinemetalaohrapavljuju se finim četkama, brušenjem finim brusnim papirom ili peskarenjem, a čiste se i odmašćuju trihloretilenom, perhloretilenom ili ugljeničnim tetrahloridom (izložene delovanju pare ili uronjene u paru), teacetonomibazamaili lužinama (uronjeno). Površine obrađivane silikonskim pastama ili sredstvima ne mogu se više lepiti.

Sloj lepka treba da bude što tanji, teoretski trebalo bi da bude jednak debljinimolekula,jer su adhezione sile u većini slučajeva veće od kohezionih sila.Čvrstoćaspoja opada stoga s porastom debljine sloja lepka. Kod čvrstih lepaka sa omrežavanjem menja se struktura lepka za vreme otvrdnjavanja, a nastaje i skupljanje pri tome, koje se kreće od 0,5 do 10%zapreminelepka. U debljim slojevima lepka javljaju se unutarnjenapetosti,koje još i dalje snižavaju čvrstoću. Čvrsta lepljenja s omrežavanjem otporna generalno su premavodi,rastvorima,bazama,benzinu,benzolu,alkoholuietru.

Čvrstoća lepljenog spoja

Budući da su vlačna i smičnačvrstoćalepljenog spoja puno manje od onih kodmetala,potrebna je prilično velika površina lepljenja. Najpovoljnijom dužinom lepljenja pokazala se dužina odl= 20 do 25s(s– debljina lima). Spojevi sastavljeni odaluminijumskihdelova daju najveću čvrstoću. Slede po redu spojevi odčeličnih,bakrenihimesinganihdelova. Najviša čvrstoća postizava se slojem lepka debljine 0,1 do 0,3mm,a pri debljini sloja lepka od 1 mm pada čvrstoća na oko 60%. Čvrstoća se smanjuje tokom vremena i zbog starenja lepka, a zaustavlja se negde na 70 do 80% početne čvrstoće. Lepljene spojeve treba oblikovati po mogućnosti tako da su izloženi smičnom naprezanju.

Lepljeni spojevi naročito su osetljivi na ljuštenje, pa se takva naprezanja moraju izbegavati. Na višim radnimtemperaturamaopada čvrstoća lepljenih spojeva.

Primena lepka

Primena lepka u poslednjih 30 godina povećala se za više od 2,5 puta i vrlo je raširena, od domaćinstva do mnogobrojnih industrijskih grana (automobilska, vazduhoplovna, građevinska, elektronska, papirna, tekstilna, obućarska industrija).

Lepljenjem se mogu međusobno spajati nemetalni delovi (od papira, kože, tkanine, drva, stakla, kamena, keramike, porculana, gume, polimernog materijala) i metalni delovi (najčešće od aluminijuma i njegovih legura, bakra i njegovih legura i čelika). Mogućnost spajanja delova od potpuno različitih materijala najvažnija je prednost lepljenja. Najbolji su rezultati pri lepljenju metalnih delova postignuti kod tankih delova, a posebno onih od aluminijumskih legura. Lepljenje je čest postupak u optici za izradbu složenih leća kada se traži da otvrdnuti lepak bude proziran, bezbojan i saindeksom prelamanjasvetlostipribližno jednakim onom koji imastaklozasočiva.

Literatura

• Todd, Robert H.; Allen, Dell K.; Alting, Leo (1994).Manufacturing Processes Reference Guide.Industrial Press Inc.ISBN978-0-8311-3049-7.
• Ebnesajjad, Sina "History of Adhesives".Handbook of Adhesives and Surface Preparation:Technology, Applications and Manufacturing.Amsterdam:Elsevier.2010.ISBN9781437744613..
• Kinloch, Anthony J.Adhesion and Adhesives: Science and Technology.London:Chapman and Hall.1987.ISBN978-0-412-27440-4.
• Lau, John H.; Wong, C. P.; Lee, Ning-Cheng; Lee, S. W. Ricky (2002).Electronics Manufacturing: With Lead-free, Halogen-free, and Conductive-adhesive Materials.McGraw-Hill Professional.ISBN978-0-07-138624-1.
• Mittal, K.L., A. PizziHandbook of Adhesive Technology.New York:Marcel Dekker.2003.ISBN978-0-8247-0986-0.

Spoljašnje veze

• Web dedicated about adhesive science
• Educational portal on adhesives and sealantsАрхивиранона сајтуWayback Machine(18. август 2020)
• RoyMech: The theory of adhesive bonding
• 3M's Adhesive & Tapes Classification
• Database of adhesives for attaching different materials