W nowoczesnej technice motoryzacyjnej kleje mają coraz szerszy zakres zastosowania. Używa się ich zarówno do mniej odpowiedzialnych złącz (mocowanie znaków firmowych i napisów na nadwoziach, mocowanie wykładzin wygłuszających, elementów wykończenia wnętrza, różnego rodzaju listew ozdobnych), jak również do połączeń bardziej odpowiedzialnych (szyb i niektórych fragmentów nadwozia). Coraz częściej kleje stosuje się w różnego rodzaju mechanizmach (np. w połączeniach śrubowych do zabezpieczania przed odkręcaniem elementów łączonych oraz do uszczelniania gwintu).

Zalety i wady połączeń klejonych

Połączenia klejone w porównaniu z innymi metodami łączenia mają następujące zalety:

• przenoszą obciążenia na większej powierzchni (dzięki czemu są one bardziej odporne na odkształcenia i drgania),
• tworzą uszczelnienie, eliminując zjawisko korozji, na które narażone są połączenia mechaniczne,
• są łatwiejsze w wykonaniu przy skomplikowanych kształtach łączonych elementów,
• umożliwiają połączenie bardzo małych części,
• umożliwiają połączenie różnych materiałów przy odmiennych ich grubościach (przy braku występowania zjawiska korozji elektrochemicznej),
• nie powodują zwiększenia masy łączonych elementów,
• nie wymagają przygotowywania elementów łączonych powiązanego ze zmianą ich kształtu i wymiarów oraz obróbki po wykonaniu połączenia.

Do wad połączeń klejonych zaliczyć trzeba:

• czasochłonność wykonania połączenia (przygotowania powierzchni elementów),
• trudną do określenia (obliczenia), wymagającą ustalenia doświadczalnego wytrzymałość złącza,
• dość utrudniony demontaż.

Wybór odpowiedniego kleju do danego rodzaju złącza zależy od:

• wytrzymałości połączenia,
• temperatury pracy,
• odporności termicznej (ciepło i wilgoć są najbardziej niszczącymi czynnikami dla większości klejów),
• odporności na czynniki zewnętrzne (środowiska pracy),
• odporności na uderzenia (elastyczności),
• materiału łączonych elementów,
• wielkości maksymalnej szczeliny pomiędzy elementami łączonymi,
• szybkości utwardzania,
• lepkości kleju.

Założenia konstrukcyjne

Cechą charakterystyczną połączeń klejonych jest to, że są dość odporne na naprężenia ścinające, lecz nieodporne na naprężenia rozrywające. Dlatego też przy konstruowaniu połączeń klejonych należy eliminować tego rodzaju naprężenia. Przy tworzeniu konstrukcji złącza klejonego trzeba również pamiętać o zamknięciu mechanicznym. Należy więc mieć na uwadze, że:

• siła rozrywająca złącza zakładkowego wzrasta proporcjonalnie do jego szerokości,
• siła rozrywająca nie jest proporcjonalna do długości złącza, czyli jego powierzchni,
• sztywność części łączonych i warstwy kleju wpływa pozytywnie na wytrzymałość złącza.

Na trwałość połączenia klejonego bardzo istotny wpływ ma odpowiednie przygotowanie powierzchni. Jest to zdecydowanie najważniejszy etap całego procesu technologicznego klejenia. Prawidłowe wykonanie tej części procesu klejenia wpływa nie tylko na wstępną wytrzymałość złącza, lecz również na długotrwałą odporność na czynniki zewnętrzne środowiska, w którym pracuje. Aby złącze nie ulegało odklejaniu się w sposób nieprzewidywalny, na powierzchni elementów klejonych musi być spełniony warunek zwilżenia ich klejem, a to zapewnia tylko odpowiednie przygotowanie powierzchni. Proces ten musi obejmować przede wszystkim odtłuszczenie powierzchni i usunięcie jakichkolwiek pokryć, których wytrzymałość jest mniejsza niż wykonywanego połączenia klejonego.

W przypadku łączenia metali lub tworzyw sztucznych jako proces przygotowania powierzchni stosowane jest zmatowienie – zabieg ma za zadanie zwiększenie przyczepności. Kolejnym krokiem jest ułożenie na tej powierzchni warstwy kleju i dociśnięcie elementu zamykającego połączenie.

Kleje jako uszczelnienia

Uszczelniacze można podzielić w zależności od zakresu ich stosowania i charakterystyki połączenia. W warsztacie często stosuje się zabezpieczenia połączeń gwintowych, ale te należy podzielić na zabezpieczenia przed odkręceniem, które nie muszą być szczelne, oraz uszczelnienia połączeń gwintowych, które muszą charakteryzować się szczelnością gazową. Co ciekawe na rynku dostępne są nawet uszczelnienia w płynie posiadające aprobaty do stosowania w instalacjach gazowych dla gazu ziemnego i LPG.

Uszczelnianie połączeń kołnierzowych jest domeną uszczelniaczy, które oprócz postaci płynnej występują w postaci masy. Wielkość uszczelnianej szczeliny w tym przypadku nie powinna przekraczać 3 mm, co jest wartością absolutnie wystarczającą podczas standardowych prac warsztatowych. Uszczelka taka po utwardzeniu i podczas kolejnej rozbiórki elementów daje się usunąć. Te uszczelniacze są wykonane na bazie silikonowej lub anaerobowej. Pierwsza gwarantuje odporność na zmiany temperatury i warunki chemiczne oraz elastyczność, druga zaś ma zastosowanie w przypadkach uszczelniania powierzchni bardzo płaskich i dobrze przylegających, ale narażonych na działanie olejów, paliw bądź innych płynów.

Ciekawym zastosowaniem tego typu związków chemicznych jest osadzanie bieżni łożysk w gniazdach, których stan odbiega od oryginału, czyli na przykład uszkodzonych po obróceniu się łożyska, bądź wyrobionych w trakcie wielokrotnych napraw. Ten rodzaj związków do osadzania łożysk wypełnia szczelinę między łożyskiem i gniazdem, zabezpiecza ją antykorozyjnie, uszczelnia, i zwiększa wytrzymałość złącza na obciążenia mechaniczne – czyli momenty obrotowe i ścinanie. W złączu zachowuje się jak wibroakustyczny tłumik drgań, co przedłuża żywotność połączenia oraz elementów zależnych od niego (na przykład łożysk kół zębatych w skrzyni biegów).

Jednak nie wszystko przebiega w sposób w pełni kontrolowany i w warsztacie czasem trzeba się zmierzyć z uzupełnieniem ubytku, który powstał na skutek wyłamania elementu lub jego uszczerbienia. Często szczelina między jakimiś elementami jest na tyle duża, że zastosowanie tradycyjnych metod nie zdaje egzaminu. W tym przypadku konieczne staje się użycie dwuskładnikowej żywicy epoksydowej, którą można uzupełniać ubytki w szkle, metalu, twardych tworzywach sztucznych, a nawet porcelanie, kamieniu i drewnie. Tego typu połączenie jest aktywowane chemicznie przez zmieszanie podczas aplikacji dwóch składników.

Podobnym połączeniem jest klej na bazie żywicy metakrylowej. Pozwala on na bardzo trwałe połączenie elementów metalowych, szklanych i ich kombinacji z innymi materiałami. Sposób jego aplikacji jest odmienny niż w przypadku żywic epoksydowych i polega na tym, że jednym składnikiem pokrywa się jedną z klejonych powierzchni, a drugim – drugą. Po złączeniu ich klej zostaje zaktywowany do wiązania. Szczelina między materiałami klejonymi w tym przypadku nie powinna przekraczać 1 mm.

W zakresie klejenia szkła najbardziej odpowiednie jest użycie klejów aktywowanych promieniami ultrafioletowymi (UV). Te jednoskładnikowe kleje zapewniają bezbarwne połączenie i jego bardzo wysoką wytrzymałość. Kleje tego typu są odporne na wodę i związki chemiczne oraz wytrzymują temperatury nawet do 120°C.

Podczas klejenia powierzchni konieczne jest ich odpowiednie przygotowanie. Do tego celu służy cała gama pobocznych związków chemicznych, które bardzo pomagają w obchodzeniu się z klejami. Należą do nich między innymi rozpuszczalniki i modyfikatory powierzchniowe zmieniające strukturę powierzchni przez obniżenie napięcia powierzchniowego i samych materiałów klejonych. Ma to konkretne zastosowanie na przykład w przypadku łączenia elementów trudno sklejalnych, takich jak polipropylen, gumy termoplastyczne czy PTFE i gumy silikonowe.

Dla klejów cyjanoakrylowych przewidziano aktywator, który przygotowuje powierzchnię i działa utwardzająco na klej. Generalnie gama aktywatorów działa przyspieszająco na proces wiązania klejów cyjanoakrylowych i anaerobowych.
Jednym z ważniejszych środków chemicznych podczas pracy ze specjalistycznymi klejami i uszczelnieniami jest zmywacz do kleju. Pozwala on na dokładne oczyszczenie klejonych powierzchni oraz ewentualnie palców, którymi bardzo łatwo jest dotknąć klejonych elementów.

Klejenie w nadwoziu

Największy problem z rzemieślniczego punktu widzenia polega na tym, że naprawiane miejsce powinno być czyste i odtłuszczone. Ponadto stare i nowe części blach muszą być do siebie dokładnie dopasowane zanim zostaną sklejone. Znane dobrze „dociskanie” blachy, możliwe podczas spawania, nie może mieć miejsca podczas klejenia. Aby zagwarantować dopasowanie i bezpieczeństwo połączenia klejonego, specjaliści Opla zalecali kiedyś dodatkowe nitowanie klejonej krawędzi, przy czym otwory nitów miały być zagłębione. Utrudnieniem był wówczas stosowany klej, który służył jednocześnie jako masa szpachlowa. Czasami po kilku miesiącach lakier zapadał się na naprawionych miejscach. Dochodziło do tego, jeżeli nie zachowywano czasów utwardzania i odparowania kleju czy masy szpachlowej. Pozostałe rozpuszczalniki powoli odparowywały przez nałożoną warstwę lakieru. W takich przypadkach upływało kilka miesięcy, zanim klej czy też masa szpachlowa zapadały się z powodu parującego rozpuszczalnika.

Nadal obowiązuje zasada, że fizyczny „słaby punkt” połączenia klejonego to niska odporność na „złuszczanie” na krawędziach połączenia. Aby na tych miejscach prawidłowo utworzyć połączenie klejowe, konieczne jest połączenie mechaniczne. Można tego dokonać za pomocą śrub, nitów lub spawania punktowego. Ponieważ nitowanie jest procesem kosztującym wiele pracy, na potrzeby szybkiego spawania punktowego opracowano dający się spawać klej do szybkiego zastosowania w zgrzewaniu punktowym. W serii 5 BMW używa nowej konstrukcji mieszanej karoserii, która opiera się na połączeniu stali i aluminium. Chodzi o zespolenie przedniej konstrukcji aluminiowej z resztą karoserii ze stali w obszarze słupka A. Stal i aluminium posiadają różne współczynniki rozszerzalności cieplnej. Dzięki 50-milimetrowym odstępom między nitami tłoczonymi szczyty naprężeń i odkształcenia mieszczą się w dopuszczalnych granicach. Stal i aluminium posiadają także różne potencjały elektrochemiczne. Aluminium nie może tworzyć ochronnej warstwy tlenkowej w przypadku kontaktu odsłoniętych miejsc – aluminium zostałoby zniszczone przez korozję. Dlatego też, aby zapewnić odporność na korozję, elementy w miejscach kontaktu pokryto nowo opracowanym izolującym klejem. Niskie obciążenia w przypadku zderzeń, czyli lekkie „stuknięcie” przy prędkości do 4 km/h i wypadki do 15 km/h wymagają tylko prostych zabiegów naprawczych. W takich przypadkach wystarcza użycie „zimnych” technik łączenia: skręcania śrubami, klejenia i łączenia nitami tłoczonymi.

Na podstawie informacji firmy Henkel, Loxeal, BMW