Лепак

Лепак или адхезив је материја која служи за спајање пријањањем делова из истих или различитих материјала (лепљење), то јест за њихово спајање стварањем везног филма међу слепљеним површинама. Лепљење се заснива на физичком принципу адхезије (силе привлачења на сучељу два материјала) и кохезије (међумолекуларне силе у самом лепку). Разни придеви се могу користити уз реч „лепак” ради описивања својстава на темељу физичке или хемијске форме материје, врсте спојених материјала или услова под којима се примењује.

Нитроцелулозни лепак.

Основа је лепљења квашење површина лепком те накнадно очвршћивање слепљеног споја. Квашење површине зависи од напетости површине и равнотежног контактног угла који се успоставља између чврсте површине материјала, текућег лепика и ваздуха. Теорија лепљења врло је сложена, јер притом учествује низ чиниоца који се односе на својства површина које се лепе (хемијска активност, хидрофилност или хидрофобност, чистоћа, храпавост површине, хомогеност), на својства лепика (површинска напетост, вискозност, поларност, киселост или базност, брзина сушења) те физичка и механичка својства створеног везног филма. Лепила се у облику вискозне течности наносе у танком слоју на једну или на обе површине које се слепљују, каткад уз повишени притисак. Сушењем лепка ствара се након неког времена адхезијска веза и постиже максимална чврстоћа слепљеног споја, због испаравања медија у којем се лепак примењује (вода или органски растварач) или пак хемијском реакцијом материја садржаних у лепку.

Очвршћивање лепила траје одређено време, такозвано време очвршћивања. Лепак спаја делове након завршетка једног од ових процеса:

• кад из лепка испари растварач па се лепак очврсне (физичка промена);
• када лепак пређе из раствореног у чврсто агрегатно стање (физичка промена);
• када се у лепку догоде хемијски процеси па се лепак очврсне (хемијска и физичка промена).

Лепљење се може извести на собним или на повишеним температурама. Лепити се међусобно могу делови од истородних и разнородних материјала.

Предности и недостаци лепка

Ледени човек или Еци из Тирола је користио брезину смолу као лепак за своје оружје пре око 5.300 година.

Лепак служи за спајање пријањањем делова из истих или различитих материјала (лепљење). Лепљење се заснива на физичком принципу адхезије (силе привлачења на сучељу два материјала) и кохезије (међумолекуларне силе у самом лепку).

Предности лепка су:

• за спој је потребно мало простора и нису потребне рупе или високе температуре;
• напрезања се једнолико распоредују на великим површинама. Делови могу бити тањи;
• спојеви су непропусни, отпорни на корозију и не мењају својства материјала;
• еластичност лепка може надокнадити топлотно истезање, те ублажити ударце и вибрације;
• једноставна серијска производња.

Недостаци лепка су:

• мала чврстоћа;
• неки кориштени материјали могу бити отровни;
• нису постојани на вишим температурама;
• јављају се појаве старења и пузања;
• могу бити осетљиви на влагу;
• могу бити потребни уређаји за стезање;
• време споја може бити дуго, а потребна припрема скупа.

Историја

Најстарији докази о кориштењу лепка постоје од пре 200.000 година, где је камени врх копља лепљен за дрвену дршку с катраном добијеним од брезине коре, који је пронађен у централној Италији. Кориштење мешавина лепка за лепљење камених дршки копља за дрво потиче од пре 70.000 година, што је пронађено у пећини Сибуду у Јужној Африци, а кориштена су биљни лепкови и црвени окер. Ледени човек, или Оетзи, из Тирола је користио брезину смолу као лепак за своје оружје пре око 5300 година.

За време старог Бабилона, пре око 6000 година, кориштени су лепкови од животињских костију за лепљење керамике, и кориштен је асфалт за лепљење камених кипова. Пре око 5000 година, Сумерани користе лепак добијен из животињске коже, што су касније преузели стари Египћани, а користили су га за лепљење намјештаја, слоноваче и папируса. Осим тога, користили су и восак за израду лепка. Монголи су користили лепак за израду својих кратких лукова. Индијанци са истока САД су користили смесу смрекове смоле и масти за израду лепка, што су посебно употребљавали код израде водонепропусних кануа.

У Средњем веку у Европи, користило се беланце из јајета за израду украсних пергамената са златним листићима. Прва права производња лепка је започела у 18. веку у Холандији. Око 1750. Британци израђују рибљи лепак. Након тога за израду лепка се користи мноштво других материјала, као што су кости, скроб, рибља кожа и мехури, казеин (беланчевина из млека) се користио као лепак за дрво и други. Од половине 19. века у медицини се почињу користити фластери (лепљење засновано на природном каучуку). 1909. су израђена прва синтетичка полимерна лепила. Око 1940. започиње употреба првих лепила за метале у ваздухопловству.

Врсте лепка

Пиштољ за топле лепкове

Животињски лепак у зрну

Према свом пореклу разликују се лепкови на основу природних сировина (биљни и животињски лепак) те синтетски лепкови. Најважнији биљни лепкови су скробни, декстрински, лепак од каучуковог латекса и природних смола, а животињски лепкови су туткала (од прерађених костију и коже) и казеински лепкови (добијени загреавањем казеина са алкалијама).

Синтетички лепак

Синтетички лепкови, која данас превладавају у примени, темеље се на употреби различитих полимерских материјала, који су основно везиво у лепку. Они се разликују према саставу, начину стварања кохезијских и адхезијских веза и подручју примене, а у поређењу са природним лепковима одликују се јачом адхезијом према већем броју различитих материјала, прикладнијом применом и бржим деловањем те бољим уклапањем у изглед производа. Главне су врсте синтетских лепкова, према начину спајања, реакцијски, топљиви, контактни, дисперзијски и лепкови у раствору.

Чврсти лепак или реакциони лепак

Реакциони лепик лепи на темељу хемијске реакције; једнокомпонентни лепкови стварају чврсти филм хемијском променом једне компоненте под деловањем топлоте, ултраљубичастог зрачења или чак влаге (на пример цијаноакрилатни лепкови врло брзог деловања), а двокомпонентни (на пример епоксидни, полиуретански, фенолни и урејске смоле) хемијском реакцијом између две компоненате, чиме настаје веза довољно чврста и за спајање и конструкцијских елемената многих производа.

Чврсти лепкови имају високу кохезију и врло високу адхезију. Они се након везивања претварају у чврсту материју и стварају нерастављив спој. За градњу машина и уређаја углавном су важни само чврсти лепкови. Чврсти лепкови су израђени од вештачких смола на бази фенола, уреје, меламина, епоксида, полиестара и другог. Употребљавају се у течном стању, у облику пасте или у чврстом стању (као фолије). Отврдњавају у хладном стању, на собној температури (хладни лепкови) или на 80 до 200 ºC (топли лепкови). Многи су лепкови уједно хладни и топли, па се могу користити по избору хладно или топло. Зависно од врсте лепика, везивање или отврдњавање се врши обично помоћу притиска на месту споја. Треба разликовати једнокомпонентна и двокомпонентне лепкове. Код двокомпонентног лепка мора се првој компоненти додати отврђивач (друга компонента), који доводи до отврдњавања и одређује време отврдњавања. Једнокомпонентни лепак отврдњава без додавања отврдивача. За отврдњавање топлих лепака, за разлику од хладних лепака, потребно је много веће новчано улагање за сушионице, плоче са грејачима и направе. Али без обзира на трошкове, топли лепкови се доста користе јер постижу пуно већу чврстоћу залепљеног споја. Један мањи до чврстих лепкова преставља у ствари растворе макромолекуларних материја, док већина осталих чврстих лепака отврдњавају једним неповратним поступком умрежавања. То значи да се у току реакције стварају многочлани макромолекули и одређују њихов просторни међусобни размештај.

Пријањајући лепак

Пријањајући лепак има високу адхезију и малу кохезију, а спојени делови се могу без оштећења опет раздвојити.

Контактни лепак

Контактни лепак има средње високу кохезију и високу адхезију, а спојени делови се углавном не могу опет раздвојити без оштећења.

Топљиви лепкови

Топљиви лепкови наносе се у загрејаном, растопљенов стању и вежу охлађивањем (на пример кополимер етилена и винил-ацетата, полипропилен, полиамиди), а примењују се у индустрији намештаја, амбалажи, паковању те књговезивању.

Дисперзијски лепкови

Дисперзијски лепкови састоје се од водених дисперзија, на пример акрилата или полиуретана, и прикладни су за лепљење многих материјала (папир, дрво, текстил и друго).

Лепкови у раствору

Лепкови у раствору састоје се на пример од раствора полихлоропрена, полиуретана или поли(винил-ацетата) у органским растворима као што су естери, кетони и угљеноводоници (такозвани универзални лепкови за различите материјале). Механизам лепљења укључује својствено адхезијско везивање материјала који се лепи и кохезијско очвршћивање уз испаравање растварача.

Подела према бити промена у лепку

Према бити промена у лепку разликују се повратни и неповратни лепкови.

Повратни лепкови

Повратни лепкови су они који се стврдну након испаривања растварача из лепљивог раствора или хлађења растопљеног лепка, то јест након физичке промене (они се враћају у стање лепљивог растворае кад им се дода растварач или, у другом случају, када се загревају).

Неповратни лепкови

Неповратни лепкови су они код којих при стврдњавању долази до хемијских реакција којима настаје нова материја која се ни растварањем, ни загреавањем не враћа у стање лепљивог растора.

Подела према уделу сила кохезије и адхезије

Према уделу сила кохезије и адхезије лепкови могу бити приоњиви, контактни и чврсти.

Приоњиви лепкови

Приоњиви лепкови имају велику адхезију и малу кохезију па се спојени делови могу раставити без оштећења, јер се слој лепка може стргнути у облику фолије.

Контактни лепкови

Контактни лепкови или додирни лепкови имају велику адхезију и средњу кохезију, па се при покушају растављања заједно са слојем лепка отргне и део површинског слоја спојених делова.

Чврсти лепак или хемијски реактивни лепак

Чврсти лепак има високу кохезију и врло високу адхезију, тако да се након везивања претварају у чврсту материју и стварају нерастављив спој. За градњу машина и уређаја углавном су важни само чврсти лепкови.

Чврсти лепкови су израђени од вештачких смола на бази фенола, уреје, меламина, епоксида, полиестера и другог. Употребљавају се у течном стању, у облику пасте или у чврстом стању (као фолије). Отврдњавају у хладном стању на собној температури (хладни лепкови), или на 80 до 200 ºC (топли лепкови). Многи лепкови су уједно хладни и топли, па се могу користити по избору хладно или топло. Зависно од врсте лепка, везивање или отврдњавање се врши обично помоћу притиска на месту споја.

Треба разликовати једнокомпонентне и двокомпонентне лепкове. Код двокомпонентног лепка мора се првој компоненти додати отврђивач (друга компонента), који доводи до отврдњавања и одређује време отврдњавања. Једнокомпонентни лепак отврдњава без додавања отврђивача.

Поступак лепљења

Могућа појава грешака на лепљеном споју.

Од изванредног значења за издржљивост лепљеног споја је стање површине која се лепи. Адхезионе силе само су онда делотворне ако је површина пријањања чиста, ишмирглана и одмашћена. Храпављење повећава површину пријањања стварањем удубљења и узвишења. Површине метала охрапављују се финим четкама, брушењем финим брусним папиром или пескарењем, а чисте се и одмашћују трихлоретиленом, перхлоретиленом или угљеничним тетрахлоридом (изложене деловању паре или уроњене у пару), те ацетоном и базама или лужинама (уроњено). Површине обрађиване силиконским пастама или средствима не могу се више лепити.

Слој лепка треба да буде што тањи, теоретски требало би да буде једнак дебљини молекула, јер су адхезионе силе у већини случајева веће од кохезионих сила. Чврстоћа споја опада стога с порастом дебљине слоја лепка. Код чврстих лепака са омрежавањем мења се структура лепка за време отврдњавања, а настаје и скупљање при томе, које се креће од 0,5 до 10% запремине лепка. У дебљим слојевима лепка јављају се унутарње напетости, које још и даље снижавају чврстоћу. Чврста лепљења с омрежавањем отпорна генерално су према води, растворима, базама, бензину, бензолу, алкохолу и етру.

Чврстоћа лепљеног споја

Будући да су влачна и смична чврстоћа лепљеног споја пуно мање од оних код метала, потребна је прилично велика површина лепљења. Најповољнијом дужином лепљења показала се дужина од л = 20 до 25 s (s – дебљина лима). Спојеви састављени од алуминијумских делова дају највећу чврстоћу. Следе по реду спојеви од челичних, бакрених и месинганих делова. Највиша чврстоћа постизава се слојем лепка дебљине 0,1 до 0,3 mm, а при дебљини слоја лепка од 1 mm пада чврстоћа на око 60%. Чврстоћа се смањује током времена и због старења лепка, а зауставља се негде на 70 до 80% почетне чврстоће. Лепљене спојеве треба обликовати по могућности тако да су изложени смичном напрезању.

Лепљени спојеви нарочито су осетљиви на љуштење, па се таква напрезања морају избегавати. На вишим радним температурама опада чврстоћа лепљених спојева.

Примена лепка

Примена лепка у последњих 30 година повећала се за више од 2,5 пута и врло је раширена, од домаћинства до многобројних индустријских грана (аутомобилска, ваздухопловна, грађевинска, електронска, папирна, текстилна, обућарска индустрија).

Лепљењем се могу међусобно спајати неметални делови (од папира, коже, тканине, дрва, стакла, камена, керамике, порцулана, гуме, полимерног материјала) и метални делови (најчешће од алуминијума и његових легура, бакра и његових легура и челика). Могућност спајања делова од потпуно различитих материјала најважнија је предност лепљења. Најбољи су резултати при лепљењу металних делова постигнути код танких делова, а посебно оних од алуминијумских легура. Лепљење је чест поступак у оптици за израдбу сложених лећа када се тражи да отврднути лепак буде прозиран, безбојан и са индексом преламања светлости приближно једнаким оном који има стакло за сочива.

Литература

• Тодд, Роберт Х.; Аллен, Делл К.; Алтинг, Лео (1994). Мануфацтуринг Процессес Референце Гуиде. Индустриал Пресс Инц. ИСБН 978-0-8311-3049-7. 
• Ебнесајјад, Сина "Хисторy оф Адхесивес". Хандбоок оф Адхесивес анд Сурфаце Препаратион:Тецхнологy, Апплицатионс анд Мануфацтуринг. Амстердам: Елсевиер. 2010. ISBN 9781437744613..
• Кинлоцх, Антхонy Ј. Адхесион анд Адхесивес: Сциенце анд Тецхнологy. Лондон: Цхапман анд Халл. 1987. ISBN 978-0-412-27440-4.
• Лау, Јохн Х.; Wонг, C. П.; Лее, Нинг-Цхенг; Лее, С. W. Рицкy (2002). Елецтроницс Мануфацтуринг: Wитх Леад-фрее, Халоген-фрее, анд Цондуцтиве-адхесиве Материалс. МцГраw-Хилл Профессионал. ИСБН 978-0-07-138624-1. 
• Миттал, К.L., А. Пиззи Хандбоок оф Адхесиве Тецхнологy. Неw Yорк: Марцел Деккер. 2003. ISBN 978-0-8247-0986-0.

Спољашње везе

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