Клеями люди пользуются несколько тысячелетий. Но почему клей клеит — знают немногие.
А большинство людей даже не подозревает, что можно клеить совсем без клея. Например, возьмем две стеклянные или стальные отполированные пластинки с идеально плоской поверхностью. Положим их друг на друга. Они слипнутся, и так плотно, что их почти невозможно разъединить. Молекулы поверхностного слоя одной пластинки войдут в соприкосновение с молекулами другой. Между ними возникнут силы молекулярного сцепления, и два куска станут одним куском.
Это явление называется оптическим контактом. Им пользуются при изготовлении точных оптических приборов.
Но так удается соединять только идеально ровные, так называемые плоско-параллельные поверхности. Неровные, шероховатые поверхности дерева, бумаги, картона, кожи, резины, металла не слипаются, как бы сильно их ни сдавливали.
Между поверхностями остаются маленькие подвижные молекулы воздуха, которые мешают их соединению. Следовательно, воздух надо удалить, заменив его другим веществом. Однако не всякое вещество годится для этой цели. Можно для опыта смочить водой или маслом две стеклянные пластинки или две спички. Они слипнутся, но их легко разъединить.
Молекулы воды, масла, спирта, ртути и вообще всех жидкостей очень подвижные. Силы сцепления между ними малы, и поэтому служить «сцепщиками» для других молекул они ни в коем случае не могут. Нельзя требовать прочности от того, что по природе своей непрочно.
Следовательно, клеить можно только твердыми веществами в растворенном или в расплавленном виде.
Горячее жидкое олово наносят на место соединения двух медных или железных предметов.
Молекулы расплавленного припоя подвижны. Олово затекает в щель между предметами. Оно заполняет все неровности, и если поверхность чиста, то прилипает к ней. Молекулы припоя сцепляются с молекулами меди или железа и, застывая, плотно скрепляют соединяемые поверхности.
Иное дело, когда в качестве клея применяются органические вещества — смолы, гуммиарабик, каучук, столярный клей, желатин, яичный белок, крахмал и т. п.
Молекулы этих веществ имеют форму нитей или цепочек. Все они велики, мало подвижны и без помощи маленьких молекул воды или растворителя к активным действиям неспособны. Но в растворе они прекрасно справляются со своей задачей.
Плитку столярного клея кладут на ночь в воду. Клей набухает, превращаясь в слизистую массу. Эту массу подогревают. Молекулы коллагена — вещества, из которого состоит столярный клей, приобретают большую подвижность. Клей становится жидким. Им смачивают склеиваемые поверхности.
Молекулы коллагена проникают в поверхностный слой дерева, картона или бумаги.
Они как бы ввинчиваются между молекулами дерева, сцепляются с ними и между собой.
Клей остывает, его молекулы теряют подвижность. Частицы воды, выполнив свою роль провожатых, улетучиваются. Клей высыхает, образуя между склеиваемыми поверхностями тонкую пленку твердого вещества. Образовавшаяся пленка надежно прилипает к склеиваемым поверхностям.
Но из этого примера следует, что клей успешно выполнит свою задачу, если он хорошо смачивает поверхности склеиваемых изделий и его молекулы проникают в глубь поверхности слоя.
Далеко не всякое клеящее вещество способно прилипать к другим материалам.
Напрасно пытаться резиновым клеем соединить два куска дерева, а крахмальным склеить разбитый стакан.
Для склеивания различных материалов нужны разные клеи, способные прилипать к этим материалам, потому что силы сцепления между молекулами различных веществ неодинаковы.
Резиновый клей склеивает кожу и резину, растворы смол, стекло, столярный клей — дерево и бумагу и т. д.
Недостатком большинства клеевых веществ, какие были известны в старину, являлось то, что их молекулы могут выполнять свою роль только в сопровождении молекул воды или другого растворителя. Поэтому все «предметы, склеенные столярным, мездровым, вишневым, рыбным и тому подобными клеями, боятся воды.
Современная техника дала нам богатый выбор разнообразных клеев.
Старые клеевые вещества могли служить только помощниками или заменителями гвоздей.
Новые клеи, изобретенные химиками, держат крепче гвоздей. Они тоже пропитывают волокна склеиваемого материала. Но, в отличие от старых клеев, их линейные молекулы способны соединяться в неразрушимую и очень прочную решетку. Такие клеи, как говорят химики, полимеризуются, их пленки значительно прочнее. Они держат лучше старых клеев.
С помощью этих клеев из тоненьких досок склеивают балки толщиной до одного метра и произвольной длины. Поверхность досок смазывают резолом, предварительно разбавленным ацетоном или спиртом. Доски укладывают стопкой и сжимают под прессом при небольшом давлении — 2—3 килограмма на квадратный сантиметр.
Резол превращается в резит. Доски склеиваются настолько прочно, что готовый брус раскалывается только по древесине, а не в местах склейки.
Превращение резола в резит происходит не при 140—160 градусах, как обычно, а при комнатной температуре (16—18 градусов). Быстрое отвердение смолы происходит потому, что ее предварительно смешивают с катализатором. Лучшим катализатором является вещество, изобретенное советским ученым — профессором Г. С. Петровым. Этот катализатор изготовляют из отходов нефти, обрабатываемых серной кислотой. Он называется контактом Петрова.
Испокон веков клей был исключительно помощником столяров, переплетчиков, сапожников. Новые пластмассовые клеи стали служить не только ремесленникам, они пригодились и инженерам—строителям крупных сооружений. Так, например, был склеен железнодорожный мост длиною 175 метров. Девятиметровые балки для этого моста склеивали резолом из дюймовых досок.
Новые клеящие вещества оказались незаменимыми в строительстве шлюпок, яхт, мелких речных и морских судов.
На шаблон, имеющий форму будущей яхты или шлюпки, накладывают несколько слоев древесного шпона или ткани, пропитанной искусственной смолой.
Шаблон с наложенным на него материалом, обтягивают резиновой рубашкой, как чемодан чехлом, и погружают в котел — автоклав. В котел впускают сжатый воздух, пар или воду под давлением 5 атмосфер. Сжатый воздух давит на резиновую рубашку, прижимает листы шпона или ткани к шаблону. Бруски, из которых изготовлен шаблон, имеют отверстия для отсасывания воздуха. Давление внутри шаблона падает. Разница давлений обеспечивает хорошее склеивание материала.
Резол превращается в резит. Образуется слоистый пластик. Шаблон вынимают из котла. Изделие освобождают от резиновой рубашки, и с шаблона снимают готовый корпус шлюпки. Он изготовлен весь целиком, как скорлупа грецкого ореха. Поэтому такие конструкции называются скорлупными.