Poradnik techniczny: Łączenie elementów balustrad stalowych klejem

1. Wprowadzenie techniczne

Łączenie elementów balustrad metodą adhezyjną (klejenie strukturalne) stanowi alternatywę dla klasycznych metod mechanicznych, takich jak spawanie TIG, MIG, skręcanie śrubami czy nitowanie. Technika ta opiera się na wytworzeniu spoiny adhezyjnej o wysokiej wytrzymałości mechanicznej, odporności chemicznej i stabilności wymiarowej w warunkach eksploatacyjnych balustrad zewnętrznych i wewnętrznych.

Połączenia klejowe w balustradach najczęściej realizuje się na elementach ze stali nierdzewnej AISI 304 lub 316, aluminium anodowanego, stal ocynkowana, a w pewnych wariantach także elementach szklanych laminowanych i kompozytowych. Podstawowe komponenty balustrady, które wymagają klejenia, to:

• Łączniki wklejane słupków w pochwyty

• Kolanka kątowe 90° – pełniące funkcję zmian kierunku poręczy

• Kolanka przegubowe – umożliwiające adaptację do krzywizn i niestandardowych geometrii

• Słupki nośne i pośrednie – łączone w systemach modułowych

Klejenie strukturalne umożliwia redukcję elementów ruchomych, minimalizuje deformacje wynikające z termicznej ekspansji metalu i eliminuje konieczność obróbki cieplnej materiału, która może osłabiać warstwę pasywną stali nierdzewnej.

---

2. Mechanika połączenia klejowego

2.1 Zasada działania spoiny adhezyjnej

Połączenie klejowe polega na przeniesieniu obciążeń mechanicznych poprzez siły adhezji i kohezji. Adhezja odpowiada za przyczepność kleju do powierzchni metalu, natomiast kohezja – za integralność samej masy kleju. W przypadku balustrad przemysłowych, gdzie projekt przewiduje obciążenia statyczne i dynamiczne do 300 kg/cm², kluczowe znaczenie ma równomierne wypełnienie szczeliny klejowej oraz brak mikropęknięć w warstwie kleju.

2.2 Obciążenia w połączeniach balustrad

Balustrady są narażone na następujące typy obciążeń:

1. Ściskanie osiowe – słupki podparte pionowo przenoszą ciężar użytkownika.

2. Zginanie boczne – przy uderzeniach lub przychwyceniu się użytkownika.

3. Moment skręcający – w przypadku kolanek przegubowych i zmian kierunku poręczy.

4. Obciążenia dynamiczne – drgania, wibracje, działania udarowe.

Połączenie klejowe musi być zaprojektowane w taki sposób, aby rozkładać te siły równomiernie na całą powierzchnię styku, eliminując lokalne koncentracje naprężeń.

---

3. Właściwości kleju epoksydowego TECHNICAL 300 kg

 

Linki do strony producenta

3.1 Skład chemiczny i właściwości fizyczne

Klej epoksydowy TECHNICAL 2x12 ml to dwuskładnikowy system epoksydowy, składający się z:

• Żywicy epoksydowej (A) – polimer termoutwardzalny o wysokiej lepkości, zapewniający kohezję i odporność chemiczną

• Utwardzacza (B) – aminowy katalizator inicjujący reakcję polimeryzacji w warunkach pokojowych

Parametry techniczne:

• Wytrzymałość na ścinanie: 300 kg/cm²

• Zakres temperatur pracy: od -30°C do +120°C

• Czas wstępnego utwardzania: 5 godzin w temperaturze 20–25°C

• Czas pełnego utwardzania: 24 godziny

• Odporność chemiczna: woda, środki czyszczące, promieniowanie UV

3.2 Mechanizm utwardzania

Polimeryzacja kleju zachodzi poprzez reakcję grup epoksydowych z aminami, tworząc sieć trójwymiarową. Utwardzanie przebiega egzotermicznie i jest zależne od:

• Temperatura otoczenia (wyższa skraca czas wiązania)

• Wilgotność względna (wpływ minimalny w przypadku stali nierdzewnej)

• Grubość spoiny (maksymalna optymalna: 0,2–0,5 mm dla pełnej wytrzymałości)

---

4. Procedury przygotowania powierzchni metalu

4.1 Oczyszczenie

Przed nałożeniem kleju powierzchnie stalowe muszą być wolne od wszelkich zanieczyszczeń, takich jak kurz, rdza, oleje maszynowe czy resztki smaru. Zalecane metody:

• Szlifowanie włókniną stalową lub papierem ściernym o gradacji 120–220, w celu usunięcia nierówności i zwiększenia przyczepności.

• Czyszczenie chemiczne przy użyciu alkoholu izopropylowego lub acetonu.

• Unikanie kontaktu rąk z powierzchnią po oczyszczeniu – tłuszcz ze skóry obniża adhezję.

4.2 Odtłuszczenie

• Proces odtłuszczania powinien obejmować całkowitą powierzchnię styku.

• Do odtłuszczenia stosuje się preparaty na bazie alkoholu lub specjalistyczne środki chemiczne do stali nierdzewnej.

• Po odtłuszczeniu powierzchnia musi być całkowicie sucha i wolna od rozpuszczalników.

4.3 Matowienie

• Delikatne matowienie zwiększa powierzchnię kontaktu kleju i poprawia wytrzymałość połączenia.

• Używa się papieru ściernego o gradacji 180–320 lub szczotek drucianych.

• Powierzchnia powinna być jednolicie matowa, bez błyszczących miejsc, które mogą ograniczyć adhezję.

4.4 Kontrola jakości powierzchni

• Powierzchnia powinna być sprawdzona wizualnie i dotykowo.

• W razie konieczności stosuje się testy adhezyjne próbne na małym elemencie.

• Powierzchnie uszkodzone, z ogniskami korozji lub niedokładnie oczyszczone, należy ponownie przygotować.

---

4.5. Aplikacja kleju wewnątrz rury

Zasada krytyczna: Klej epoksydowy należy nakładać wyłącznie do wnętrza rury lub profilu, a nie na zewnętrzne elementy, które będą wchodziły w połączenie.

Powody techniczne:

Minimalizacja wyciskania kleju: Podczas montażu elementy wchodzą w siebie pod naciskiem, a klej pozostawiony na zewnętrznej powierzchni zostanie częściowo wypchnięty i może powstać nierównomierna warstwa kleju.
Pełne wypełnienie szczeliny: Nakładając klej do wnętrza rury, klej równomiernie rozprowadza się w całej szczelinie podczas wprowadzania elementu docelowego, co zwiększa powierzchnię kontaktu adhezyjnego.
Zapobieganie tworzeniu pęcherzyków powietrza: Aplikacja wewnątrz rury minimalizuje uwięzienie powietrza, które mogłoby osłabić spoinę i wytworzyć mikrodefekty.
Estetyka wykończenia: Klej pozostaje niewidoczny, a nadmiar nie wypływa na zewnątrz, co jest szczególnie ważne w balustradach ze stali nierdzewnej widocznych na zewnątrz.
Procedura techniczna:
Napełnij wnętrze rury lub łącznika odpowiednią ilością kleju, tworząc równomierną warstwę na całej długości styku.
Wprowadź element docelowy powoli i pod lekkim kątem, aby klej mógł się równomiernie rozprzestrzenić w szczelinie.
Unieś lub obróć element w minimalnym stopniu tylko w celu równomiernego rozprowadzenia kleju – unikaj przesuwania, które mogłoby spowodować wyciskanie kleju na zewnątrz.
Zabezpiecz pozycję elementu i pozostaw do utwardzenia zgodnie z zaleceniami producenta kleju (ok. 5 godzin w temperaturze pokojowej).
Wskazówka: W przypadku elementów o dużej średnicy, stosowanie lekkiego wibratora ręcznego lub delikatnego uderzenia młotkiem gumowym może pomóc równomiernie rozprowadzić klej w szczelinie, bez jego wyciskania na zewnątrz.

---

5. Aplikacja kleju i wypełnianie szczelin

5.1 Technika nakładania

Klej należy nakładać do wnętrza rury, a nie na elementy, aby zapobiec wyciskaniu i nierównomiernemu rozprowadzeniu.
Używa się szpatułki wbudowanej w zestaw kleju epoksydowego.
Klej nakłada się w ilości wystarczającej, by wypełnić szczelinę 0,2–0,5 mm po wprowadzeniu elementu docelowego.

5.2 Wypełnianie kolanek i łączników

Podczas wprowadzania kolanek 90° i przegubowych należy zachować minimalny kąt wprowadzenia, aby klej równomiernie rozprowadził się po całej długości szczeliny.
Ważne jest unikanie przesuwania elementów po połączeniu, aby nie powstały pęcherzyki powietrza.

5.3 Eliminacja pęcherzyków powietrza

Pęcherzyki powietrza zmniejszają wytrzymałość połączenia.

Jeśli wystąpią, można delikatnie wstrząsnąć elementem lub użyć lekkiego wibratora ręcznego, by wypchnąć powietrze na zewnątrz szczeliny.

---

6. Metody docisku i unieruchomienia elementów

6.1 Siły docisku

Elementy należy dociskać równomiernie, aby klej rozprowadził się po całej powierzchni styku.

Należy unikać nadmiernego nacisku, który może wycisnąć klej na zewnątrz.

6.2 Użycie ścisków i uchwytów

Ściski, klamry lub statyczne uchwyty montażowe zapewniają stabilność elementów w czasie utwardzania.

Dla kolanek przegubowych i słupków modułowych stosuje się indywidualne mocowania punktowe.

6.3 Statyka w montażu

Elementy powinny być unieruchomione w sposób minimalizujący drgania i siły poprzeczne.

Zapobiega to powstawaniu mikropęknięć i odkształceń spoiny klejowej.

---

7. Kontrola jakości połączenia

7.1 Testy adhezji

Przeprowadza się testy wytrzymałościowe w kierunku ścinania i zginania.

Dopuszczalne wartości siły zależą od specyfikacji kleju (TECHNICAL 300 kg/cm²).

7.2 Ultrasonograficzne wykrywanie mikropęknięć

Po utwardzeniu można zastosować badanie ultradźwiękowe w celu wykrycia mikropęknięć, które mogą osłabiać połączenie.

7.3 Dokumentacja techniczna

Każde połączenie powinno mieć protokół montażowy, z danymi o kleju, numerze partii, warunkach utwardzania i wynikach testów wytrzymałości.

---

8. Wykończenie i konserwacja połączeń klejowych

8.1 Polerowanie i estetyka

Po częściowym utwardzeniu usuwa się nadmiar kleju.

Można polerować spoinę, zachowując jednolitą powierzchnię.

8.2 Zabezpieczenie przed korozją

Elementy narażone na warunki atmosferyczne można pokryć cienką warstwą ochronną lub użyć pasywacji chemicznej stali nierdzewnej.

---

9. Diagnostyka awarii i przyczyny uszkodzeń

9.1 Analiza mikropęknięć

Powstają najczęściej w wyniku przesunięcia elementów podczas wiązania, niewłaściwego przygotowania powierzchni lub niedostatecznego docisku.

9.2 Wady aplikacyjne

Nierównomierne wypełnienie szczeliny, wyciskanie kleju na zewnątrz, pęcherzyki powietrza.

9.3 Wpływ temperatury i drgań

Zbyt niska temperatura wydłuża czas utwardzania, zbyt wysoka może powodować przyspieszone, niepełne utwardzenie.

Drgania w czasie wiązania mogą spowodować mikropęknięcia.

---

10. Przykłady zastosowania w systemach modułowych i balustradach przemysłowych

10.1 Schematy połączeń

Łączniki wklejane słupków w pochwyty

Kolanka 90° do zmian kierunku poręczy

Kolanka przegubowe do niestandardowych geometrii