Многие клеи содержат значительное количество растворителей,! особенно клеи, которые’ наносят пульверизацией, намазывают кистью или наносят обмакиванием. Если растворитель остается в клеевом слое во время сборки склеиваемых частей и последую­щего отверждения, он часто может привести к образованию соеди-J нения с недостаточной прочностью. При разрушении таких деталей по склейке можно увидеть внутри клеевого шва маленькие углуб­ления и поры, обязанные своим происхождением летучим состав­ляющим клея. Эти полости являются местами концентраций внут­ренних напряжений, особенно если давление паров летучих компонентов, преимущественно растворителей, относительно высоко. Таким образом, перед сборкой детали желательно удалить из клее­вого слоя большую часть растворителя.

Обычно для этого нужен короткий период сушки <на воздухе. Технологи рекомендуют время сушки на воздухе в один час или меньше. Опыт работы с клеями, содержащими растворители, напри­мер, НАА «Хай-Темп», и другими клеями на основе фенольных смол показал, что сушка она воздухе клеевых покрытий, нанесенных на сочленяемые детали, в течение нескольких недель не ухудшает характеристик клеевых соединений изделия. Диалогичное положение имеет место и при нанесении эпоксидных клеев, например, клея аральдит 1.

§ 38. Отверждение клея в соединении

Температура, давление и время, необходимые для отверждения клеевого шва, будут различными для разных клеев (см., например, табл. 2 и 37). Для данного типа клея эти параметры будут зависеть от системы примененных катализаторов и конфигурации соединения

Указанные параметры режима склеивания, конечно, в большой степени зависят друг от друга. Более низкая температура отверж цения потребует более длитель­ного времени нагрева и т. п.

Эта зависимость иллюстрирует­ся на примере клея аральдит I в табл. 39. Обычно рекоменду­ют оптимальные условия от­верждения для данного кон­кретного случая.

Применяемые методы нагре­ва и давления в процессе склеи­вания металлов весьма разно­образны. Производственные возможности и конфигурация (размер и форма) склеиваемых фиг (55 Печь для полимеризации клея

элементов, несомненно, являют — аральдит 1, применяемая и производстве

ся ограничивающими фактора — клееных агрегатов самолета «Вшур».

ми. Самые удобные источники

тепла — нагревательная камера или печь, обогреваемая газом или электричеством (фиг. 65). Для деталей больших габаритов имеющие­ся печи могут не подойти по размерам. В таких случаях используют инфракрасные лампы, контактные нагреватели, горячие утюги, похо­жие на портновские, или даже паяльные лампы и кислородные го­релки.

Условия склеивания металлов некоторыми промышленными клеями (расшифровку клеев см. в табл. 38)

ся

о

t;

Метод нанесения

Выдержка при комнатной тем­пературе после нанесения пос­леднего слоя клеи, в часах

Предвари­

тельный

нагрев

Сборка и склеи­вание

С,

&

S

3

клея

темпера­тура в °С

время в мин.

(L) "я S *

a:

(D § £ ™ а

темпера­тура в “С

к ~

ш £ Си с а

А

Пульверизатором

40—64

_

17,5

177

25

в

]

21

17,5

107

60

с

Пульверизатором

48—68

93

45

10,6

149

30

Д

Пульверизатором

68

93=

45

17,5

149

15

Е

3

40—44

17,5

149

10

F

Ткань, пропитанная клеем

20

17,5

149

25

G

Кистью

16-24

93

10

17,5

177

25

Н

Кистью

8

160

20

14,0

204

192

I

Кистью

12-18

177

12 „

17,5

177

10

J

Расплавлением-*

0,35

182

120

К

Кистью

1

163

15

17,5

163

30

L

Кистью

0

0,35

24

12 час

М

Кистью

0

0,35

24

12 час.

N

Один слой ленты

0

17,5

204

15

1 Первый слой наносили пульверизатором. Отверждение грунта, как ука­зано для клея А, кроме давления. Второй клей наносили кистью.

3 С последующим нагревом при 150° в течение 9 мин.

s Жидкий компонент клея наносили кистью, второй (порошок) насыпали на влажную поверхность.

* Наносили на металл, нагретый до 93°.

5 Металл, охлажденный до комнатной температуры, может храниться в те­чение нескольких недель.

Инфракрасные (тепловые) лампы особенно выгодны в производ­ственных процессах, где применяют ленточный конвейер. Детали могут в этом случае проходить с заданной скоростью через туннель, , обогреваемый инфракрасными лампами.

При контактном электронагревс ленту нагревателя из металла* обладающего высоким электросопротивлением, уложенную сплошь зигзагообразно или по контуру склейки, помещают в непосредствен­ной близости к соединению и нагревают переменным током. Этот, метод очень прост и удобен: его можно применять при ремонте в полевых условиях н при склеивании в местах, не доступных для нагревательных ламп или других источников тепла.

Некоторые промышленные клеи для склеивания металлов (расшифровка клеев, упоминавшихся в табл. 16—19, 37)

Шифр клея

Торговая марка клея

Краткая характеристика клея

А

Сайклвелд С-3

Клей на основе термореактивной смолы и синтетического каучука (неопрен) для горячего склеивания

В

Сайклвелд С-3 и Дюрез 13297

Фенольный термореактивний клей для двух стадий склеивания: грун­товки клеем А и сборки на клее средней температуры отверждения в присутствии кислого катализатора

С

Сайклвелд 55-10

Термореактивний клей на основе модифицированной виниловой смолы для горячего склеивания

D

Пликозайт 117 С

Термореактивный клей на основе модифицированной виниловой смо­лы для горячего склеивания

Е

Ридакс Е

Двухкомионентный термореактив­ный клей на основе модифицирован­ной внниловой смолы для горячего — склеивания

F

Бакелит ХС 15320

Тсрморсактивный клей на основе модифицированной внниловой смолы для горячего склеивания

О

Плпобонд М-20

Термореактивний клей на основе термореактивной смолы и синіети ческого каучука (бутадиен-акр ило — нтрнл) для горячего склеивания

Н

GE 12513

Силиконовая смола высокой темпе­ратуры полимеризации

I

Клей фирмы Б Б. Кэми­кэл

Термореактивный клей на основе фенольной смолы, модифицированной поливинилбутиралем, для горячего склеивания

J

Аральдит 1

Порошкообразный теірмореактив — пый клей высокой температуры поли­меризации на основе эпихлоргидри — новой смолы

К

Пластилок 500

Термореактивный клей высокой температуры полимеризации па осно­ве модифицированной поливинплбути — ральной смолы

Продолжение

Шифр клея

Торговая марка клея

Краткая характеристика клея

L

Клей L-1372 фирмы шиэлти Рэзинз

Спе-

Термореактивный клей на основе эпихлоргидриновой смолы для холод ного склеивания

М

Клей L-1358 фирмы шиэлти Рэзинз

Спе-

Термореактивный клей комнатной температуры полимеризации на осно­ве эпихлоргидриновой смолы

N

Пластилок 601

Клейкая лента на основе феноль­ной смолы и синтетического каучука (бутадиен-акрилонитрил) для горя­чего склеивания

Примечание. Перечисленные клеи как типичные исследовались в Мэдиссонской Лаборатории лесных материалов совместно с НАКА при установлении влияния температур на прочность клеевых соединений метал­лов (см. § 19).

Таблица 39

Рекомендуемое время выдержки для различных темпе[^тур отверждения при склеивании конструкционным клеем аральдит 1 фирмы Сиба |32]

Температура в °С

Время выдержки

минимальное

оптимальное

максимальное

130

15 час.

36 час.

140

7 „

24 „

160

3 „

8 .

40 час.

180

1 „

2 .

15 „

200

40 мин.

1 .

S —

220

20 .

40 мин.

100 мин.

240

10 .

20 ,

40 „

Встречается небольшое видоизменение в описанном методе кон­тактного иагрева, которое заключается в замене полосы металла проволоками высокого сопротивления, например, нихромовыми, хро — мелевыми и т. п. Очень тонкую проволочку можно заделать в клее­вой шов соединения и после завершения отверждения выступающие концы отрезать заподлицо. Известно, что в Германии перед второй мировой войной применяли для этих целей очень тонкую проволоч­ную сетку, обрезанную до нужных размеров л заделанную в клее­ной шов.

Иногда применяют в качестве источника тепла накидки или чехлы с элсктрообогревом, но они относительно дороги. Диэлектрик
ческий или высокочастотный нагрев —широко используют при прессо вании слоистых пластиков и при склеивании древесины, но известно только несколько случаев применения его при оклеивании металлов. Высокочастотные генераторы очень дороги. Для получения хороших результатов обязательно требуется солидный опыт работы я слож­ные зажимные устройства.

Фиг. 66. Приспособления для приклеива­ния стрингеров к обшивке для самолета «Вотур».

Возможность использования этого метода для приклеивания силовым клеем металлических распознавательных пластинок к тру­бам разного диаметра рассматривается в настоящее время отрасля­ми промышленности, нуждающимися в идентификации •конструкций, работающих при температурах порядка 120° в выше, при ‘которых не, конст-рукционные клеи, упо­треблявшиеся їв подобных слу­чаях, становятся неприемлемы­ми.

Портативный высокочастот­ный прибор для склеивании, пи­таемый переменным током на­пряжением 110 е, был усовер­шенствован американской фир­мой «Плайвуд». Применение этого прибора для отверждения клея напоминает процесс точеч ной сварки, так как оклеивание осуществляется не сразу но всей площади склейки, а отдельны­ми, сравнительно небольшими, участками.

Большинство из этих методов нагрева требуют применения внешнего давления

Зажимание склеиваемых деталей струбцинами, пружинными за­жимами, болтами с установкой прокладок для равномерного рас­пределения давления, запрессовка естественными грузами — вое эти способы обычно приемлемы. На фиг. 66 показано приспособление для приклеивания стрингеров к обшивке с «механическим» зажим пым устройством, загружаемое в нагревательную печь. Указывает­ся [36], что в этом случае сборочные приспособления должны быть максимально легкими, чтобы свести к минимуму нагреваемую массу. Кроме того, они должны быть сконструированы так, чтобы не пре­пятствовать термическому расширению склеиваемых деталей. Фор­ма зажимных устройств определяется конструктивными особенно стями соединяемых частей изделия.

Вакуумный метод наложения давления при склеивании широко практикуется в отраслях промышленности, занимающихся изготов­лением сложных деталей. На собранную деталь, которая должна отверждаться под давлением, надевают резиновый или винипласто — р. ый мешок, затем воздух из метка выкачивают вакуумным насо­сом через обод прикрепленного к мешку клапана. Вместо мешков или камер используют также «одеяла» или нак їдкиї.

Соответствующим вакуумным насосом можно достичь перепада давления в 0,9—1,0 кг/см2. Применяя специальные приемы передачи атмосферного давления на склеиваемую поверхность — локализацию давления, добиваются более высокого удельного давления запрес­совки. Определенным недосгатком этого метода является относи­тельно короткий срок службы гибких резиновых или пластмассовых мешков, камер и накидок, особенно при высоких температурах отверждения.

Можно применять автоклаїв одни или сочетая его с. вакуумным мешком (фиг. 67). В последнем случае создаются лучшие ус ювия

Ф:,т. Г>7. Поперечный разрез автоклава для склеивания с применением

вакуума.

і —подвод сжатого создуха из компрессора, 2—отсос воздуха вакуумным на­сосом. З—і«ї>!ісік»соС. іСниє для склеивания панелей, установленное на тележке.

для удаления летучих, чем когда применяют только внешнее давло нис от сжатого воздуха. На фиг. 68 изображена схема приклеивания гофра к обшивке комбинированным (вакуумно-автоклавным) спосо бом на заводе английской фирмы Бристоль Аэроплейн. Пар или горячий воздух пропускают в автоклав; давление его регулируют. Автоклавы, используемые для отверждения клеев и пластиков, напоминают автоклавы, применяемые. в больницах для стерилиза­ции. по имеют большие габариты и более сложную конструкцию.

На фиг. 69 показан внешний вид автоклавов, используемых для склеивания металлических агрегатов размерами до 1200X3000 мм. Фирма Фостер, Уэтс энд Том в Блэкборнс (Англия) приступила к выпуску новых автоклавов, предназначенных для склеивания крупногабаритных агрегатов [71]. Склеиваемые агрегаты на тележке или монорельсе могут загружаться с одного , конца автоклава, а склеенные агрегаты выгружаться с другого конца.

Общая длина автоклаиа…………………………………… ……………………. 12,4 м

Внешний диамеїр…………………………….. . 2,8 „

Наибольшая ширина автоклава в двери. . . 3,7 „

Длина внутреннего рабочего пространства 10,7 „

Диаметр рабочего пространства……………………………………………………. ‘>,4. „

Іолішй вес………………………………………………… ………………………… 59 т

Максимальное рабочее давление сжатого воздуха. . 14 am

Фиг. 68. Схема приложения давления при вакуіумьо-авіоклапном методе склеивания панели и детали устройства.

1—-автоклав, наполненный сжитым воздухом, 2—вакуум год резиновой диафраг­мой. 3—внешняя обшивка, 4—ограничительная установочная планка, 5—участки поверхности обшивки, приклеиваемой к гофру, 6—резиновая диафрагма. 7—гофр, Я—термопара, 9—винтовой зажим. 10—прижимная полоса. II—вкладыши, передаю­щие давление диафрагмы на гофр и предотвращающие искажение его формы. 12—криволинейная опорная пластина. 13—элекгронагрсв.

Фиг. G9. Автоклавы1, применяемые фирмой Бристоль Аэроилейн для склеи­вания металли іеоких панелей.

Прессы с плоскими плитами и пресс-формы, нагреваемые элек­тричеством или паром, часто очень полезны, особенно когда нужно изготовить большое число плоских или с небольшой кривизной дета­лей. Различные типы таких прессов широко используются для 4 склеивания плоских панелей довольно тонкого поперечного сечения.

Гидравлический пресс с плитами, обогреваемыми паром и охлаж­даемыми водой, показан на фиг. 70. С помощью таких прессов [59J можно склеивать и детали, выходящие за границы плит пресса, при­меняя последовательно операцию склеивания с некоторым перекры-

Фиг. 70. Гидравлический пресс с плоскіша шиитами.

I — обогреилечілс плиты, 2—трубопроводы для пара и воды. 3 пульт ун ра влей «я. 4—вспомога і сльн ьтй стол.

тисм по длине, что, попиди-мому, в случае, например, использования клея ридакс, не ухудшает качества соединения. Помимо прессов с широкими плитами, имеются и так называемые «кромочные» прес­сы для приклеивания длинных узких деталей (например, длиной до 5,5 м).

Лист резины, лучше всего силиконовой, помещаемый межд де­талью и по крайней мере одной из двух нагретых плит, выравнн вает давление по всей поверхности склейки.

Там, где используют сравнительно низкие температуры отверж­дения, например, ниже 100°, можно применять запрессовку с по­мощью резиновых полос, обтягивающих деталь, особенно если тре­буется только малое или контактное давление. Можно воспользо­ваться также обклеиванием липкими лентами (скотч тэип), если требуется лишь контактное давление, как, например, для большин­ства клеев на эпоксидной основе, и если хотя бы одна из склеивае­мых частей имеет небольшие размер и все. Усадка во время нагре-

ваыия целлофана — подложки липкой пленки — дает требуемое не­большое давление.

По свидетельству Де-БрюИ’На, английского специалиста в обла­сти склеивания, побывавшего в 1953 г. более чем на 40 авиацион­ных заводах и институтах США, в американской практике наиболь­шее распространение получили вакуумный и автоклавный способы склеивания, в то время как в английской практике широко приме­няются гидравлические прессы [45 .

Сравнительные данные, приведенные в табл. 40 л 41, показы­вают, что при условии хорошо отработанной технологии склеивания различные способы приложения давления дают близкие, практиче­ски равноценные результаты.

Таблица 40

Влияние различных способов приложения давления на предел прочности при сдвиге (в к?!см2) во время склеивания соединений внахлестку клеем НАА „Хай-Тсмп“ |69]

Температура испытания и “С

Источник давления

————

24

260

Винтовые зажимы

91

91

Вакуумный мешок

120

108

Плоский пресс

141

113

Примечание. При температуре 260е образцы выдерживались перед испытанием 30 мин.

Из возможных методов контроля температуры при склеивании одним из самых распространенных является измерение термометра­ми, особенно когда склеиваемые детали находятся внутри нагрева­тельной камеры, лечи, автоклава. Термопары, расположенные в не­посредственной близости1 к клеевому шву, иногда даже заделанные в — него, также применяют в сочетании е потенциометрами. Самопис цы потенциометров обеспечивают непрерывную запись фактическою температурного режима при склеивании. Пирометры, термометры на поверхности и даже температурочувствительные краски и мелки полезны для измерения температуры поверхностей склеиваемых ме­таллических элементов, плит прессов, форм и другого *клсилыто-за — нрессовочного оборудования.

В заключение приведем несколько советов, касающихся техники склеивания в том случае, когда применяют клеи, выделяющие в про цессе нагрева при отверждении летучие, и когда соединяют детали из материалов с неодинаковыми коэффициентами термического рас­ширения.

Фирма Гленн Мартин при склеивании агрегатов управляемого снаряда «Матадор» применяет клей FM-47, содержащий раствори тели и летучие компоненты. Клей, нанесенный на соединяемые по­верхности, — предварительно подсушивают при комнатной температуре

Результаты сравнительных испытаний клеевых соединений внахлестку из алюминиевого сплава, выполненных клеем ридакс с помощью запрессовки вакуумным способом и в прессе 143)

Вид испытания

Прочность соединений

показа гель

условия опыта

вакуумный

способ

склеивание в прессе

При комнатной іемнерагуре

307

305

Предел прочности при сдвиге в кг,1 гм2

При температуре 100° *

44

54

После 6 месяцев экспозиции под открытым небом (испы­тание при 20°)

297

318

При комнатной температуре

24,6

25,1

Разрушающая нагрузка при отдире

При температуре 100е

27,8

29,2

в кг

После 6 месяцев экспозиции под открытым небом (испыта­ние при 20°)

28,2

26,0-

и затем при температуре 107° в течение одного часа [53]. В со­бранных деталях клей отверждается при температуре 150°. Идеаль пый цикл отверждения должен состоять -из:

1) нагрева до 150° при контактном давлении;

2) операции мгновенного спуска давления («дыхания»), способ­ствующей удалению всех остатков летучих;

3) наложения вновь давления, достаточного для обеспечения сплошности клеевого слоя in получения клеевого шва требуемой толщины;

4) выдержки при этом давления и температуре 150° в течение 30 мин.

Практически применяют одинаковое давление в начале и конце цикла склеивания (1 кг/см2 для приклеивания обшивки к сотам и 7 кг/см — для склеивания монолитных деталей), но с сохранением операции «дыхания». Для осуществления этой операции удобен ва­куумный способ запрессовки.

Если склеиваемое изделие состоит из материалов с различными коэффициентами линейного расширения, а необходимо получить из­делие с минимально возможным искажением формы, то лучше при­менять клеи, не требующие подогрева, .или проводить процесс от­верждения при невысокой температуре за счет более длительного времени склеивания (разумеется, не в ущерб требуемой прочности соединения) Если все-таки приходится употреблять клеи с высокой температурой отверждения, то распрессовку изделия — снятие дав­ления — следует производить после охлаждения изделия до извест­ной степени, например, до 90° в случае склеивания клеем ри дакс [57]. Эта рекомендация имеет значение и с точки зрения пре­дотвращения повреждения склеенного изделия — при охлаждении до комнатной температуры прочность клеевого соединения, почти как правило, возрастает.

Даже в том случае, когда в клееном изделии применены мате­риалы с одинаковыми коэффициентами линейного расширения, иногда при охлаждении приходится принимать меры предосторож ности против искажения формы или повреждения изделий. Эти меры заключаются в основном в замедлении охлаждения склеенного изделия. В противном случае части изделии, имеющие более тон­кое поперечное сечешга, меньшую массу и большую поверхность, остынут скорее, чем другие. В результате в клеевых швах возник­нут внутренние напряжения и нарушатся контуры изделия, анало­гично тому, как это может иметь место при оклеивании материа­лов с различными коэффициентами термического расширения.