УАвиак

Сообщение на тему: Клеи, герметики и вспенивающие композиции.

Выполнил студент: Бузуев Руслан

Проверил: Клюкин В.М.

Казеиновый клей                Первыми широко применяемыми клеевыми технологиями в авиасторении являлись технологии склеивания сосны и альбуминовой фанеры с применением казеинового клея. Такие конструкции под действием влаги снижали прочность и начинали гнить после пребывания под открытым небом в течение 5-6 мес. Плохая атмосферостойкость деревянных клееных конструкций была полностью устранена благодаря разработанным в ВИАМе и внедренным в промышленность древесным и клеящим материалам. Создание дельта-древесины и клеев ВИАМ Б-3 и ВИАМ Ф-9 положило начало применению в отрасли синтетических клеев и технологических процессов склеивания. Эти клеи и технологические процессы нашли широкое применение при изготовлении самолетов деревянной и смешанной конструкций.                Однако долговечность деревянных клееных конструкций не отвечала требованиям авиации по ресурсу эксплуатации, что и определило полный переход от деревянного и смешанного самолетостроения к металлическому и к созданию клеящих материалов с более высоким уровнем свойств.

Фенольно-каучуковые клеи                Первыми конструкционными клеями, предназначенными для склеивания металлов, были фенольно-каучуковые. Сочетание в одном клее фенолоформальдегидной смолы и каучука позволило использовать положительные свойства, как первого, так и второго компонента: клей сохранял прочность и достаточную теплостойкость феноло-формальдегидной смолы и приобретал эластические характеристики, свойственные каучукам, благодаря чему мог работать при воздействии отслаивающих и ударных нагрузок.                Фенольно-каучуковые клеи с различными физико-механическими и технологическими свойствами являются одними из наиболее широко применяемых конструкционных клеев, отвечающих основным показателям технических требований к клеевым соединениям современной авиационной техники. Отличительной особенностью этого класса клеев является высокая эластичность в сочетании с высокой прочностью.                Создание фенольно-каучуковых клеев положило начало применению новых технологических процессов в авиастроении. Прежде всего, следует отметить слоистые клееные конструкции. Они представляют собой тонкие листы металла, соединенные вместе с помощью клеев. Применение слоистых конструкций позволяет значительно повысить усталостную прочность и долговечность, обеспечивает минимальную концентрацию напряжений. Такие конструкции проявляют высокую устойчивость к усталостному разрушению от акустических нагрузок, трещины в них распространяются значительно медленнее, чем в монолитных цельнометаллических конструкциях. Это объясняется тем, что если трещина возникла в монолитной конструкции, она разрушает обшивку по всей ее толщине. При наличии эластичной клеевой прослойки трещина, возникшая в одном металлическом листе слоистой конструкции, гасится этой прослойкой и не распространяется в следующие листы. Весьма эффективно применение склеивания взамен химического фрезерования при изготовлении деталей переменной толщины. Расход металла при этом снижается на 15-20%, производительность труда повышается в 1,5-2 раза, отпадает необходимость в создании ванн и очистных сооружений, уменьшается загрязненность окружающей среды, снижается расход электроэнергии при проведении процесса. Слоистые детали, выполненные способом склеивания, имеют минимальные напряжения в местах переменной толщины. Первоначально для изготовления слоистых конструкций применяли клей ВК-40. Наиболее перспективными для слоистых конструкций из клеев последних разработок являются ВК-51А и ВК-36.                Создание фенольно-каучуковых клеев положило начало применению в авиастроении клееных трехслойных сотовых конструкций. Эти конструкции состоят из плоских алюминиевых обшивок, между которыми вклеивается сотовый заполнитель, обеспечивающий совместную работу обшивок и необходимую жесткость конструкции.                Основной технологической операцией при изготовлении сотовых конструкций является вклеивание сотового заполнителя между обшивками. Слой клея, расположенный между обшивками и сотовым заполнителем, одновременно выполняет функции соединительного и демпфирующего элемента, а также защищает обшивки от коррозии. Сотовый заполнитель воспринимает напряжения, возникающие при местном изгибе обшивок, и обеспечивает совместную работу несущих слоев, как при изгибе, так и при воздействии нормальных и касательных напряжений.                Сотовые заполнители обеспечивают необходимую жесткость металлических панелей при изгибающих нагрузках и устойчивость при сжатии. Применение сот дает экономию в весе, которая в некоторых деталях достигает 15-20%. Срок службы этих конструкций при усталостных нагрузках значительно больше, чем у обычных конструкций. Сотовые конструкции, благодаря отсутствию шпангоутов и нервюр, проще и экономичнее при массовом производстве.                Общая устойчивость сотовых конструкций во много раз превышает устойчивость входящих в них листов. Повышенная устойчивость сотовых конструкций при сжатии и сдвиге позволяет конструировать их без подкрепляющего продольного набора стрингеров даже при увеличенном расстоянии между нервюрами или шпангоутами, а слоистые агрегаты типа рулей, закрылков и элеронов вообще не нуждаются в промежуточных нервюрах. Панели с сотовым заполнителем, обладая высокой устойчивостью, позволяют применять несущие обшивки малой толщины (0,3—0,6 мм), что очень важно для снижения массы конструкции.                Использование сотовых конструкций при изготовлении лопастей несущего винта вертолетов наряду с усовершенствованием конструкций позволило продлить срок их службы с 200 до 2000 ч, увеличить надежность и аэродинамические характеристики при одновременном снижении трудоемкости изготовления в 1,5 - 2 раза.                Несмотря на целый ряд положительных свойств, фенольно-каучуковые клеи имеют и недостатки, к которым относятся высокие температуры отверждения (150 - 200°С) и давление при склеивании (до 1 МПа). Это препятствует их применению для склеивания естественно состаренных алюминиевых сплавов, имеющих существенное преимущество перед искусственно состаренными сплавами в части усталостной прочности и коррозионной стойкости. Эти клеи также не могут быть использованы при изготовлении конструкций из полимерных композиционных материалов, так как имеет место коробление таких конструкций и разрушение склеиваемых материалов.                Фенольно-формальдегидные клеи выделяют при отверждении летучие продукты, и для их удаления из конструкции делают перфорацию - мелкие отверстия, которые снижают прочность сотового заполнителя. Кроме того, при эксплуатации таких конструкций в них попадает влага, которая может привести к коррозии сотового заполнителя. В некоторых случаях влаги скапливается столько, что она может нарушить нормальную эксплуатацию сотового агрегата.

Пленочные клеи на основе модифицированных эпоксидных олигомеров                С целью исключения недостатков фенольно-каучуковых клеев и повышения прочности клеевых соединений были разработаны пленочные клеи на основе модифицированных эпоксидных олигомеров. Это высокопрочные клеи с улучшенными технологическими свойствами. Клеи не требуют жидкого подслоя или подогрева при прикатывании пленки к субстратам, при их отверждении выделяется не более 2 % летучих соединений. В результате этого трудоемкость технологического процесса склеивания снижается по сравнению с фенольно-каучуковыми клеями ~ на 40%, повышается культура производства, уменьшаются пожароопасность и загрязнение окружающей среды за счет исключения выделения паров растворителей, значительно улучшаются условия труда. Высокопрочные пленочные клеи применяют в наиболее нагруженных и ответственных агрегатах планера для склеивания сотовых и слоистых конструкций из металлов и полимерных композиционных материалов.

Вспенивающиеся клеи                Использование высокопрочных пленочных клеев для склеивания сотовых конструкций потребовало также создания вспенивающихся клеев, которые используют при изготовлении сотовых конструкций в сочетании с высокопрочными пленочными клеями. Они предназначены для соединения блоков сотового заполнителя между собой и с элементами каркаса: при отверждении их толщина увеличивается в 1,5-3 раза, за счет чего они заполняют неровности между соединяемыми элементами. Прочность клеевых соединений сотовой конструкции, выполненных вспенивающимися клеями, составляет ~ 5 МПа, что во многих случаях превышает прочность сотового заполнителя. Режимы отверждения вспенивающихся клеев аналогичны режимам отверждения высокопрочных пленочных клеев, что позволяет изготавливать агрегаты с применением как основного высокопрочного, так и вспенивающегося клея за одну технологическую операцию.

Клеевые препреги                Сравнительно новыми технологиями в авиастроении являются техпроцессы по изготовлению агрегатов с использованием клеевых препрегов.                Клеевые препреги представляют собой полимерные композиционные материалы, в которых тканевый наполнитель (стеклоткань, угольная ткань) пропитан эпоксидным связующим способом безрастворной технологии (пропитка ткани расплавом связующего).                Тип, толщина наполнителя и количество наносимого связующего в клеевых препрегах могут быть различны. В качестве связующего используют высокопрочные модифицированные эпоксидные клеи типа ВК-51 и ВК-36. Содержание связующего в препреге может регулироваться и составляет 40-50 %.                Клеевые препреги поставляют потребителю в рулонах с антиадгезионной защитной пленкой, которую удаляют перед применением препрега. Препреги имеют длительный срок хранения.                Применение клеевых препрегов позволяет изготавливать агрегаты, в том числе сотовой конструкции, сложной конфигурации за одну технологическую операцию, что обеспечивает сокращение технологического цикла производства в 2-3 раза по сравнению с серийной технологией. Кроме того, происходит снижение трудоемкости (в 1,5-3 раза), энергоемкости (на 30-50 %) за счет сокращения числа технологических операций и длительности цикла формования изделий из ПКМ, массы сотовой панели (на 0,4 кг/м2), количества используемой оснастки (в 1,5-2 раза), выбросов вредных веществ в атмосферу (в 10-15 раз) за счет использования безрастворной технологии изготовления клеевых препрегов и изделий из них, повышение герметичности обшивки из клеевых препрегов в 10 раз, что особенно важно для сотовых конструкций. Применение клеевых препрегов в условиях серийного производства позволяет получить высокую воспроизводимость процессов при минимальном числе контрольных операций.                Стекло и углепластики на основе клеевых препрегов по сравнению с традиционными аналогичными материалами имеют более высокие трещиностойкость (на 40-50%), прочность при межслойном сдвиге (на 20-35%), усталостную и длительную прочности; сохраняют высокий уровень прочностных характеристик после воздействия различных климатических факторов (воды, влаги, топлива, масел, повышенных температур).

Способы подготовки поверхностей под склеивание                Для подготовки поверхности обшивки к приклеиванию заплат с заменой (в случае необходимости) поврежденного сотового заполнителя разработаны способы местной химической обработки различными составами и местного анодного оксидирования в электролите на основе фосфорной кислоты. Использование местной химической обработки позволяет значительно повысить коррозионную стойкость клеевых соединений.                Способ местного анодного окисления в фосфорной кислоте позволяет получить на поверхности алюминиевых сплавов анодно-оксидное покрытие, обеспечивающее высокую прочность клеевых соединений без погружения в электролит (исходное значение прочности при сдвиге соединения, выполненного на клее ВК-9, составляет при 20°С более 20 МПа).                По результатам проведенных исследований местное химическое оксидирование с использованием растворов и паст введено в качестве способа подготовки поверхности алюминиевых сплавов в разработанную в ВИАМ технологическую рекомендацию ТР 1683-2000 «Применение клеев и композиционных материалов клеевых для ремонта изделий авиакосмической техники».

Существует и много других технологий в авиастроении, которые немыслимы без применения клеев. Это крепление широкой гаммы неметаллических материалов, которые могут быть использованы в конструкциях только с помощью склеивания. В этом ряду следует упомянуть резины, теплозащитные, теплоизоляционные, декоративно-отделочные материалы, пластмассы и многие другие. Это свидетельствует о перспективности развития работ в данном направлении.

По происхождению К. классифицируют на природные (животные, растительные, ископаемые) и синтетические, которые, в свою очередь, подразделяются на термопластичные и термореактивные. В авиастроении применяются только синтетические К.  Термопластичные К. — многокомпонентные системы на основе термопластичных полимеров; выпускаются в виде растворов, порошков, прутков, плёнок. Клеевые швы, образуемые термопластичными К., характеризуются невысокой прочностью, хладотекучестыо, низкой теплостойкостью, в связи с чем эти К. не пригодны для склеивания несущих конструкций. В авиастроении они используются главным образом для приклеивания декоративно-облицовочных материалов, деталей интерьера самолёта, для склеивания пластмасс.  Термореактивные К. — многокомпонентные системы на основе термореактивных полимеров; выпускаются в виде растворов и эмульсий в органических растворителях, жидких и пастообразных композиций (не содержащих растворитель), плёнок и порошков. К. могут содержать различные наполнители (порошки металлов, мелкодисперсный асбест и т. п.). Наибольшее распространение нашли термореактивные К. на основе эпоксидных и фенольных смол, а также гетероароматических полимеров (полиимидов, полибензимидазолов и др.). Склеивание термореактивными К. осуществляется при обычной температуре (К. холодного отверждения) или при нагревании (К. горячего отверждения). Последние имеют более высокие прочностные характеристики, тепло-, водо-, тропико- и химическую стойкость, повышенную эластичность; такие К. называются конструкционными.  Сочетание клеевых соединений с механическим подкреплением болтами, заклёпками, сварными точками позволяет получать комбинированные соединения, обладающие комплексом свойств, присущих клеевым, и в то же время способные передавать сосредоточенные нагрузки. С помощью К. получают сотовые конструкции из металлов и неметаллических материалов (стекло-, угле-, органопластиков) и слоистые (2 слоя и более) металлические конструкции, позволяющие создавать авиационные конструкции с повышенной жёсткостью, несущей способностью, стойкостью к развитию усталостных трещин и при этом снижать их массу на 5—30%. Клеевые соединения — практически единственный эффективный метод соединения стекло-, угле-, органопластиков в авиационной технике.  В отечественной и зарубежной практике с применением К. изготовляют элементы механизации крыла (закрылки, тормозные щитки, спойлеры и др.), передние и задние панели крыла, киль, стабилизатор, рули управления, слоистые конструкции крыла и фюзеляжа. Кроме того, К. используются при отделке интерьера пассажирского салона самолётов. В широкофюзеляжных пассажирских и транспортных самолётах площадь силовых клеевых соединений достигает 3—5 тысяч м3, а вместе с несиловыми — 6—7 тысяч м3.

 Клеящиеся материалы и герметики

Общие сведения

Клеи и герметики относятся к пленкообразующим материалам и имеют много общего с ними.

Эти растворы или расплавы полимеров, а также неорганические вещества, которые наносятся на какую-либо поверхность. После высыхания образуют прочные пленки, хорошо прилипающие к различным материалам.

Конструкционные смоляные и резиновые клеи

Смоляные клеи. В качестве пленкообразующих веществ этой группы клеев применяют термореактивные смолы, которые отверждаются в присутствии катализаторов и отвердителей при нормальной или повышенной температуре.

Клеи на основе модифицированных фенолоформальдегидных смол. Эти клеи применяют преимущественно для склеивания металлических силовых элементов, конструкций из стеклопластика.

Фенолокаучуковые композиции являются эластичными теплостойкими пленками с высокой адгезией к металлам (ВК-32-200, ВК-3, ВК-4, ВК-13 и др.).

Полиуретановые клеи. Композиции могут быть холодного и горячего отверждения. Клеи обладают универсальной адгезией, хорошей вибростойкостью и прочностью при неравномерном отрыве, стойкостью к нефтяным топливам и маслам.

Помимо этих видов клев существует множество других.

Неорганические клеи

Эти клеи являются высокотемпературными.

Керамические клеи являются тонкими суспензиями оксидов щелочных металлов в воде. Такие клеи наносятся на склеиваемые поверхности, подсушиваются, а затем при небольшом давлении нагреваются до температуры плавления компонентов и выдерживаются в течение 15-20мин.

Силикатные клеи. Жидкое стекло обладает клеящей способностью, им можно склеивать стекло, керамику, стекло с металлом.

Герметики

Герметики применяют для уплотнения и герметизации клепанных, сварных и болтовых соединений, топливных отсеков и баков, различных металлических конструкций, приборов, агрегатов.

Тиоколовые герметики применяют в авиационной и автомобильной промышленности, в судостроении, для строительной техники. У них высокая адгезия к металлам, древесине, бетону. Они стойки к топливу и маслам.

Эпоксидные герметики могут быть холодного и горячего отверждения; работают в условиях тропической влажности, при вибрационных и ударных нагрузках; применяются для герметизации металлических и стеклопластиковых изделий.

Неорганические материалы

Графит

Графит является одной из аллотропических разновидностей углерода. Это полимерный материал кристаллического пластинчатого строения.

Графит не плавится при атмосферном давлении. Графит встречается в природе, а также получается искусственным путем.

Пиролитический графит получается из газообразного сырья. Его наносят в виде покрытия на различные материалы с целью защиты их от воздействия высоких температур.

Пирографит - объемная масса 1950-2200кг/м3, пористость 1.5%, модуль упругости 112/70ГПа.

Клеевые композиции

ООО «СУПЕРПЛАСТ» выпускает широкую номенклатуру термостойких, криостойких, вакуумплотных клеев-компаундов холодного и горячего отверждения на основе эпоксиэлементоорганических смол в соответствии с ОСТ 6-06-5100-98 (марок К-300, К-400, ВТ-200, ВТ-25-200, «КРИОСИЛ», Т-78, Т-81), а также металлонаполненные и другие клеи конструкционного назначения. Клеи представляют собой сложные полимерные системы, содержащие в своем составе помимо указанных специальных эпоксидных смол различные модификаторы, разбавители, стабилизаторы и наполнители. Клеи на основе эпоксиэлементоорганических смол предназначены для склеивания, в ряде случаев компаундирования, неметаллических конструкций и материалов, металлов, эксплуатируемых в широком температурном интервале: от -253 до +200ºС длительно, при +300-400ºС кратковременно. Клеи на основе органосиликатных материалов марок КТ-1, КТ-2 выпускаются в соответствии с технологическими инструкциями, предназначены для длительной эксплуатации (до 500час.) в интервале температур от -196 до +500ºС.

К-300

Вакуумплотный термостойкий герметичный клей холодного отверждения для склеивания сталей, алюминиевых и титановых сплавов, латуни, асбо- и стеклотекстолитов, керамики, пенопластов, графита. Применяется в авиационной и космической технике...

ВТ-25-200

Вакуумплотный термостойкий герметичный клей холодного отверждения для склеивания сталей, алюминия, меди, латуни, керамики, ситаллов, графита, фторопласта. Применяется в электронной, лазерной и космической технике, при изготовлении микросхем...

ВТ-200

Вакуумплотный термостойкий герметичный клей холодного отверждения для склеивания стеклянных и металлических оболочек электронно-лучевых приборов, конструкций из сталей, алюминия, латуни, стекла, керамики и стеклотекстолитов. Применяется для устранения вак...

КРИОСИЛ (ВТ-10)

Вакуумплотный термо- и криостойкий, герметичный клей холодного отверждения для склеивания латуней, сталей, алюминиевых сплавов, керамики, стекла, стеклотекстолитов, эксплуатируемых при криогенных и повышенных температурах до 200оС. Применяется для креплен...

Металлонаполненный клей-компаунд холодного отверждения

Для герметичного и высокопрочного склеивания металлических и неметаллических материалов, эксплуатируемых при температурах -40...+180°С при восстановлении и ремонте корпусных деталей (изношенных частей валов, посадочных мест, заделки раковин в литье), герм...

Металлонаполненный клей-компаунд горячего отверждения

Для герметичного и высокопрочного склеивания металлов и неметаллических материалов, эксплуатируемых при температурах -40...+220°С, для восстановления и ремонта оборудования (заделка раковин в отливках), в газовом хозяйстве, на предприятиях химической пром...

ТФЭ-30

Высокопрочный термостойкий клей. Обеспечивает высокую прочность соединений в условиях высоких механических и вибрационных нагрузок при термоциклировании от +25 до +200°С. Применяется, в частности, в металлургических производствах...

Клей-компаунд КТИ-05

Высокопрочный термостойкий клей-компаунд горячего отверждения. Предназначен для герметизации внутренних полостей устройств, используемых в металлургических производствах...

Клей-компаунд К-97

Высокопрочный термостойкий клей-компаунд холодного отверждения для заполнения зазоров в труднодоступных местах конструкций, склеивания металлов в различных сочетаниях друг с другом, работающих при температурах -60...+180°С в условиях знакопеременных нагру...

К-400

Вакуумплотный термостойкий клей холодного отверждения (вязкая пастообразная масса) на основе эпоксиэлементоорганической смолы, аминного отвердителя и на-полнителя....

Клей Т-78 («ИНСТРУМЕНТОЛ»)

Конструкционный клей горячего отверждения на основе эпоксиэлементорганических смол, отвердителя и наполнителей....

Клей Т-81

Высокопрочный термостойкий клей холодного отверждения на основе эпоксикремнийорганической смолы, отвердителя и наполнителя (трехупаковочный состав, пастообразная масса)....

Клей «КРИСТАЛЛ»

Клей на основе эпоксикремнийорганической смолы (двухупаковочный состав, пастообразная масса)....

Клеи марок КТ-1 и КТ-2

Одноупаковочные высокопрочные клеи горячего отверждения. Представляют собой суспензию органо-силикатных материалов, модифицированных эпоксиэлементоорганическими смолами, в органических растворителях....