Специальные добавки:

• антипирены (огнегасящие);

• тиксотропные (чтобы не стекало с вертикальных поверхностей);

• загустители (для пористых поверхностей);

• противостарители;

• вспенивающие агенты;

• инсектофунгициды – яды для защиты от биоповреждений.

Клеи можно классифицировать по нескольким важнейшим показателям:

1. По типу основы все пленкообразующие делят на:

• органические (мономерные, олигомерные, смоляные высокополимерные и каучуковые);

• неорганические – к ним относятся, в основном, алюмофосфатные композиции (в рекламе называемые «керамические»), состоящие из смеси гидрооксида алюминия Al (OH)₃ с ортофосфорной кислотой H₃PO₄ с керамическим наполнителем, и фриттовые клеи на основе водной суспензии порошка минерального стекла;

• металлические, представляющие собой жидкую при комнатной температуре металлическую эвтектику галлия с другими металлами от олова, серебра до меди и вольфрама. При нагреве такой клеевой пленки она необратимо распадается на высокотемпературные интерметаллические соединения, атомы которых диффундируют в изделие и создают соединение деталей.

2. Органические (полимерные) клеи и другие пленкообразующие делятся на:

• Термопластичные (обратимые). Их молекула в отвердевшем слое имеет линейную конфигурацию. Клеевой слой образуется за счет испарения растворителя, простого охлаждения клея – расплава или полимеризации жидкого мономера до линейной молекулы (к последним относятся семейство клеев «Циакрин» и анаэробные клеи «Локтайт», «Анатерм» и «Унигерм»). Термопластичные пленки при нагреве выше Тс и Тт вновь размягчаются, а в растворителях соответствующей полярности – растворяются.

• Термореактивные (необратимые). Это самые распространенные технически важные олигомерные (смоляные) конструкционные клеи. Их молекулы способны к химической сшивке в пространственную сетку – отверждению или вулканизации по реакции полимеризации или поликонденсации со всеми присущими особенностями (см. лаб. №1). Твердение таких клеев тоже условно называют «сушкой». Отверждение таких составов может происходить как без нагрева – «холодное отверждение», так и с нагревом – «горячее отверждение». Быстрое испарение растворителя и большая усадка пленок при высыхании и отверждении – сшивке вызывают внутренние напряжения, снижающие прочность клеевого шва. Введение пластификаторов (нитрильных каучуков, полиацеталей - бутвара) способствуют повышению прочности клеевого соединения. Резиновые клеи для авиационной промышленности практически всегда термореактивные, то есть вулканизирующиеся. Только одни из них требуют горячей вулканизации (лейконат, просто «сырая резина»), а другие «самовулканизируются» отвердителем без нагрева (клей 88 или его гражданский аналог – клей «Момент»);

3. По состоянию поставки (по товарной форме) могут быть:

• твердые – в виде порошка или прутка. Такой клей наносят либо на нагретую выше Тт поверхность, либо расплавляют и выдавливают из специального нагревательного пистолета. Такие «клеи - расплавы» могут образовывать как термопластичные, так и сшитые (отвержденные) пленки конструкционного назначения;

• жидкие (растворы в растворителях соответствующей полярности, например, БФ или «Момент», или исходножидкие, например, смола ЭД). В первом случае после нанесения клея необходима «подсушка» для удаления растворителя, во втором – необходимо применение отвердителя;

• пленочные. Такие составы содержат загустители, а сам клей выпускают в виде пленки толщиной порядка 1 мм, помещенной между пленками полиэтилена (который не имеет адгезии к клею). При необходимости из такого полуфабриката вырезают заготовку по форме клеевого шва, сдирают защиту, прикатывают, собирают клеевое соединение и подвергают горячему отверждению. Этот прием очень технологичен и экономен.

• Жидкие мономеры (цианакрилатные). Они обладают очень высокой текучестью и смачивающей способностью. Клеи типа «Циакрин» поставляются в герметических тубах, так как после нанесения на поверхность твердеют под воздействием влаги, воздуха в течение 0,5 –10 мин. Клеи типа «Анатерм» называют анаэробными. В присутствии кислорода воздуха (ингибитора отверждения) они не твердеют более года. Как только прекращается контакт с воздухом, например, в клеевом шве, при уплотнении резьбы, зазоре заклепочного шва менее 0,5 мм, клей очень быстро твердеет. Поставляются они в полузаполненной полиэтиленовой таре;

• Клеи выпускают одно – и многокомпонентные. Однокомпонентные клеи производят в готовом для употребления виде, Многокомпонентные клеи поставляются в виде нескольких составных частей, например, раствора смолы и отвердителя, которые смешивают между собой непосредственно перед употреблением. Каждый из компонентов в отдельности может храниться достаточно долго.

Паспортные значения свойств конструкционных клеев.

Проведение испытаний

Образец для испытаний прочности на сдвиг (по ГОСТ 14759-69) берут в виде двухсторонней лопатки: две половинки склеивают внахлестку (рис. 4). Размер a (ширина образца) в авиационной конструкции называют «длина клеевого шва», а размер b - «длина нахлестки». В таком клеевом шве при нагружении по оси лопатки действуют сдвиговые касательные напряжения , лежащие в плоскости слоя. В данной работе в качестве наиболее простого примера применяют всем известный клей типа БФ.

Клей БФ представляет собой раствор смеси фенолформальдегидной (Ф.Ф) резольной (термореактивной) смолы и термопластичной смолы бутвара (поливинилбутираля) в спирте. Фенолформальдегидная смола придает клеевой пленке термореактивность и теплостойкость, а сильно полярный бутвар повышает адгезионные свойства и обеспечивает эластичность, но несколько снижает теплостойкость клеевого шва. Диапазон рабочих температур для клеев БФ составляет  60 градусов. При продолжительной работе в условиях более высоких температур начинается процесс деструкции участков сетки, образованных молекулами бутвара. Клей БФ однокомпонентный, термореактивный, фенолфоральдегидно-ацетальный, горячего отверждения по механизму поликонденсации с выделением побочных продуктов. Давление обеспечивает более

прочное соприкосновение склеиваемых поверхностей, способствует ориентации цепей молекул полимера, компенсирует возможную усадку клеевой пленки при поликонденсации. Время выдержки и температура должны быть достаточными для завершения процессов отверждения (см. лаб. №1). Температура отверждения приблизительно +150-160 C. Клей полярный (т.к. Ф.Ф смола и бутвар имеют полярные гидроксильные радикалы, а их смесь растворена в полярном растворителе-спирте). Поэтому (при обеспечении смачивания) основными механизмами адгезии к металлической подложке являются молекулярный и, особенно, электрический. Отвержденный клей термостабилен, поэтому не набухает ни в полярных, ни в неполярных растворителях, Благодаря присутствию в клее следов фенола и формальдегида клей биологически стойкий (водо- масло- топливо- грибостойкий).

Технология склеивания металла клеями бф-2 и бф-4.

1. Хорошо подогнанные друг к другу склеиваемые поверхности деталей из дуралюминия зачищают абразивной бумагой с целью придания поверхности шероховатости.

2. Поверхность обезжиривают тампоном, смоченным ацетоном или спиртом (для повышения смачиваемости), и сушат на воздухе до полного испарения растворителя.

3. На обе склеиваемые поверхности кистью или поливом наносят клей, Слой клея должен быть сплошным, ровным и такой толщины чтобы через него просвечивала поверхность металла.

4. Детали выдерживают на воздухе в течение 30 мин. Или сушат в сушильном шкафу при температуре 55-60 C (ниже температуры отверждения) в течение 15 мин. доля испарения растворителя из клея, так как растворитель является ингибитором дальнейшего отверждения.

5. Собирают клеевое соединение, складывая друг с другом, и запрессовывают сухие склеиваемые поверхности в винтовых приспособлениях-струбцинах – давлением от 5 до 100 Мпа. Размеры нахлестки a и b замеряют и заносят в протокол.

6. Образцы в струбцинах помещают в термошкаф при температуре 140-160 C. Дается различное время отверждения: 5, 10, 15, 20, 25 и 35 мин. Процессы, протекающие в клеевом шве описаны в лаб. №1.

7. По истечению указанных сроков выдержки очередной образец вынимают из термошкафа, охлаждают под давлением и затем извлекают из струбцины.

8. Проводят контроль качества клеевого соединения разрушающим методом путем испытания прочности на сдвиг при 20 ⁰C.

Испытание клеевого шва на сдвиг.

Склеенный образец испытывают на прочность, пользуясь разрывной машиной. При этом в клеевом шве возникает напряжение сдвига, приводящее к его разрушению Для предупреждения перекоса положения клеевого шва по отношению к направлению пркладываемого усилия необходимо в зажимы испытательной машины поместить выравнивающие прокладки. Толщина прокладки должна быть равна толщине образца. Разрывное усилие заносят в протокол. Предел прочности клеевого шва при сдвиге _сдв вычисляется по формуле _сдв=P/ab, Мпа или 1 кгс/мм²  10 МПА, где P – разрушающая нагрузка, кгс; a и b – ширина и длина нахлестки склеенного участка соответственно, мм.

Влияние внешних факторов на прочность клеевого соединения.

Склеивание выгодно тем, что позволяет склеивать разнородные и предельно разнотолщинные материалы. Увеличивая длину нахлестки в пределе можно довести разрушающую нагрузку P до разрушающей нагрузки одного из элементов обшивки (рис. 4).

Теплостойкость и стойкость к тепловому старению - важные характеристики клея зависят от Т_д (температуры деструкции) основного полимера. Тепловое старение можно продемонстрировать на примере отверждения клея БФ. Отверждение клея протекает при Т  150 C. Два исходных вещества – фенолформальдегидный олигомер Т_д  250 C и бутвар Т_д  100 C поликонденсируются в одну сетку. При этом в шве идут два конкурирующих процесса:

1. сшивка (структурирование);

2. деструкция по бутварным участкам молекулярной сетки.

Поэтому суммарным графиком зависимости прочности клеевого соединения алюминиевого сплава клеем БФ будет суперпозиция кинетических зависимостей (двух нелинейных графиков): одного – повышающегося с выходом на горизонтальную асимптоту для Ф.Ф смолы и другого – падающего и стремящегося к нулю для бутвара. При сложении таких кривых образуется, как известно, график с экстремумом, Положение этого экстремума на временной оси (абсциссе) опытного графика позволяет определить оптимальное время отверждения клея БФ при заданной температуре.

На оси ординат _сдв опытного графика необходимо заранее отметить паспортное значение прочности данного клея по таблице 1, что позволит сделать заключение о качестве испытанного клея и соблюдении технологического режима склейки (рис. 5).

Рис. 4 Зависимость разрушающей нагрузки клеевого соединения от длины нахлестки.

Рис. 5 Зависимость прочности клеевого соединения дуралюмина клеем БФ-2 от времени отверждения при 150 C:

1 - изменение прочности фенольно-формальдегидных участков сетчатой молекулы; 2 - изменение прочности эластичных участков сетки из поливинилбутираля (бутвара); 3 - суммарный график.

Задание.

1. Склеить образцы металла дуралюминия клеем БФ-2 или БФ-4. При отверждении дать различную выдержку (5, 10, 15, 20, 25 и 35 мин.) при одинаковых температурах и давлении. Причем шесть образцов должны быть склеены при соблюдении стандартной технологии и шесть – при отсутствии некоторых операций технологического процесса (зачистка, обезжиривание и т.п.).

2. Испытать образцы на сдвиг и построить графики зависимости предела прочности клеевого шва при сдвиге от времени термообработки при Т_отв.

3. Проанализировать полученные данные (сравнить с таблицей 1) и объяснить влияние времени отверждения и технологии склеивания на прочность клеевого соединения.

4. Составить отчет о проделанной работе по форме лабораторного журнала.

5. Письменно ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

1. Что называется адгезией и каковы ее основные механизмы ?

2. Что такое когезия ?

3. Какие клеи применяются в авиапромышленности ? Как классифицируются клеи ?

4. Как должна быть подготовлена поверхность металла перед нанесением пленкообразующего ?

5. Какие физические и химические процессы происходят при склеивании ?

6. Чему равен предел прочности при сдвиге для важнейших конструкционных клеев ?

7. Каковы технологические и эксплуатационные факторы, влияющие на прочность склейки ?

8. Как проводится испытание прочности склеивания ?

9. Каковы состав и свойства клеев БФ ?

10.Каковы технология и режим склеивания дуралюминия клеем БФ-2 или БФ-4 ?

11.Почему время отверждения клеев БФ-2 или БФ-4 влияет на прочность клеевого соединенияи ?

Литература.

1. Д.А.Кардашев – Синтетические клеи. М. Химия 1976

2. Д.А.Кардашев, А.П.Петрова – Полимерные клеи. М. Химия 1983