СКЛЕИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ

История разработки клеев для металлов с использованием феноло-формальдегидных смол

Фенольные смолы, или точнее феноло-формальдегидные, получа­ются реакцией конденсации фенола с формальдегидом. Впервые эту реакцию описал Байер в 1872 г. Однако эти материалы оставались химической диковинкой до 1905 г., когда Бэкеленд, в честь которого материал назван «бакелит», обнаружил преимущество применения нагрева и давления по время формования этого материала. Патент Бэкеленда (патент США 942699, в 1909 г.) является, видимо, пер­вым в мире патентом на термореактивный смоляной адгезив. В 1911 г. Бэреленд опубликовал статью, в которой рассматривал природу этих смол и их использование.

На заре своего появления фенольные смолы применялись в ос­новном в виде прессовочных материалов и слоистых пластиков. Использовались они главным образом в электротехнической про­мышленности. Это было естественно вследствие высоких изоляцион­ных свойств феноло-формальдегидных смол. Прочность и сравнитель­ная легкость механической обработки указанных материалов явля­ются их дополнительными преимуществами. В 1920 г. в Германии сіали использовать фенольные смолы в лаках, которые, как оказа­лось, обладали прекрасной атмосферостойкостью. Позже, с 1929 г., лакокрасочная промышленность стала массовым потребителем этих смол.

Бэкеленд высказал мысль о применении фенольных смол в ка­честве клеев в 1909 г., а в 1912 г. он описал несколько случаев та­кого применения. Имеется ряд других патентов того времени, в ко­торых описывались возможные методы использования фенольных смол в качестве клеев, предназначенных, в частности, для древе­сины. Однако только с 1930 г. фенольные смолы стали широко ис-

пользоваться как клеевые материалы в деревообрабатывающей про­мышленности

Английская авиационная промышленность одна из первых стала использовать в крупных масштабах синтетические клеи для соеди­нения металлов. Научные работники, например, де-Брюин (в на­стоящее время технический директор фирмы Аэро Рпсерч), сопоста­вили простоту вклеивания изделий из древесины с рядом длитель­ных и сложных операций, требующихся для склеивания металличе­ских конструкций. В 1937 г. научные работники приступили к созда­нию. клеев для оклеивания металлов, причем особый упор был сде­лан на клеи для соединения легких сплавов, которые трудно свари­вать и паять. Высокая водо - и грибостойкость фенольных смол по сравнению с казеиновым клеем, прежде применявшимся в произ­водстве фанерных самолетов (еще в 1914 г.), сделала фенольные смолы отправной точкой в этих изысканиях.

К 1941 г. был разработан клей, названный «ридакс». Опытная панель обшивки с приклеенными к ней стрингерами была направлена государственному авиационному заводу для испытания на продоль­ное сжатие. Было найдено, что прочность этой панели выше, чем прочность аналогичной клепаной пдпели.

Последующие испытания как лабораторные, так и эксплуата ционные, «с несомненностью доказали превосходство метода склеи­вания перед другими широко распространенными методами крепле­ния» Самолеты с элементами, склеенными ридаксом (крепление стрингеров к обшивке крыла и фюзеляжа), в настоящее время ле­тают во всех частях света при всевозможных климатических усло­виях. Де-Брюин, выступая перед инженсрами-испытателямп и кон­структорами самолетов фирмы Норт Америкэн Авиэйшн, сообщил, что ни разу не было обнаружено разрушения н» в одном из само-

«I

1 Еще в 1912 г. п России Г С. Петров изобрел синтетический пластик «карболит» мі основе фенольной смолы. В последующие годы Г. С. Петровым, А. Л Вапшендтом и другими советскими. учеными были проведены «рулные исследования в области фенопластов и других пслтшняенсационвых смол.

В 1939 г. А Г. Забродшшым, II. Т. Романовым и другими был разработан вариант смоляного «лея (ВИАМ-БЗ) те феноло-формальдегидгой смолы, затвер­девающей при комнатной температуре, который нашел широкое применение я деревянном самолетостроении. Еще раньше бакелитовый лак с 'высокой тем пера турой полимеризации и плетейные клеи иа основе фенольных смол исполь­зовались в производстве фанеры. В настоящее время клад из феноло-альдегод - ных смол применяются в строительном дме.

В 1917 г. Г С. Петров, Д. Л Пешсхонов, Г С. Бродский, А. С Файшитейн

и др., предложили синтетические ослеп типа БФ (БФ 2, БФ 4, БФ 6 и Др.).

представляющие собой спиртовые растворы модифицированных феноло формаль депидпых смол. Этн клеи >в значительной мере универсальны, некоторые из них пригодны дли склеивания металлов. Клеевые соединения металлов еа «лес БФ 2 і бляїзкіл по свойствам к соединениям на клее ридакс, оДнако последний, повидк - мому, более технологичен.

В отечественной практике применяется еще ряд «леев (марок Б-10, 88 и др.),

представляющих собой смесь фенольных смол с каучуками или термопластич­

ными смолами. Примечание редактора.

2 Эго утверждение автора является излишне категоричным. Примечание редок юра

летных агрегатов, склеенных ридаксом, даже после длительного сро­ка эксплуатации самолетов.

В то же самое время промышленность Соединенных Штатов так­же вступила на путь разработки конструкционных клеев для соеди­нения металлов. В конце 1941 г., вскоре после опубликования ре­зультатов испытания соединений, выполненных клеем ридакс, было сообщено о клее «сайклвелд», разработанном фирмами Крайслер и Гудьир Тайе энд Раббер. Металлические конструкции с соедине­ниями клеем сайклвелд успешно выдержали вибрационные испы­тания и др. Имевшие место разрушения происходили по металлу, а не ко оклейке.

В сущности история создания этого «лея датируется 1938 годом, когда изолирующие материалы стали приклеивать к. крышам кузо­вов автомобилей. В 1940 г. улучшенный вариант этого клея был ис­пользован в покрытиях чемоданов, а также для кожухов вентилято­ров н частей предохранительных сеток в пассажирских железнодо­рожных вагонах. К 1941 г. клей сайклвелд был достаточно разра­ботан для использования его в самолетных конструкциях.

Вскоре было объявлено о появлении других клеев на основе фенольных смол. Клей метлбонд, разработанный Хавенсом (фирма Консолидейтид Валти Эйркрафт), оказался одним из лучших для склеивания металлов в конструкциях самолета.

В литературе были опубликованы сведения о том, что. прибли­зительно 500 м~, т. е. больше 'U внешней поверхности бомбардиров­щика В-36, представляет собой сборные панели, склеенные с эле­ментами жесткости «леем метлбонд. Применение метлбонд, как и сайклвелд, для соединения магниевых сплавов стимулировало про­мышленное применение этого легкого металла.

Совсем недавно появились другие конструкционные клен для ме­таллов с феноло-формальдегидными смолами в качестве ооновных компонентов. К ним относяіся клеи: пластилок (фирма Гудрич), плиобонд (фирма Гудьир), FM-47 (фирма Блумингдейл Раббер) и GA-29 (фирма Миннесота Майнинг), а также. многие другие.

За последние несколько лет были достигнуты значительные успе Xu в разработке теплостойких конструкционных клеев для металлов (см. главу IV). Эти клеи должны быть пригодны для эксплуатации при температурах около 250°. Одним и'з основных связующих в этих клеях обычно являются также фенольные смолы.

Состав 422 был разработан фирмой Шелл Дивслопмснт под руководством Д. В. Элама и при содействии Военно-воздушных сил США. Два интересных теплостойких клея были в течение 1952— 1953 гг. разработаны Г. Эпштейном и сотрудниками в Порт Амери - кэн Авиэйшн.

НРКОНСТРУКЦИОННЫР КЛІІ. И

В качестве гл&виых связующих компонентов 'нсконструкциопиых клеев обычно служат термопластичные и эластомерные материалы. Клеи, чувствительные к давлению (липкие ленты), и цементирую­щие составы общего назначения также можно включить в катёго-

рию НеКОНСтрУ'КЦИОННЫХ клеев. При составлении рецептуры клеев используют шеллак, шеллак-креозот, воск, вар, канифоль, казеин, .гуммиарабик, силикаты и множество других натуральных и синте­тических материалов. Однако все эти клеи не имеют большого про­мышленного значения и в дальнейшем не разбираются.