Справочник по композиционным материалам

Клеевые соединения

Существует два способа соединения деталей из композицион­ных материалов: соотверждение и вторичное склеивание. Исследо­вания показали, что при соотверждении требуется меньше раз­личных приспособлений и, следовательно, меньше затрат труда. Однако при соотверждении на сотовом заполнителе сандвичевых структур происходит ухудшение некоторых свойств из-за образова­ния вмятин. «Тиснение» (появление отпечатков ячеек сотового за­полнителя на соотвержденных наружных слоях) также ухудшает свойства поверхностного слоя под действием сжимающих нагру­зок. Степень снижения свойств в результате соотверждения со­товых панелей зависит от размера ячеек, толщины наружного слоя (количества слоев), ориентации слоев и давления при отверж­дении. Метод соотверждения был разработан в качестве приемле­мого производственного процесса для снижения стоимости изде­лий из улучшенных композиционных материалов.

Как правило, процесс склеивания состоит из трех стадий: выбора клея, подготовки поверхности и собственно склеивания. Эти операции будут рассмотрены ниже.

Выбор клея. Одной из важнейших операций при склеивании является правильный выбор клеевой системы. При этом надо руководствоваться следующими рекомендациями. 270

1. Клей должен обеспечивать необходимую прочность данной конструкции в той среде, где ей предстоит работать.

2. Он должен быть совместимым с входящей в состав ламината смолой.

3. Он должен иметь адекватную липкость при требуемом количестве циклов склеивания.

4. Он должен иметь достаточно низкий модуль по сравнению со склеиваемыми материалами, чтобы распределение напряжений было равномерным и не было больших концентраций напряжений по краям.

Подготовка поверхности. Возможно, самой ответственной опе­рацией при склеивании является правильная подготовка поверх­ности. Ниже будут описаны методы подготовки поверхности раз­личных типов материалов, применяемых в производстве слоистых пластиков. Из рассмотрения исключены алюминиевые листы, так как имеется огромный банк данных по этому материалу.

Сотовый заполнитель. В трехслойных конструкциях, получа­емых как склеиванием, так и соотверждением, в качестве запол­нителя применяются алюминий и стекловолокно. Метод очистки заполнителей зависит от условий, в которых они хранились после предыдущей обработки. Если заполнитель был подвергнут меха­нической обработке в состоянии, предшествующем растяжению, или удерживался в заданном положении двухсторонней липкой лентой, то его зачищают стандартным методом обезжиривания в парах растворителя. Когда заполнитель «отверждают» в простом эфире полиэтиленгликоля (полигликоле), то после механической обработки его надо тщательно промыть горячей водой (выше 71°), щелочью, деионизированной водой и быстро высушить. Алюминиевые заполнители после всех очистных операций необ­ходимо тщательно проверить на наличие пятен или следов кор­розии.

Титан. Результаты разработки методов подготовки поверх­ности титана оказались противоречивыми. Одна технология, которая представляется наиболее приемлемой, основана на хо - нинговании паром. Она успешно применялась и обеспечивала достижение необходимых свойств клеевого слоя. Процедура со­стоит из следующих операций.

Другие методы подготовки склеиваемых или соединяемых с помощью смолы деталей использовались различными организа­циями, которые применяют сандвичевые титаносодержащие трех­слойные конструкции. Анализ литературы по склеиванию ти­тана показывает, что прочность клеевого соединения может меняться в широких пределах и при некоторых обстоятельствах оказаться совершенно непредсказуемой. Опыт предыдущих ис­следований не кажется удивительным в свете современных пред­ставлений о высокой чувствительности прочности клеевых соеди­нений к химическому составу поверхности металла.

Вторая технология, основанная на погружении детали во фто­ристое соединение, кратко описана в табл. 18.3. Этот метод дал самые лучшие из всех известных результаты. Микрофотографии подготовленных поверхностей, полученные сканирующей элек­тронной микроскопией, свидетельствуют о том, что небольшие изменения условий обработки и концентрации раствора могут оказать существенное влияние на склеиваемость металла. Иссле­дования показывают также, что активность поверхности сохра­няется в течение первых 24 ч после сушки, причем самые лучшие результаты получаются, если поверхности грунтуют и склеивают сразу же после их подготовки.

Сталь. Стальные детали легче подготовить к склеиванию, чем титановые. В промышленности обычно применяют следующие методы подготовки:

1) обезжиривают деталь протиранием метилэтилкетоном или в парах растворителя;

2) проводят дробеструйную обработку окисью алюминия с зер­нистостью 180 меш под давлением 42... 63-Ю4 Па;

3) протирают чистой тканью, смоченной метилэтил кетоном;

4) очищают щелочью в соответствии с промышленными стан­дартами;

5) промывают водопроводной водой;

6) помещают в 20 ... 55 %-ную кислоту HNOa при темпера­туре 18,3 °С минимум на 90 ± 30 с;

7) промывают денонсированной водой и высушивают;

8) грунтуют или покрывают клеем поверхности не позднее чем через 4 ч после описанной выше дробеструйной обработки.

Композиционные материалы. Для подготовки поверхности композиционных материалов успешно применяются три метода. Первый — нанесение наружного слоя — заключается в том, что на склеиваемую поверхность ламината, находящегося в В-стадии, наносят термосвариваемую промытую найлоновую пленку. Этот материал почти не сморщивается и образует поверхность нуж­ного качества. Используются ультразвуковые неразрушающие методы испытания, при которых наружный слой остается непо­врежденным. После этих испытаний наружный слой можно Удалить, обнажив готовую для склеивания поверхность. Второй метод заключается в дробеструйной обработке мелкозернистой окисью алюминия. Третий метод основан на ручной очистке с по­следующим протиранием растворителем и сушкой воздухом. При всех методах подготовки предел прочности при сдвиге соеди­нений, получаемых склеиванием адгезивом «Шелл 951» ламина - тов, состоящих из графитированного волокна и эпоксидной смолы, был примерно одинаковым.

Цикл склеивания. Для получения хорошего сцепления компо­нентов в конструкции необходимо поддерживать соответствующую скорость подогрева клея. Ее обычно определяют при испытании отдельных компонентов материала на стадии конструирования.