СКЛЕИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ

Испытания конструкционных клеев, предназначаемых для изготовления слоистых конструкций с легким заполнителем

В настоящем параграфе речь идет об испытаниях клеев, исполь­зуемых для приклеивания двух наружных облицовочных слоев или обшивок к заключенной между ними сердцевине из пенопласта, со­тового или иного заполнителя, в прошводстве трехслойных мате­риалов типа «сэндвич». Для оценки этих клеев, помимо испытаний, описанных в предыдущем параграфе, применяют другие виды испы­таний, спеціифичные для материалов и конструктивных элементов рассматриваемого типа: испытание иа отрыв обшивки, испытание на сдвиг, испытание на изгиб и испытание на отдирание обшивки.

Если оценивается клей, то обычно необходимо для каждого вида испытаний использовать только одну унифицированную форму об­разца. В связи с относительно недавним появлением конструкций типа сэпдвич стандартизация методов их испытаний находится еще в стадии разработки. Самым важным и общим критерием оценки клея для слоистых конструкций с заполнителем является то, чтобы соедн-

нение обшивки с заполнителем «е разрушалось до того, как в ос­новных силовых элементах конструкции (в обшивках) не будут до­стигнуты требуемые по расчету напряжения. В некоторых случаях испытаний разрушение может произойти либо в обшивке, особенно при сжатии в испытании на изгиб, либо в заполнителе —■ главным образом при сдвиге в испытаниях на срез или изгиб. Нельзя брако­вать клей, если разрушение в этих элементах трехслойной конструк­ции произошло при напряжении более низком, чем требовалось. В этом случае необходимы дальнейшие испытания с образцами трех - слоиных конструкции, изготовленных из более прочных материалов.

Приводимые далее описания испытаний панелей типа сэндвич носят обязательный характер. Рассмотренные соображения являют­ся типичными для всех разновидностей сэндвичевых конструкций, независимо от того, какие берутся материалы для облицовки и серд­цевины.

Испытание на отрыв обшивки. Трехслойную панель обрезают до удобного в обращении стандартного размера 75X^5 мм (фиг. 43). Две обшивки образца приклеивают к металлическим бло­кам, приспособленным для установку в испытательной машине. При этом применяют либо тот же самый клей, что для соединения об­шивки с заполнителем, т. е. испытуемый клей, либо другой. При наклейке упомянутых металлических блоков очень важно осущест­вить точную установку склеиваемых частей, чтобы обеспечить при испытании хорошее центрирование — приложение растягивающей силы в центре площади склейки и в направлении, перпендикуляр­ном к плоокости обшивок.

Затем образцы испытывают на растяжение при любой заданной температуре и обычно при стандартизованной скорости нагружения, например, 270 кг/мин. Поскольку при оценке клеев используется един и тот же сердцевинный материал, то результат испытания мож

но выразить как разрушающее усилие, приходящееся «а единицу площади (предел прочности при отрыве обшивки в кг/см2).

Следует применять достаточно прочный, плотный, сердцевинный материал, чтобы разрушение происходило в соединении обшивки с сердцевиной (выявление истинной Прочности соединения). Если разрушится сердцевина, выдержанная нагрузка должна быть доста­точно высокой, чтобы полностью удовлетворять уровню напряже­ния отрыва, требующемуся от соединения (поверочные испытания).

Испытание на сдвлг. Из трехслойной панели вырезают стандартный образец размером примерно 75X150 мм и склеивают с двумя металлическими пластинками (фиг. 44). Образцы испыты­вают приложением растягивающей силы, так же как при стандарт­ных испытаниях на сдвиг образцов клеевых соединений листовых металлов внахлестку.

Клей, применяемый для склеивания крепежных пластин с обшиз- ками образца, должен быть довольно жестким, чтобы при нагруже­нии во время эксперимента не имела места сильная деформация. Для приготовления образцов, идущих на испытания при температу­ре ниже 100°, оказались пригодными клеи Эпон VI «ли Эпон VIII.

Для испытаний при температуре выше 100° применяют «леи НАЛ «Хай-Темп» или СНТ.

Испытание на іт з г и б Стандартный образец размером 75X400 мм, вырезанный из сэндвичевой плоской панели, кладут об­шивкой на две опоры, расположенные вблизи его концов, и нагру­жают сверху. Нагружение применяют в одном месте (обычно по­средине длипы образца) или в двух местах. Эти схемы нагружения с учетом опорных реакций иногда называются соответственно трех - и четырехточечным нагружением. Если однородная балка нагруже­на по первой схеме, то по всей ее длине (между опорами) наряду с напряжениями от изгиба действуют касательные напряжения от перерезывающей силы; и тс и другие имеют максимальную величи­ну около места приложения сосредоточенной нагрузки. При нагру­жении по второй схеме на участке между точками приложения на­грузки касательные напряжения отсутствуют, а изгибные напряже­ния постоянны (испытание на «чистый» изгиб).

В случае испытаний образцов неоднородных трсхслойных мате­риалов картина распределения напряжений усложняется. Однако и в этом случае вторая схема предоставляет больше возможностей для варьирования распределения напряжений по объему образца. Зная показатели прочности материала обшивки на сжатие и мате­риала заполнителя на сдвиг при различных температурах, можно выбрать места приложения нагрузки при испытании так, чтобы обес печить получение данных относительно прочности клеевого соеди­нения обшивки с заполнителем (как для случая, когда максималь­ные напряжения сосредоточены в обшивках, так и когда максималь­ные, близкие к разрушающим, напряжения локализованы в запол­нителе) .

На фиг. 45 изображена установка для испытания образцов трех­слойных панелей на изгиб. На фигуре виден один из возможных вариантов разрушения образцов — отслаивание сжатой обшшжн от сердцевины. Установка для проведения испытаний образцов трех­слойных панелей на чистый изгиб в условиях повышенных темпера тур показана на фиг. 46.

Испытания на отдирание обшивки. Для слоистых конструкций с заполнителем соответствующее испытание на отдир состоит в определении силы в кг, требующейся для отслаивания от заполнителя одной из обшивок стандартной ланели. Лучше выра­жать результат испытания в виде погонного усилия отдира в кг/ем. Изменения в подготовке под склеивание поверхности обшивки резко подчеркиваются этими испытаниями. Это обстоятельство ограничи­вает ‘применение рассматриваемого метода для оценки клеев.

Другие испытания трехслойяых материалов. При оценке конструкций типа сэндвич были использованы и многие другие виды испытаний. Ясно, что их можно применить для оценки клея, которым склеена данная конструкции. К этим испытаниям от­носятся:

1) испытания па длительную прочность и ползучесть при изгибе;

2) испытания на сжатие;

3) испытание при кручении;

4) усталостные испытания.

При испытаниях образцов трсхслойных материалов на длитель­ный изгиб к образцу прикладывают нагрузку, вызывающую в мате­риале сэндвича напряжения, меньшие пределов прочности при обыч­ном кратковременном статическом испытании. Устанавливают вре­мя, в течение которого образец выдерживает приложенную нагруз­ку, и максимальный прогиб. Пример простой установки; для такого рода испытаний показан на фиг. 47.

На сжатие образцы трехслойных материалов с заполнителем испытывают как в направлении, перпендикулярном плоскости об­шивок, — «раздавливание», так и в направлении, параллельном пло ■скости обшивок, — «продольный изгиб». Эти испытания иллюстри­руются фигурами 48 и 49. При испытании на сжатие перпендику­лярно к обшивке рекомендуется снимать диаграмму нагрузка — де­формация. При испытании на сжатие вдоль обшивки наблюдают за поведением образца при испытании и характером разрушения, ко­торое может быть весьма разнообразным.

Испытания на вибрацию ведут различными способами, стремясь воспроизводить условия, близкие к реальным условиям службы кон­струкции. На фиг. 50 в качестве примера показано испытание об­разца трехслойного материала на усталость при изгибе.

Общие замечания. Одного испытания на отрыв обшивки едва ли достаточно для оценки клея, предназначаемого для склеи­вания обшивки с заполнителем в трехслоиной конструкции. Очень хрупкий клей мог бы успешно выдержать это испытание, но ока­заться непригодным на практике. Испытания на отдирание обшивки

часто рекомендуются в качестве дополнительных для выявления та­кой непригодности. Напряжения, возникающие в соединении обшив­ка—заполнитель во время испытания на сдвиг, конечно, также не воспроизводят все типичные действительные условия нагружения ■конструкции. Испытание на изгиб, видимо, самое надежное и прием­лемое для оценки клея в соответствии с требованиями практики.

Удобно воспроизводить тенденцию обшивки к выпучиванию и от­слаиванию при продольном сжатии. При таком испытании клеевое соединение подвергается как растягивающему, так и сдвигающему напряжениям. Одна ведущая фирма придерживается (по крайней мере в настоящее время) двух испытаний для оценки клеев, пред­назначаемых к использованию в слоистых металлических конструк­циях для соединения обшивки с сотовым заполнителем: испытание на сдвиг образцов внахлестку из дуралюмина и испытания на «чи­стый» изгиб образцов трехслойной панели, с сотовым заполнителем.