СКЛЕИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ

Клей НАА «Хай-Темп»

Клеевая композиция на основе феноло-альдегиїдной смолы, на­званная клеем НАА «Хай-Темп», была разработана автором данной книги, инженером фирмы Норт Америкэн Авиэйшн. Название клея складывается из начальных букв наименования фирмы и начальных слогов английских слов «высокая температура».

Этот клей удовлетворяет существующим требованиям на «леи для конструкции управляемого летающего снаряда. Выдвинутые

требования к прочности на сдвиг 70 кгісм2 после 1/г-часо - вон выдержки при 200 ’ были значительно превышены. Па фиг. 41 показаны изменения прочности при сдвиге в записи мости от температуры испыта­ния для этого клея. Заслужи­вает внимания то обстоятель­ство, что прочность при 260° приблизительно 105 кг/см2, т. е. на 50% выше выдвинутого тре­бования. Фактически требуемая прочность 70 кг/см2 превышает­ся до тех пор, пока температу­ра не достигнет 315 . Таким об­разом, клей НАА «Хай-Темп» пригоден для конструкционных применений при температурах вплоть до 315°. В табл. 20 приведены некоторые свойства этих клеевых соединений. Детали и узлы летаю­щих снарядов конструируются фирмой в расчете на применение это­го клея.

Из табл. 20 видно, что результаты испытаний клея НАА «Хай - Темп» «а изгиб не отвечают требованиям технических условий ВВС США, согласно которым образцы клеевых соединений должны выдерживать нагрузку, равную 68 кг. но соответствуют результатам, полученным для большей части других теплостойких клеев. Это отклонение должно быть учтено при составлении технических уело вий «а теплостойкие конструкционные клеи.

Прочность соединений на клее НАЛ «Хай-Темп» на отднраине соответствует прочности соединений, полученных на эпоксидных клеях, например, на клее Эпон VIII, и значительно меньше проч-

Таблица 20

Механические свойства соединений, выполненных клеем НАА «Хай-Темп»

Статический сдвиг при растяжении.

1- Соединение 'Плакированного дуралюмина 24ST3 толщиной 1,6 мм.

Температура испытания Предел прочности при сдвиге в °С в кг/см5

24 141

260 112 (иногда до 126)

315 70

371 46

2. Соединение нержавеющей стали 17-7 толщиной 0,5 мм

24 141

260 112 (иногда до 141)

371 55

3. Соединение нержавеющей стали 18 8 толщиной 0,5 мм.

24 168

260 150

371 51

4- Соединение •шмаиового сплава RC-130A толщиной 1,3 мм.

24 - 134

260 70

5. Кипячение їв воде в течение 1 часа или погружение в хромосериоюислую ванну на 1 час при температуре 71—77° образцов из дуралюмина внахлестку не

оказывает влияния на прочность клеевого соединения при сдвиге при испытании

в (условиях температур 25 или 260°.

6. Нагрев двухкратный по 5 час. каждый цикл при температуре 260° снизил прочность образцов при «омиатлой температуре па 30%, Образцы, испытапише •три 260° после дополнительной получасовой выдержки при этой температуре, •сохранили 90% от первоначальной црочіїюсіи при-температуре 260°.

Длительная прочность при сдвиге Услоння испытания Результат

Температура Напряжение сдвига испытания

в °С в к?‘см*

24 70—77 9 час. без разрушения

260 70—77 То же

Сдвиг с плоскости склейки менее 0,(.6 мм

Статический изгиб

Температура Результат испытания

испытания Наибольшая нагрузка Максимальное cvещепие

в °С в кг в мм

24 51 0,6

260 51 1,2

ности соединении, выполненных клеем метлбонд MN3C или ридак - сом. Она составляет примерно 20% от прочности соединений на двух последних клеях. Поэтому клееные изделия в дальнейшем следует обрабатывать осторожно. Необходимы также конструктивные меры усиления таких соединений. Интересно, что после выдержки в тече­ние 5 час. при температуре 260° прочность при неравномерном отрыве клеевых соединений и а клее НАЛ «Хай-Темп» возросла почти в три раза, оставаясь, однако, ниже уровня, свойственного клеям ридакс и метлбонд.

Усталостная прочность соединений металлов на клее НАА «Хай - Темп» превышает требования спецификации Мил-А-8331, т. е. со­единение выдерживает более 10в перемен нагрузки при наибольшем напряжении цикла 45,5 кг/см2.

НАА «Хай-Темп» является двухкомнонентным «леем: он состоит из двух частей — жидкой грунтовки из смолы и стеклоткани, про­питанной смолой в качестве внутренней прослойки. Жидкость на носят кистью или пульверизатором на чистые поверхности склеивае­мых металлических элементов. Если применяется пульверизация, то клей разбавляют ацетоном до 10—25% сухого остатка. Затем на одну из покрытых грунтовкой поверхностей накладывают прокладку из стеклоткани. После кратковременного подсушива-ггия на воздухе или в печи элементы собирают и отверждают под давлением и - при нагреве. Отверждение осуществляется под давлением 3,5—7 кг/см2 при подогреве до температуры 135° в течение 1—1 [/2 часов.

При использовании клея «Хай-Темп» имеет существенное значе­ние точное. выполнение рекомендованной технологии склеивания. Допустимы лишь очень ^небольшие изменения, если они необходимы. Особенно строго нужно соблюдать указанные режимы циклов воз­душной и печной сушки. Сушка на воздухе продолжается в течение 1 часа. В конце печной сушки, которая обычно длится 1 час при температуре 80+Зэ, клей должен быть в состоянии «отлила». Это состояние характеризуется такой стадией отверждения пленки на­несенного на поверхность клея, при которой она утрачивает лип­кость, по тем не менее 'настолько мягка и пластична, что «а ней остается отпечаток ногтя.

Важность двухстадийного процесса отверждения подтверждается тем, что когда несколько известных промышленных фенольных клеев были применены таким образом, это привело почти к трех­кратному (!) возрастанию прочности клеевых соединений метал­лов при испытании в условиях температуры 250° [69].

На подготовку склеиваемых поверхностей перед нанесением ча них клея, как всегда, надо обращать серьезное внимание. Рекомен­дуется применять методы, предложенные Мэдиосожжой лаборато­рией лесных материалов.

Алюминиевые сплавы, как обычно, следует погружать в теплую (65- 75°) сернокислую ванну с добавкой бихромата натрия. При мененис других специальных травящих растворов ведет к значи­тельным колебаниям прочности клеевых соединений.

Нержавеющие, стали обычно погружают на несколько минут в разбавленную смесь плавиковой и азотной кислот. Удовлетворi - тельные результаты получены также при легкой пескоструйной обработке поверхности стали и обезжиривании ее растворителями. Таким образом, можно сделать вывод, что метод обработки поверх­ности нержавеющей стали при склеивании клеем IIAA «Хай-Темп» не влияет иа результаты испытания.

Другое дело — склеивание титановых сплавов. Их следует перед склеиванием подвергать анашой обработке ил» обработке в кислой ванне. Данные, приведенные в табл. 20, были получены для образ­цов, подвергнутых специальной анодной обработке. Более низкие значоиия —■ 25 кг/см - при комнатной температуре и 18 кг/см - при 260°—были получены для образцов, поверхность которых была обработана по способу «ИридайтМ® 14». Это указывает па важность поверхностной обработки и на необходимость присутствия окисной пленки на склеиваемых поверхностях деталей из титановых сплавов.

Помимо применения в. качестве клея для склеивания металлов, НАЛ «Хай-Темп» использован еще в двух интересных случаях

Был разработан электрический тензометр сопротивления для измерения деформаций при повышенной температуре, который со­стоит из двух слоев тонкой стеклоткани, пропитанной жидким компо­нентом клея НАА «Хай-Темп», и стандартного проволочного тензо­датчика. Проволоку помещают между двумя кусками стеклоткани, пропитанными НАА «Хай-Темп». Затем собранный пакет уплотняют и прихватывают с помощью горячего угюга. После этого производят окончательное отверждение в прессе таким же образом, - как при осуществлении клеевых соединений металлов. Предварительные испытания показали, что эту систему можно применять для опреде­ления напряжений в конструкциях при температурах до 315°.

Жидкий компонент клея ІІАЛ «Хай-Темп» также применялся для защитного покрытия против коррозионного действия сильных кислот при высоких температурах.

§ 21. Клей СНТ

Недавно клей НАЛ «Хай Темп» был модифицирован примени­тельно к склеиванию трехслойных конструкций ив металлов и тепло­стойких пластиков для приклейки обшивок к заполнителю. Когда пытались применить «лей НАА «Хай-Темп» в таких конструкциях, то по внешнему виду торцев клеевых соединений, потекам клея и по характеру вскрытой после отдирания обшивки поверхности склеивания заметили, что данный клен не обеспечивает надежного, непрерывного. клеевого соединения.

Добавлением соответствующих наполнителей с целью уменьше­ния текучести клея при1 нагреве добились повышения качества клеевых соединений за счет образования необходимых наплывов клея у стенок ячеек сотового заполнителя, прочно связывающих заполнитель с обшивкой. Этот клей, названный клеем СНТ (клей - цемент высокотемпературный), применяется так же, как и клей НАА «Хай-Темп». Жидкий компонент наносят на поверхность метал­ла шпателем, лопаткой или кистью. Здесь также используется прокладка из стеклоткани. Сотовый заполнитель предварительно грунтуют погружением в жидкий клей НАА «Хай-Темп». Клей СНТ непосредственно - на сотовый заполнитель не наносится. Если склеи­ваются металлические «сэпдвичевые» конструкции, то нанесенные слои клея подсушивают на воздухе в течение 30 мин., затем обшив­

ки и сотовый заполнитель собирают вместе - и клей в соединении отверждают под вакуумтым илш болсс высоким давлением по двухступенчатому процессу — выдержка делается при температуре 82° в течение 1 часа и столько же при температуре 135°.

При испытании клееных трехслойных панелей с сотовым запол­нителем на изгиб при температуре 260° было обнаружено, что раз­рушение обычно происходит в сердцевинном материале заполни геля. Напряжения в обшивке достигали уровня напряжений, значи­тельно превышающих расчетную норму. Это объясняется тем, что клеевое соединение и материал сердцевины хорошо выполняли свои функции связанные с работой заполнителя как промежуточного подкрепляющего или стабилизирующего элемента.

Так, при испытании «а изгиб по четырехточечной схеме нагру­жения (см. § 27) пролет между опорами 356 мм и между нагружаю­щими ножами 122 мм образца панели толщиной 16 мм из дуралю - миновой обшивки толщиной 0,8 мм и сотами из алюминия толщи­ной 0,08 мм с ячейкой в 6 мм было установлено, что разрушение произошло от сдвига по сердцевине, но не по клеевому соединению -обшивки с заполнителем. Разрушение имело место при достижении напряжения сдвига (при температуре 260°) в 14 кг/см'1, т. е. на 30% выше, чем при подобных же испытаниях других клеев, результаты которых были опубликованы - Аналогичные результаты были полу­чены в опытах с панелями, склеенными клеем СНТ, ооговый запол­нитель которых имел иные параметры (толщина ячеек сот 0,04 мм, диаметр ячейки 12,7 мм), обшивка была более тонкой (0,4 мм). Испытания проводились при различных соотношениях изгибающих и касательных напряжений, варьируемых путем изменения пролета между нагружающими ножами от 63 до 228 мм.

Напряжение сжатия в трехслойных панелях с обшивками из стеклотекстолита в момент испытания на изгиб при температуре 260е достигало 2100 кг/см2. После 5-часового прогрена при той же тем­пературе напряжения сжатия, максимально выдерживаемые обшив­кой, составляли 2300 кг/см2.

При испытании на равномерный отрыв обшивки от сотового за­полнителя были получены значения напряжения растяжения, кото­рые достигали 25 кг/см3 площади обшивки

Применение клея Cl IT позволяет повысить прочность и стабиль­ность клееных панелей с сотовыми алюминиевыми и стеклотексто­литовыми заполнителями на 20—30% по сравнению с панелями, склеенными другими клеями. Этот клей применяют в производ­стве деталей конструкции самолетов-снарядов, которые должны об­ладать достаточно высокой прочностью при повышенных темпе­ратурах.

Было установлено, что клей СНТ как клей для склеивания мо­нолитного металла с металлом превышает требования, выдвинутые ■к теплостойким клеям для управляемых летающих снарядов. Проч­ность на срез при температуре 260“ составляет 90 кг.-'см2, если испытание проводится после получасовой выдержки при темпера­туре испытания. После 5-часовой выдержки образцов, склеенных

клеем СНТ в термостате при температуре 260°, прочность при сдвиге сохраняет 80% первоначальной.

Хотя этот клей по прочности хуже, чем НАА «Хай-Темп», все же его предпочитают употреблять для склеивания металлов в тех

случаях, когда трудна подгонка склеиваемых деталей и желателен клей со свойствами заполнителя зазоров (толстая фуга). На фиг. 42 показана панель со стрингерами, приклеенными к обшивке из не­ржавеющей стали клеем СНТ.

§ 22. Клей 422

При содействии Военно-воздушных сил США компания Шелл Дивелопмент (Эмервиль, Калифорния) разработала клей, пригод­ный для склеивания металлических элементов, предназначенных для работы при высоких температурах. Этот «лей является смесыо фенольных и эпоксидных смол, содержащей большой процент алю­миниевой пудры. В табт. 21 показано изменение в зависимости от температуры испытания прочности па сдвиг при растяжении алю­миниевых образцов, соединенных внахлестку клеем 422. В табл. 22 приведен перечень некоторых выдающихся характеристик этого теплостойкого конструкционного клея.

Изменение прочности при сдвиге образцов из алюминиевого сплава, склеенных внахлестку клеем 422, в зависимости от температуры

Пр іимечание. Таблица составлена по дшным фирмы Шелл Днве-

лопмент, сообщенным Д. В. Эламом и М. Нэплсом на объединенной кон­

ференции представителей Военно-воздушных сил и предприятий авиацион­ной промышленности США в конце 1952 г.

Таблица 22

Механические свойства соединений, выполненных клеем 422

Клей 422 поставляется в виде пленки. Основа пленки — стекло­ткань, пропитанная смолой, которая образует двухстороннее смоля­ное покрытие. Пленку необходимо сохранять в замороженном со­стоянии, так как срок ес хранения очень ограничен. Нельзя хранить этот пленочный клей свыше трех недель. В настоящее время про­должается работа по повышению допустимого срока хранения клея 422. Рекомендуемый режим склеивания 170° в течение 30.мин Фирма Пармко Рэзинз энд Коатингз готовится к выпуску этого. клея в продажу под названием «Нармко 302».