СКЛЕИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ

СОСТАВ И СВОЙСТВА ВАЖНЕЙШИХ ТИПИЧНЫХ КЛЕЕВ

Выше были кратко рассмотрены основные материалы, главным образом связующие, используемые в клеях для металлов. Настоя­щая глава посвящена применению этих материалов в рецептурах как конструкционных, так и нскопструкциопных клеев. В ней дают ся типичные составы и свойства важнейших промышленных клеев.

КОНСТРУКЦИОННЫЕ КЛЕИ

§ 10. Требования, предъявляемые к конструкционным клеям для склеивания металлов

Было выдвинуто множество условий и требований на разработку клеев для соединения металлов. Большая часть этих требований распространяется на все клеи, предназначаемые для конструкцион­ного употребления, но некоторые из них являются специфичными для клеев, используемых при склеивании металлов. Например, клей должен быть нейтральным по отношению Qv металлам, т. е. не вы­зывать коррозии и 'lie способствовать ее развитию; отверждение клея должно происходить без выделения летучих. Последнее осо­бенно важно, поскольку металл в отличие хотя бы от древесины не­проницаем для летучих веществ, и и. х выделение неизбежно вызо­вет образование в клеевом шве пустот и появление внутренних на­пряжений, ослабляющих клеевое соединение. Образование таких пустот может быть предотвращено или уменьшено за счет большого давления запрессовки при оклеивании, но это удорожает и услож ляет процесс склеивания, а в ряде случаев просто невозможно.

Требования, предъявляемые к клеям, можно разделить на две основные группы: требования к свойствам клеевого соединения в изделии (прочностные или эксплуатационные) и требования техно логические. И те и другие могут быть сформулированы либо в об щей форме, качественно, либо более конкретно, с указанием коли чественных характеристик тех или иных параметров.

Идеальным в смысле прочности был бы клей, способный давать соединения такие же или более прочные, чем склеиваемые мате­риалы, при испытании которых разрушение происходило бы цели: ком по материалу. В случае оклеивания неметаллических м а терна лов это требование вполне законно, и на практике очень часто клее­вое соединение действительно оказывается более прочным, чем склеи­ваемые материалы. Конечно, и при испытании цельнометаллических клееных образцов и изделий могут быть случаи, когда в первую. очередь разрушается металл. Однако, принимая во внимание, что когезионная прочность клея — органического вещества — в отверж­денном состоянии уступает прочности металла (то же самое сле­дует сказать и об адгезионной прочности), было бы нереально в на­стоящее время предъявлять такого рода требования к клеям для склеивания металлов.

Поэтому некоторые авторы 63] утверждают, что механические свойства и стабильность клеевого шва должны быть такими, чтобы клеевое соединение могло выдержать сравнение с заклепочными, сварными и паяными соединениями. Следует заметить, что здесь идет речь о начальной, исходной прочности клеевого соединения и и ее сохраняемости или степени изменения. Последнее весьма важ­но, ибо', с одной стороны, оно указывает на большую подвержен­ность клеевого соединения влиянию различных физико химических факторов, чем других соединений, а с другой, — отражает склон­ность .клеевых соединений к необратимому изменению свойств с те­чением времени. Желательно, чтобы достигнутая прочность клеево­го соединения как можно дольше не уменьшалась вследствие «ста­рения» «лея. Необходимо, чтобы клей обладал, как правило, преж­де всего водо - и влагостойкостью, а также стойкостью к действию ряда других жидкостей, с которыми он может соприкасаться, — бензина, керосина, минерального масла и т. и. Необходимо, что бы клен обладал грибостойкостью. Это условие раньше, при при­менении клеев. растительного и животного происхождения, было весьма существенным, но теперь при использовании синтетическиX смоляных клеев оно, как правило, почти полностью удовле­творяется.

Часто указывают, что клеевые соединения металлов должны вы­держивать разнообразные как постоянные, так и переменные напря­жения в течение длительных периодов времени, сохранять работо­способность при различных температурах (пределы определяются конкретными условиями), при воздействии атмосферных факторов и т. п.

Иногда, основываясь на тех или иных представлениях о меха низме клеящего действия, пытаются расшифровать эти требования с качественной стороны, детализировать их, переводя их на язык материаловеда, разрабатывающего клеевые композиции (см. гла­вы II и III) Само собой разумеется, что клеи для металлов долж­ны прилипать и приставать к поверхности металлов, что, в частно­сти, налагает определенные требования к их полярности, а затем образовывать прочный, не слишком пластичный и не слишком хруп­кий, клеевой слой. Полагают [11], что по химической природе клей, вероятно, должен представлять собой полимер, состоящий из низко- молекулярных и высокомолекулярных фракций. Первые обеспечи­вают адгезионные свойства клея, а вторые когезионные.

Клтіо/і (уіоП г/4 дшіжеп бигь Лом с жп і ким, чі-м склеиваемые металлы, іи> ніПгжінт» нрсждепримешіПт ра їрупичиїя из-за концен трацпи ппіірижі-чппі (Ы) При тперждеіши клея в клеевом соединении не должны потикать большие внутренние напряжения. Следова­тельно, клей должен иметь малую усадку, коэффициенты термиче­ского расширения, близкие к коэффициентам термического расшире­ния склеиваемых металлов, и не должен, как уже упоминалось, выделять в большом количестве летучих.

Если перечисленные требования представляют интерес для хи­мика или технолога, то 'конструктора и расчетчика они удовлетво­рить не могут. Для них несущественно, за счет каких физико-хими­ческих явлений достигнута в «лее и клеевом соединении определен ная прочность. Важен уровень этой прочности, притом выраженный количественным образом. Попятно, что и с точки зрения оценки различных «клеев и приемо-сдаточных испытаний количественные требования к прочности клеевых соединений представляют немалый интерес. Показательны в этом отношении требования к клеям для металлов, выдвинутые Военно-воздушными силами США.

В табл. 7 приведены требования к клеям согласно Техническим условиям ВВС США Мил-А-8331 [3]. Эти Технические условия отли­чаются от прежних (спецификация AF 14164. см. приложение 1) тем, что в них исключены требования в отношении результатов испы­таний на удар — нерасчетный показатель и на - вибрацию при низкой температуре (как обычно гарантируемые по результатам испыта­ний при комнатной температуре).

Согласно сообщению С. Ганторпа и Р. Ногля-в 1950 г. Военно - воздушными силами США были одобрены для применения в авиа­ции три клея: сайклвелд, метлбонд и ридакс [33]. В настоящее вре мя большее количество клеев соответствует требованиям указанных спецификаций, что можно видеть, например, из сопоставления табл. 7 с табл. 8.

Наряду с прочностными качествами клея немаловажное значе­ние имеют его технологические свойства.

Для склеивания металлов идеальным являлся бы клей, позво­ляющий осуществлять склеивание при комнатной температуре и нив ком давлении, например, достаточном только для создании кон­такта между склеиваемыми поверхностями, который уже за корот­кий промежуток времени давал бы соединение нужной прочности. К сожалению, пока подавляющее большинство клеев для металлов, обеспечивающих наиболее прочное соединение, применяется практи­чески с подогревом.

Желательно, чтобы метод нанесения клея на склеиваемые поверх­ности был простым и производительным. Клей должен позволять ра ботать с ним в цехах с различными температурно влажностными условиями. Желательно, чтобы клей допускал модификации процес­са склеивания в зависимости от конкретных условий его применения и назначения.

не менее 140 . НО

Погружение в водопро­водную воду, 30 суток

Погружение в этилен - „ „ 140

гликоль, 7 суюк

Погружение в антифриз, „ „ 140

7 су гок

Погружение в жидкую „ „ 140

смесь Д. ІЯ гидросистем,

7 суток

Погружение в углеводе - „ „ НО

родное горючее, 7 су­ток

Примечание. Испытания ведут на образцах в одинарную нахлестку, склеенных из алюминиевого плакированного сплава 24S-13 толщиной 1,С мм. Размеры образцов: длина нахлестки 12,7 мм (и 9,5 мм для образцов, иду­щих на усталостные испытания); ширина образца 25,4 мм і общая длина обназца 130 мм.

Обычно чем длительнее жизнеспособность жидкого клея, тем лучше.

Ценным качеством клея является способность его заполгтять за­зоры между склеиваемыми поверхностями, исключая ««епроклей», и давать толстые достаточно прочные и устойчивые клеевые швы. Отчасти это качество связано с требующимся давлением запрессов­ки, о чем упоминалось выше.

Таблица в

Механические свойства клеевых соединений металлов, выполненных с помощью различных конструкционных клеев

Примечание. Таблица составлена по опубликованным в литературе данным.

Готовый клей или компоненты клея должны, не портясь, сохра­няться достаточно продолжительное время.

Наконец, клей должон быть. минимально вредным и не иметь неприятного запаха.