ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Применение конструкционных клеев из "Конструкционные клеи" Современные клеящие композиции на основе различных полимеров нашли исключительно широкое применение для соединения металлов и неметаллических материалов в конструкциях и изделиях практически во всех ведущих отраслях промышленности. Склеивание, несомненно, является и весьма перспективным методом соединения материалов в конструкциях будущего. Для того чтобы оценить целесообразность и эффективность применения того или иного клея в конкретной конструкции, необходимо знать, как изменяются свойства клеев и клеевых соединений при эксплуатации— при тепловом старении, действии воды, атмосферных факторов, статических и динамических нагрузок, агрессивных сред и т. д. Большое значение имеют также показатели усталостной прочности и долговечности. Понимание причин, приводящих к снижению несущей способности и других характеристик клеевых соединений, позволяет разработать пути прогнозирования их свойств. [c.253] Изменение свойств клеевых соединений может быть вызвано деструкцией клея, изменением упругих и релаксационных свойств клея вследствие структурирования или других процессов, неравномерностью распределения напряжений в соединении [1]. Уменьшение же прочности соединений, как правило, обусловлено действием напряжений, возникающих при действии нагрузки, остаточными напряжениями, появляющимися при формировании клеевых соединений, и напряжениями, возникающими при эксплуатации клеевых соединений. [c.253] Рассматривая поведение клеевых соединений при длительном нагревании, можно констатировать, что изменение прочности происходит вследствие термической или термоокислительной деструкции или же под действием термических напряжений, вознкающих из-за разности коэффициентов линейного расширения склеиваемых материалов и клея [2, 3]. [c.253] Исключительной стойкостью к действию высоких температур характеризуются полиимиды прочность клеевых соединений остается удовлетворительной после старения при 370 °С в течение 60 ч. Клеевые соединения на основе эпоксидных олигомеров, совмещенных с новолачными, и циклоалифатических эпоксидных олигомеров могут работать в интервале температур 230—260 °С и кратковременно до 315 °С (все сказанное относится к клеевым соединениям закрытого типа, работающим в отсутствие непосредственного воздействия кислорода воздуха, который резко ухудшает клеящие свойства полимеров). Наибольшей термостабильностью характеризуются клеящие системы на основе модифицированных фенолоальдегидных олигомеров и прежде всего карборансодержащие композиции. Карбамидные клеи в соединениях древесины характеризуются относительно невысокой термостабильностью, по-видимому, в связи с большой жесткостью отвержденного продукта и значительными остаточными напряжениями в клеевом соединении. Значительно более термостабильны меламиновые и карбамидомеламиновые клеи. Ненасыщенные полиэфиры обладают сравнительно низкой стойкостью к тепловому старению. Устойчивы к тепловому старению элементоорганические и неорганические полимеры, содержащие бор и фосфор. Клеи на основе фосфатных связующих выдерживают нагревание при 1000 °С, однако вследствие высокой хрупкости и разности термических коэффициентов линейного расширения склеиваемых материалов и клея прочность клеевых соединений при этом может существенно снижаться. [c.254] Поведение клеевых соединений при низких температурах также представляет значительный интерес для ряда отраслей современной техники. Многие клеящие материалы (фенолокаучуковые, полиуретановые, эпоксидные) способны работать при температурах, достигающих —196 °С. Некоторые полиуретановые и эпоксидные клеи, модифицированные полиамидами, могут эксплуатироваться [7] при температурах до —250 °С. За рубежом известен эпоксифенольный клей, прочность клеевых соединений на котором остается практически неизменной в интервале температур от —250 до -Ь100°С. [c.254] Наибольшей стабильностью в условиях пребывания в воде, атмосферных условиях и в условиях тропического климата обладают фенолокаучуковые клеи. Высокой атмосферостойкостью характеризуются также клеевые соединения на полиуретановом клее, отвержденном при нагревании, и на некоторых кремнийорганических клеях. Удовлетворительные свойства имеют соединения на модифицированных эпоксидных олигомерах, отверждаемых при повышенных температурах. [c.254] Следует учитывать, что иногда окружающая среда действует на клеи менее сильно, чем на склеиваемые материалы. Так, связующие в стекловолокнистых композиционных материалах чувствительны к воздействию климатических факторов, особенно солнечного света в результате стеклопластик теряет прочность. В случае склеивания металлов окружающая среда, особенно влажная, значительно ухудшает свойства поверхности склеиваемых материалов. Клеевые соединения с ограниченной водо- и атмосферостойкостью могут эксплуатироваться в различных климатических условиях, если они защищены лакокрасочными покрытиями. [c.255] Стойкость клеевых соединений на термореактивных клеях к действию агрессивных сред довольно высока. Кислотостойкостью обладают фенольные (в том числе модифицированные), кремнийорганические и эпоксидные клеи. Большинство клеев нестойко к действию щелочей. [c.255] Замечено, что фотолиз (в частности, полиуретанов и полиэтилена) на поверхности раздела с твердым телом происходит интенсивнее, чем в свободной пленке. [c.255] Совершенно очевидно, что клеевые соединения, эксплуатирующиеся в условиях космического пространства [8], подвергаются действию особых факторов — температуры от —269 до 1500 — 2000°С глубокого вакуума, кислорода (озона), различных излучений (космические, рентгеновские, инфракрасные, электромагнитные), космической пыли (микрометеориты) и т. д. Высокие механические напряжения в корпусе космического корабля в большинстве случаев существуют кратковременно, поэтому многие клеи могут быть с успехом использованы в космической технике, однако всегда следует учитывать влияние на прочностные характеристики клеевого соединения перечисленных выше факторов. [c.255] Влияние излучения на свойства клеящих полимеров зависит от их природы. Действие УФ-излучения на клеи приводит к потере массы, достигающей в некоторых случаях больших значений. Наиболее стойки к УФ-излучению полиэфирстирольные сополимеры, а также карбамидо- и меламиноформальдегидные олигомеры. Клеевые соединения на клее, представляющем собой композицию из поливинилформаля и фенолоформальдегидного олигомера, после облучения УФ-лучами в течение 1300 ч теряют менее 2% массы, но становятся хрупкими. [c.256] Прочность клеевых соединений металлов, как правило, мало изменяется при воздействии ультрафиолетовых лучей, так как клеевой слой защищен металлом. Ионизирующее же излучение действует более интенсивно. Изменение разрушающего напряжения при сдвиге клеевых соединений зависит от дозы облучения. До некоторой определенной дозы наблюдается даже повышение прочности, обусловленное, вероятно, дополнительным отверждением. При больших дозах происходит разложение полимеров с выделением газообразных продуктов. Наибольшей стойкостью к радиационному воздействию обладают фенолоформальдегидные олигомеры, наполненные асбестом, и некоторые полиэфиры. [c.256] При оценке эксплуатационных свойств клеев исключительно серьезное внимание должно быть уделено определению длительной и усталостной прочности соединений. Особую роль играют внутренние напряжения и релаксационные процессы, которые в условиях формирования и эксплуатации клеев часто предопределяют их поведение во времени [1, 9—14]. [c.256] Оценивая электрические свойства клеев, можно сказать, что лучшими диэлектриками являются эпоксидные соединения, электроизоляционные свойства которых зависят от типа олигомера, природы отвердителя, наполнителя и пластифицирующих добавок [15, 16]. Фенолокаучуковые сополимеры имеют низкие показатели диэлектрических свойств, что связано, по-видимому, с наличием в них сажи и других наполнителей. Введение в клеевые композиции пластифицирующих добавок, как правило, ухудшает их диэлектрические свойства. Тип наполнителя оказывает значительное влияние на электроизоляционные свойства. Так, введение титана-та кальция позволяет получить составы с заданной диэлектрической проницаемостью, введение металлических наполнителей (например, порошкообразного серебра) дает возможность получить электропроводящие системы. [c.256] При решении вопросов, связанных с выбором того или иного клея для разработки новых конструкций, необходимо учитывать экономическую целесообразность и ожидаемый экономический эффект. Анализ экономической эффективности производства и применения клеевых материалов показывает, что наиболее целесообразно применять жидкие клеевые материалы, не содержащие растворителя. Этим клеям несколько уступают пленочные и порошковые, наименее выгодны в экономическом отношении клеи, получаемые с применением органических растворителей. [c.257] Для расчета затрат на применение клеев, а также для выбора экономически выгодного направления разработки клеевых материалов используются обобщенные технико-экономические показатели себестоимости, цен, капитальных вложений и др. [20]. Приведем несколько примеров. Так, эффект от применения 1 м клеев в машиностроении составляет 650—4500 тыс. руб. цикл изготовления практически всех конструкций снижается на 24—35%, трудоемкость—на 40% металлоемкость конструкций — на 10—25% и срок службы деталей увеличивается в несколько раз [20]. [c.257] Автомобильная промышленность потребляет в настоящее время более 35 марок клеев. Кроме того, в перспективе автомобильной промышленности потребуются клеи для крепления элементов жесткости в кузовах и для замены механического крепления в узлах радиатора (латунной горловины и чугунных датчиков), для клеесварных соединений верхней панели передка с верхней панелью облицовки радиатора, для приклеивания фирменных знаков и облицовки кузова, внутренней отделки потолка, склеивания проводов и т. д. Удельная эффективность применения 1 м клеев в автомобильной промышленности составляет для эпоксидных клеев— 4,2 тыс. руб., каучуковых—1,2—1,6 тыс. руб., фенольных — 0,8—1,1 тыс. руб. [20]. [c.257] Применение полимербетонных клеев (бетон+эпоксидный олигомер) для стыков железобетонных конструкций гидротехнических сооружений снижает трудоемкость работ на 26%, а стоимость— в 3 раза. [c.258] Использование эпоксидных клеев для мостовых конструкций при стыковании консолей пролетных строений уменьшает затраты труда в 1,8—2 раза по сравнению с традиционными методами крепления, значительно увеличивая при этом темпы сборки. [c.258] Эффект от применения клеев в электротехнике наиболее высок— от 2,5 до 9,4 тыс. руб. на 1 м . Использование клеевых материалов в конструкции крупных электрических машин повышает их мош,ность почти на 10%), снижает массу на 20—22% и позволяет получить значительную экономию традиционных материалов [20]. [c.258] Вернуться к основной статье