Таблица 5.70
Предел прочности клеевых соединений алюминий–алюминий полиуретановыми клеями при сдвиге, МПа
Марка |
Температура испытания, К |
|
клея |
283 |
213 |
|
|
|
ПУ-2 |
20 |
14 |
|
|
|
ВК-5 |
10 |
13 |
|
|
|
ВК-20 |
19 |
20 |
|
|
|
ВИЛАД11К |
22 |
– |
По данным фирмы «Whittacer Corp» (США), стойкие к действию жидкого кислорода и пригодные для применения при криогенной температуре клеи могут быть получены на основе полиуретана из тетрафторфенилендиизоцианата и полиэфира на основе перфторпропилена или полиэфира на основе гексафторбензола и гексафторпентандиола.
Фирма «Мопsanto» (США) разработала полиуретановый клей на основе 2,6-диэтил-п-фенилендиизацианата. Прочность клеевых соединений на этом клее при сдвиге составляет 31–44 МПа при 20 К, 42 МПа при 77 К и 11–13 МПа при 423 К.
В отечественной космической технике для склеивания пластмасс нашел применение пастообразный полиуретановый клей ура-
лан 8089-А/В.
Созданы клеи на основе ароматических полимеров, работоспособных при температуре от 4 до 573 К. К ароматическим полимерам, содержащим гетероциклы, относятся полибензимидазолы, полиамиды, полибенэтиазолы, полихиноксалины, полиоксадиазолы, политриазолы и лестничные полимеры. По прочности соединений эти клеи не уступают эпоксидным и фенольным клеям.
Разработанный фирмой «Narmco» клей имидайт 850 представляет собой 34–35 %-й раствор смолы имидайт 2321 на пиридине. Клей рекомендуется для склеивания стали, титановых и алюминиевых сплавов, бериллия в изделиях авиационной, ракетной и космической техники. Характеристики клеевых соединений различных металлов, выполненных клеем имидайт 850, приведены на рис. 5.17.
296
Рис. 5.17. Влияние температуры на прочность соединения различных металлических материалов клеем имидайт 850:
1 – алюминиевый сплав; 2 – титановый сплав; 3 – нержавеющая сталь
Отечественным полибензимидазольным клеем является клей марки ПБИ-1К. Этот клей используют в жидком виде, но на его основе может быть приготовлен пленочный клей. Технология применения отличается сравнительной сложностью: на склеиваемые поверхности клей наносят в два слоя, давая открытую выдержку после нанесения первого слоя при температуре 20 °С в течение 20 мин; после нанесения второго слоя выдерживают при 20 °С в течение 20 мин; затем при 100 °С – 30 мин и при 170 °С – 1 ч. Клей отверждается при 320 °С в течение 1 ч при контактном давлении 0,1 МПа. Предел прочности клеевых соединений из клея ПБИ-1К при сдвиге при температуре 293 К составляет 14–16 МПа.
Полиамидные клеи для криогенной техники. Полиамидный клей СП-6К применяют в жидком виде и в виде пленки, которую получают пропиткой стеклянной ткани. Клей отверждается при температуре 300 °С и давлении 0,2–0,3 МПа в течение 1 ч. Предел прочности при сдвиге у соединения образцов из стали ЗОХГСА, выполненного из этого клея, – составляет 9,3–10 МПа, а при неравномерном отрыве клеевых соединений – 1 МПа при комнатной температуре.
Фирма «TRWSystems» (США) разработала полиамидные клеи марок Р4/А5F и Р4А/А5FА, которые представляют собой системы,
297
состоящие соответственно из грунтов Р4 и Р4А и клеев А5F и А5FА. Клеи применяют в авиационной и ракетной технике для склеивания титановых сплавов и сотовых конструкций. Склеивание осуществляют следующим образом: конструкцию помещают в вакуумный мешок, находящийся в автоклаве, нагревают до 300 °С со скоростью 2–4 град/мин под давлением 0,7 МПа и выдерживают в течение 1 ч. Окончательное отверждение производят на воздухе при 288 °С в течение 16 ч. Данные о прочности клеевых соединений при сдвиге различных металлов на клеях Р4/А5F и Р4А/А5FА приведены табл. 5.71.
|
|
|
|
Таблица 5.71 |
|
Предел прочности клеевых соединений на полиамидных клеях |
|||||
|
при сдвиге, МПа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Марка |
Склеиваемый материал |
Температура испытания, К |
|
||
клея |
|
|
|
|
|
20 |
52 |
295 |
|
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
FМ-34В |
Титановый сплав Ti-6Al-4V |
35,0–35,5 |
30,4–34,5 |
23,5–24,7 |
|
|
|
|
|
|
|
Р4/А5 |
Титановый сплав Ti-6Al-4V |
22,1–30,1 |
25,3–33,5 |
27,6–28,7 |
|
|
|
|
|
|
|
FМ-34В |
Нержавеющая сталь 17-7 |
33,7–33,9 |
30,6–35,0 |
19,8–24,0 |
|
|
|
|
|
|
|
Р4/А5F |
Нержавеющая сталь 17-7 |
– |
23,2–23,7 |
– |
|
|
|
|
|
|
|
Р44А5FА |
Нержавеющая сталь 17-7 |
23,2–23,7 |
– |
18,6–19,1 |
|
Фирма «American Cyanomid» |
выпускает полиамидный клей |
|
марки FМ-34В в жидком виде и в виде пленки, армированной стек- |
||
лянной тканью. Отверждение клея |
происходит |
при температу- |
ре 260 °С и давлении 0,2–0,3 МПа в течение 1,5 ч. |
Клей FМ-34В |
|
применяют в сочетании с грунтом ВR-34. Использование грунта позволяет значительно повысить прочность клеевых соединений и стойкость к старению.
|
Коэффициент термического расширения клея FМ-34В при |
|||
температуре |
20 К составляет 6,86 · 10–6 |
1/°С, а |
при температу- |
|
ре |
589 К – 25,15 ·10–6 1/°С. Данные о прочности клеевых соедине- |
|||
ний |
на клее |
FМ-34В в сочетании с |
грунтом |
ВR-34 приведе- |
ны в табл. 5.71. |
|
|
||
|
Использование клеев на основе ароматических полимеров тре- |
|||
бует применения повышенной температуры, контактного давления, а в ряде случаев – и грунта для повышения адгезии.
298
В последнее время возрос интерес к анаэробным уплотнительным составам на основе полимеризационно-способных соединений акрилового или метакрилового ряда. Характерной особенностью анаэробных составов является их способность сохранять свои свойства в течение длительного времени в присутствии кислорода воздуха и быстро полимеризироваться при нарушении контакта с кислородом с образованием прочного полимерного слоя.
Анаэробные композиции применяют для законтривания резьбовых соединений, подвергающихся вибрации, для предотвращения утечки жидкости или газа при уплотнении соединений трубопроводов, для герметизации пор в литье, сварных швах изделий вакуумных систем, для защиты контактов в электроприборах и силовых установках .при сборке фланцевых соединений.
Физико-механические свойства анаэробных уплотняющих составов, работоспособных при криогенных температурах, представлены в табл. 5.72.
Таблица 5.72
Физико-механические свойства анаэробных герметиков
|
Вяз- |
Пре- |
Коэффи- |
Коэффициент тем- |
Коэффи- |
Температур- |
|
кость, |
дел |
циент |
пературопровод- |
циент |
ный диапазон |
Герме- |
сП |
проч |
теплопро- |
ности, |
термиче- |
работоспособ- |
тик |
|
- |
водности, |
м2/ч |
ского |
ности, |
|
|
нос- |
ккал/ |
|
расшире- |
К |
|
|
ти |
(м · ч · °С) |
|
ния, |
|
|
|
при |
|
|
10–8 · 1/°С |
|
|
|
сдви |
|
|
|
|
|
|
ге, |
|
|
|
|
|
|
МПа |
|
|
|
|
Уни- |
8–14 |
7 |
– |
– |
– |
20–473 |
герм- |
|
|
|
|
|
|
4ПР |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уни- |
100– |
3–4,5 |
0,195 |
0,33–103 |
120–191 |
20–473 |
герм- |
200 |
|
|
|
|
|
2Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уни- |
300– |
3–4,5 |
0,159 |
0,33–103 |
117–182 |
20–473 |
герм- |
600 |
|
|
|
|
|
2С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
299
Уни- |
3000– |
5– |
0,188 |
0,33–103 |
117–182 |
20–473 |
герм-1 |
6000 |
12,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уни- |
500– |
6– |
0,155 |
0,33–103 |
126–191 |
20–473 |
герм- |
800 |
13,5 |
|
|
|
|
1К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_______________
*Предел прочности при отрыве.
**Обеспечиваемая герметичность 1·10–5 – 1·10–7 л · мм рт.ст./с.
5.5.2.Основы технологии склеивания соединений, эксплуатируемых при низких и криогенных температурах
Ресурс, надежность, работоспособность и физико-механиче- ские свойства клеевых соединений существенно зависят от технологии склеивания. Основные операции технологического процесса склеивания: подготовка поверхностей склеиваемых материалов; приготовление клеевой композиции; нанесение клея на склеиваемые поверхности и отверждение клеевого слоя.
При склеивании металлов с металлами и с конструкционными неметаллическими материалами клей рекомендуется наносить на обе склеиваемые поверхности, что в большей степени гарантирует получение равномерной толщины клеевой прослойки по всей площади склеивания.
Способ нанесения клея на поверхность зависит от вязкости клея, условий производства и площади склеиваемых поверхностей. Жидкие клеи в зависимости от их вязкости наносят на склеиваемые поверхности кистью, шпателем, роликом, клеевыми вальцами, распылением в электрическом поле, окунанием и специальными клеенаносящими устройствами.
Все более широкое применение при склеивании конструкционных материалов находят пленочные клеи, являющиеся наиболее технологичными по сравнению с другими видами клеевых композиций. Клеевые пленки обеспечивают сплошную и равномерную по толщине клеевую прослойку, способствуют получению стабильного качества соединения. Они изготавливаются в рулонах или в виде листов. Пленки разрезают по картам раскроя, укладывают на поверхность деталей и прикатывают к поверхности деталей роликами или на специальных стендах с обогреваемой рабочей частью.
300