Материал: А27878 Андреев АК Материалы для низкотемпературной техники

На рис. 5.19 показано влияние наполнителей на величину термической усадки клеевых композиций при охлаждении (среднее значение коэффициента термического расширения).

На рис. 5.20 показано влияние содержания нитрида бора на физико-механические свойства клеевой композиции: с увеличением содержания нитрида бора модуль упругости, твердость и прочность отвержденной клеевой композиции при 293 и при 77 К изменяются незначительно, а твердость и модуль упругости клеевой композиции возрастают.

Наилучшие показатели прочности при низких температурах имеют соединения с использованием клеевых композиций, в которые были введены нитрид бора и алюминий. Прочность клеевых соединений медь–нержавеющая сталь с использованием клеевой композиции, наполненной нитридом бора, значительно превышает прочность клеевых соединений с применением клеев, наполненных алюминиевой пудрой и порошком кварца. Кроме того, клеевые соединения меди со сталью 12Х18Н10Т с использованием клеевой композиции с нитридом бора имеют более стабильные прочностные характери-

306

стики по сравнению с другими клеями, что обусловливает большую надежность данных клеевых соединений.

Рис. 5.19. Влияние наполнителей на величину коэффициента термического расширения клеевых композиций на основе эпоксидной смолы:

1 – нитрид бора; 2 – алюминий; 3 – кварц

Рис. 5.20. Влияние содержания нитрида бора на механические свойства клеевых композиций при 293 К (кривые 2, 4, 5 и 6)

и при 77 К (кривые 1 и 3)

307

Введение наполнителя в клеевые композиции, предназначенные для склеивания металлических материалов, позволяет повысить надежность и работоспособность клеевого соединения при криогенных температурах. Наилучшие результаты были получены при использовании в качестве наполнителя нитрида бора, количество которого должно подбираться индивидуально, с учетом требований, предъявляемых к клеевому соединению, условий эксплуатации оборудования и, главное, химических составов склеиваемых материалов и клеящих композиций.

Рис. 5.21. Влияние содержания нитрида бора на прочность клеевых соединений меди:

а – при температуре 77 К; б – при температуре 293 К; 1 – со стеклопластиком СКТФ-1; 2 – со стеклопластиком РЭМ-К;

3 – со сталью 12Х18Н10Т

Роль наполнителей в соединениях металлического и неметаллического конструкционных материалов оказывается несущественной, так как прочность самого неметаллического материала сопоста-

308

вима или ниже прочности клея. Так, прочность клеевых соединений металлов с неметаллическими материалами, в частности со стеклопластиками СКТФ-1 и РЭМ-К (см. рис. 5.21), практически не изменяется с увеличением содержания нитрида бора в клеевой композиции, что объясняется ускоренным разрушением стеклопластиков, т. е. прочность клеевого соединения металл–стеклопластик регламентируется прочностью стеклопластиков на отрыв в плоскости их прессования.

Таким образом, для склеивания основных конструкционных материалов, используемых в криогенной технике, наиболее перспективна и универсальна эпоксидная клеевая композиция, наполненная мелкодисперсным нитридом бора. Варьируя содержание нитрида бора в клее, т. е. изменяя его коэффициент термического расширения, можно подобрать оптимальный состав клеевой композиции для склеивания различных материалов. Положительные результаты были получены также при применении клеев на основе полиуретанов

иароматических полимеров, однако эти композиции токсичны и технологически сложны при применении, что делает эпоксидные клеи наиболее перспективными для применения в области низких и сверхнизких температур.

Анализ результатов испытаний различных клеевых композиций позволил сформулировать основные требования к клеям для криогенного оборудования. Такие клеи должны удовлетворять следующим требованиям. Они должны обладать высокой адгезионной

икогезионной прочностью; стойкостью к циклическому воздействию температуры; вакуумной плотностью клеевого соединения; низкой величиной газовыделения в вакууме; малой усадкой клеев при их отверждении; длительной прочностью в условиях эксплуатации и высокой технологичностью.

5.5.3.Основные области применения клеевых композиций

внизкотемпературной и криогенной технике

Анализ современного состояния исследований по вопросам разработки и изготовления клееных матричных теплообменников позволяет сделать вывод о перспективности их применения в установках криогенной техники. На рис. 5.22 показан разрез клееного теплообменника, который представляет собой набор чередующихся пер-

309

форированных пластин 1 и прокладок 2, соединенных в жесткую неразъемную конструкцию клеевыми слоями 3. К торцовым поверхностям теплообменника приклеиваются коллекторы 4.

Рис. 5.22. Клееный теплообменник с перфорированными пластинами: 1 – перфорированные пластины; 2 – прокладки;

3 – клеевые слои; 4 – коллекторы

Клеи все шире применяются в воздухоразделительных установках. Известна конструкция вентиля, разработанного фирмой «LindeAG» (ФРГ) для воздухоразделительных установок. Особенность конструкции – резьбовое неразъемное соединение корпуса вентиля из алюминиевого сплава и трубки из нержавеющей стали, выполненное с использованием модифицированной эпоксидной смолы марки ЕС14НД.

Клеи на основе эпоксидных смол широко применяются для приклеивания стеклопластиковых стержней в опорах криогенных трубопроводов при изготовлении поршня-вытеснителя для холодильных газовых машин и детандеров.

310