Technoboy
Создать свой канал
Такой способ соединения материалов как склеивание известен давно, однако история склеивания металлов насчитывает немногим более 50 лет.
Причиной этого можно считать не низкую адгезию к металлам, а скорее, низкую когезионную прочность клеев, которая и сегодня уступает практически всем металлам.
Только после появления составов с относительно высоким модулем упругости, накопления опыта и обобщения теоретических знаний возникла реальная возможность соединять металлы склеиванием.
Однако долгое время этот способ оставался не основным, а только заменой других методов соединения металлов.
Во время Второй мировой войны авиакомпания De Havilland Aircraft Company (Великобритания) выпустила первые самолеты, в которых были использованы клееные деревянные конструкции, усиленные металлом. Интересно, что это было первое применение клея на основе фенолоформальдегидной смолы, модифицированной поливинилацеталем.
Успех английской авиакомпании долго оставался единственным, хотя к концу войны были разработаны высокопрочные клеи на основе эпоксидных смол именно для металлов. Недостаток опыта и теоретических знаний вызывал недоверие к этому способу соединения.
Даже спустя 25 лет после войны специалисты задавались вопросом, что лучше: клеить, клепать или сваривать?
Однако сегодня с уверенностью можно сказать, что внеземную (ракеты, спутники и объекты типа луноходов) и наземную технику (огромные радиолокаторы и др. оборудование) без склеивания представить нельзя.
Склеивание имеет ряд преимуществ перед классическими способами соединения металлов:
- Возможность соединять разнородные металлы, которые нельзя клепать или сваривать
- Возможность соединять металлы с неметаллическими материалами
- Равномерное распределение напряжений по площади соединения
- Упрочнение конструкции в тех местах соединения, где клепка и сварка вызывают ослабление
- Снижение вибрации конструкции
- Герметичность соединения при давлении и вакууме
- Отсутствие больших температурных колебаний, как при сварке
- Возможность демонтажа большинства клеевых соединений при нагреве без повреждения субстратов
- Лучший внешний вид и более ровная поверхность
Кроме вышеперечисленных преимуществ, имеются и другие, не менее важные: клеевое соединение – это электрически изолированная система (если не используются токопроводящие клеи).
Это свойство может быть как выгодным, так и бесполезным, а в отдельных случаях даже опасным. Поэтому квалификация работников, занимающихся склеиванием, должна быть высокой.
Сегодня склеивание рассматривается как один из лучших способов неразъемного соединения материалов. Одним из основных условий достижения максимальной прочности и долговечности клеевых соединений металлов является правильный выбор субстрата и клея.
Выбранные для склеивания металлические поверхности должны иметь соответствующие физико-механические свойства и оптимальные геометрические размеры. Разнородные субстраты должны как можно меньше различаться по таким свойствам как модуль упругости и термический коэффициент расширения. Если этот принцип не может быть соблюден, необходимо выбрать клей, который снижает данные различия.
В том случае, если предъявляемым требованиям не отвечает ни один клей, то выбирают эластичный клей или систему клеев. Например, при соединении эластичного и твердого субстратов используют эластичный клей со стороны эластичного субстрата и жесткий клей со стороны твердого. Оба клея должны быть совместимыми и иметь адгезию друг к другу.
Решающее значение имеет поверхностная обработка металлов перед склеиванием.
Однако в этой области остается еще много невыясненных вопросов. Например, влияние шероховатости, результатом которой должно быть механическое заклинивание клея, не полностью объяснено.
Существует точка зрения, согласно которой клей является средством для выравнивания неровностей на поверхности субстратов. В то же время известно, что наиболее высокая прочность достигается при склеивании металлов, подвергнутых травлению. Оставшиеся после травления неровности более мелкие, чем те, что остаются после механического шерохования. Клей должен иметь соответствующие физико-химические и физико-механические, адгезионные и когезионные свойства.
Для повышения адгезии используют различные добавки к клеям: хлорированные каучуки, поливиниловый спирт или адгезионные грунты, которые характеризуются высокой адгезией к субстрату. Они помогают устранить различия в механических константах субстрата и клея.
Большинство металлов являются хорошими проводниками тепла. Поэтому клеи, которые под действием тепла существенно меняют свои свойства, можно использовать только в условиях, исключающих повышение температуры.
В настоящее время имеется достаточное число клеев для металлов, которые продолжительное время выдерживают температуру от +80 °С до +110 °С.
Для более сложных условий эксплуатации есть клеи, которые в течение длительного времени выдерживают температуры от +120 °С до +180 °С (кратковременно – до +500 °С).
Клеевые соединения хорошо сопротивляются сдвигу и равномерному отрыву, хуже – неравномерному отрыву и еще меньше – отдиру и отслаиванию. Кроме того, клеевые соединения относительно плохо противостоят резким ударам. Это необходимо принимать во внимание при конструировании соединения. Напряжения, вызывающие отдир или удары, должны приходиться на металлические части соединения. Наиболее подходящими для этого являются конструкции с использованием различных усиливающих устройств.
Клеевые соединения часто эксплуатируются в условиях воздействия воды, ее паров и различных химических реагентов. От этих воздействий необходимо предохранить чистую поверхность металла после ее подготовки перед склеиванием.
Металлические поверхности, как правило, подвергаются склеиванию сразу же после проведения химической подготовки. Однако следует учитывать, что обработанная поверхность некоторое время сохраняет кислую или щелочную реакцию, которая может отрицательно повлиять на отверждение клея. Так, «кислые» поверхности после травления замедляют или полностью прекращают отверждение цианакрилатных клеев.
Пленка на поверхности металла от синтетических моющих средств, которые применяются для обезжиривания субстрата, повышает адгезию при использовании клеевых составов на основе эпоксидных смол, но препятствует отверждению анаэробных составов. Поэтому желательно, чтобы поверхность субстрата имела нейтральную реакцию и была сухой.
Некоторые клеевые соединения имеют низкую долговечность, так как отвержденный клей в условиях эксплуатации может гидролизоваться или деструктироваться, быстро утрачивая клеящую способность. Через клеи могут мигрировать агрессивные вещества, вызывающие коррозию субстрата.
Объем продуктов коррозии значительно превышает объем исходного металла, поэтому продукты коррозии, возникающие между металлом и клеем, способны не только снизить адгезию, но и разрушить клеевое соединение.
Коррозию могут вызывать клеи, отверждаемые кислотами. При склеивании алюминиевых материалов коррозию вызывает избыток щелочного отвердителя. Клей не должен образовывать с металлическим субстратом гальваническую пару. В зависимости от величины электродного потенциала он может активизировать, замедлять или защищать поверхность металла от коррозии. В клеевом соединении может быть реализован как анодный, так и катодный способ защиты субстрата от коррозии.
Наиболее эффективен и экономически обоснован анодный способ
Однако наиболее простым является применение качественного защитного покрытия на площади всего клеевого соединения, главным образом, по краям клеевого слоя. Хорошо зарекомендовали себя эпоксидные и силиконовые покрытия, которые одновременно улучшают внешний вид изделия. Такая обработка целесообразна, когда соединение работает в жидкой или очень агрессивной среде.
В большинстве случаев важно, чтобы клей отверждался быстро. Для этого применяют клеи-расплавы (расплавляются индукционным или высокочастотным нагревом). Отверждение происходит в результате застывания расплава при соответствующем давлении. Этот способ склеивания похож на точечную сварку.
Однако на практике возникают проблемы, связанные с взаимным расположением соединяемых элементов, их параллельностью и хорошей очисткой в месте соединения. Способ требует сложных конструкционных приспособлений для фиксации элементов.
Склеивание металлов и неметаллических конструкционных материалов – наиболее важная область применения клеев.
Клеевые соединения металлов и других конструкционных материалов должны обладать высокой прочностью, долговечностью в различных климатических условиях, термостойкостью. При выборе клеев для склеивания различных пар металлов и неметаллических материалов целесообразно воспользоваться справочными материалами.
Большой выбор цианакрилатных клеев Permabond позволяет решить любые проблемы со склеиванием соединений металл-металл. Линейка клеев Permabond включает в себя высокоэффективные, мгновенно твердеющие, устойчивые к высоким температурам, не окрашивающиеся и со слабым запахом химические составы, которые способны склеить любые материалы: от пластмассы и дерева до металла и керамики.
