Лако-красочные материалы — производство

Для получения прочного клеевого соединения необходимо вы­брать оптимальные для данной конструкции клеевую композицию и технологию склеивания [4]. Технологический процесс склеива­ния включает следующие операции: подготовка клея;

Подготовка поверхностей склеиваемых металлов; нанесение клея на соединяемые поверхности; сушка (открытая выдержка) нанесенного клея перед сборкой соединяемых деталей; отверждение клея.

Подготовка клея. Обязательной при подготовке к употребле­нию является проверка его срока годности. Кроме того, обычно определяют внешний вид, вязкость и концентрацию клея, а для клеев, приготовляемых из компонентов на месте потребления, — еще и жизнеспособность.

Подготовка поверхностей. Для обеспечения высокой прочности склеивания необходимо прежде всего очистить поверхность метал­
ла от различных загрязнений, так как даже следы масла или жиров могут привести к получению некачественного клеевого со­единения. Обычно поверхность протирают чистой тканью или ват­ным тампоном, смоченным ацетоном, трихлорэтиленом и другими — органическими растворителями. Рекомендуется обработка в парах трихлорэтилена. В качестве обезжиривающего средства предложен также водный раствор, состоящий из тринатрийфосфата (50—70 г/л), жидкого стекла (25—35 г/л) и жидкого мыла (3—5 г/л). Этим раствором надо обрабатывать склеиваемые по­верхности в течение 3—5 мин при 75—80 °С с последующим про­мыванием теплой водой.

Для повышения эффективности обезжиривания используются ванны, оборудованные ультразвуковой аппаратурой [5]. Сущест­вуют и успешно применяются автоматические ультразвуковые установки для обезжиривания, в частности, для обезжиривания фольги, используемой при изготовлении сотового заполнителя. Эффективными для обезжиривания оказались растворы препара­та ОП-7 и ОП-Ю [10]. Применение хлорированных растворителей при обезжиривании исключает образование зарядов статического электричества [10].

Прочность склеивания металлов может быть значительно повы­шена путем специальной обработки поверхности, специфической для разных металлов [4—7]. Данные о влиянии состояния поверх­ности дуралюмина на прочность клеевых соединений на клеях БФ-2 и ПУ-2 приведены в табл. III.4.

Наиболее высокие показатели прочности клеевых соединений дуралюмина на клеях БФ-2 и ПУ-2 достигаются при обработке поверхности в гидропескоструйном аппарате[14]. Это объясняется тем, что поверхность металла в результате опескоструивания уве­личивается. Состояние поверхности значительно меньше отража­ется на прочности клеевых соединений дуралюмина на клее БФ-2, чем на клее ПУ-2; строганые поверхности плохо склеиваются кле­ем ПУ-2.

Адгезию клеев повышают также анодные пленки, широко при­меняемые в промышленности для предохранения алюминиевых сплавов от коррозии. Повышенная адгезия многих клеев к анод­ным пленкам объясняется их большей по сравнению с необрабо­танными металлами полярностью. Следует, однако, иметь в виду, что на неплакированных алюминиевых сплавах (Д16АТ, В-95 и др.) адгезия анодной пленки к металлам может быть ниже адгезии клеевого соединения.

Наиболее широко в отечественной практике применяется метод анодного оксидирования алюминиевых сплавов обработкой в рас­творе серной кислоты. Этим методом на необработанном и плаки-

Таблица IIi.4. Влияние способа обработки поверхности дуралюмина на прочность клеевых соединений на клеях БФ-2 и ПУ-2

	Разрушающее напряжение клеевых соединений на клее БФ-2, кгс/см2	Разрушающее напряжение клеевых соединений на клее ПУ-2, кгс/см2
Вид поверхности	При —60 °С	При 20 °С	При 60 °С	После 60 циклов действия темпера­тур ±60 °С	При 20 °С После действия влажного воздуха (98%) в течение 30 сут	После действия воды в течение 30 сут	При —60 °С	При 20 °С	При 60 °С	После 60 циклов действия темпера­тур ±60 °С	При 20 СС После Действия влажного воздуха (88%) 30 сут	После действия воды в течение 30 сут
Анодированная с наполне­нием хромпиком. . .	71	232	111	237	222	206	132	181	155	157	108	97
Анодированная с наполне­нием водой………………………	66	230	111	238	207	200	120	175	141	148	64	61
Плакированная…………………	78	252	121	. 249	207	211	95	154	108	83	69	61
Опескоструенная….	115	252	90	247	221	216	186	212	152	209	156	132
Строганая долевая. . .	69	268	96	257	230	205	96	139	118	71	58	25
Строганая поперечная. .	74	231	67	241	214	205	93	112	121	84	57	40

Рованном алюминии можно получить анодную пленку, толщиной 8—12 мкм, а на плакированном деформированном металле — око­ло 5 мкм. Анодная пленка — твердая и хрупкая, поэтому при на­гревании она иногда растрескивается. С увеличением толщины пленки и повышением температуры склонность к растрескиванию возрастает; отслаивания пленки при этом не происходит.

Не допускается анодное оксидирование деталей из алюминие­вых сплавов, сваренных точечной сваркой, клепаных или имею­щих узкие зазоры, из которых невозможно полностью удалить рас­творы, применяемые при анодном оксидировании. Эффективен способ травления дуралюмина различными кислотами — хромо­вой, смесью хромовой и серной, смесью серной кислоты и двухро — мовокислого натрия (табл. III.5).

Таблица III.5. Влияние способа обработки поверхности дуралюмина На прочность при сдвиге клеевых соединений Состав раствора и способ обработки Темпера­тура обра­ботки, °С Продолжи­тельность обработки, МИИ Разрушающее напряжение при сдвиге, кгс/см2 ВК-32-200 МПФ-1 BC-I0T ВК-32-ЭМ Серная кислота (200 г/л); 13 25 164 176 191 227 Анодирование с напол­ Нением хромпиком Серная кислота (конц., 70—75 10 172 186 235 231 10 см3) двухромово- Кислый натрий (1 г), Вода (30 см3); трав­ Ление Серная кислота (конц., 60—65 10 177 203 181 221 100 см3), двухромово- Кислый натрий (10 г), Вода (30 см3); травле­ Ние Серная кислота (конц., 65+5 5 151 195 215 23» 20 см3), хромовая кис­ Лота (100 г), вода < (1000 см3); травление 148 181 184 227 Хромовая кислота (4,7 г), 65+5 3 ■вода (100 см3); трав­ Ление

За рубежом получил большое распространение метод химиче­ского травления алюминиевых сплавов в смеси серной и хромо­вой кислот, так называемый пиклинг-процесс [2]. Сначала детали обрабатывают в парах трихлорэтилена (5 мин), затем погружают в жидкий трихлорэтилен на 15—20 мин и, наконец, после промы­вания холодной водой обрабатывают в течение 20—30 мин при 60—65 °С раствором, состоящим из концентрированной серной кис­лоты (22,5 вес. ч.), двухромовокислого натрия (7,5 вес. ч.) и воды (70 вес. ч.). После обработки этим методом детали пригодны для склеивания в течение 7 сут. По прошествии указанного срока об­работка должна быть повторена. Детали, подготовленные для склеивания, нельзя брать руками, хранить их надо в пеналах, ящи­ках, полиэтиленовых пакетах или на специальных стеллажах.

Известен ускоренный способ подготовки поверхности, преду­сматривающий очистку деталей ацетоном и четыреххлористым углеродом и травление в течение 1 мин при комнатной темпера­туре раствором, состоящим из 1 вес. ч. натриевой или калиевой соли фтористоводородной кислоты, 15 вес. ч. азотной кислоты (конц.) и 84 вес. ч. воды. Окончательное травление производится в растворе смеси серной и хромовой кислот (состав аналогичен раствору, применяемому для пиклинг-процесса) при 60—65 °С в течение 1 мин.

Таблица III.6. Влияние способа подготовки поверхности алюминиевого

Сплава 24-ТЗ на прочность клеевых соединений на эпоксидно-фенольном клее FPL-878

Реагент	Условия обработ­ки	Условия предварительной обработки металла до склеивания	Разрушающее на­пряжение при сдвиге, кгс/см2
Темпера­тура, °с	Продол­житель­ность, мин	Темпера­тура, °С	Продолжитель­ность, мин	До старе­ния	После старения в течение 48 ч при 290 °С
€ и. едкий натр	27	1-5	____	______	105	64,5
27	1—5	290	1	108	71,5
1 н. соляная кислота	60	5	—	—	110	— 74
	60	5	290	1	116	63
10%-ная серная кислота	67	10	—	—	105	73,5
67	10	290	1	111	71,5
■Серная кислота	27	5	—	—	103	67,5
(20 см?), вода (50 см3),	27	5	290	1	112	65,5
Плавиковая кислота
(30 см3)
Серная кислота конц.	67	10	—	—	151	91 (63*)
(10 г), двухромово-	67	10	290	1	151	65,5*
Кислый натрий (1 г),	67	10	Промывание в 1%-нои	12	9*
Вода (30 г)			Серной кислоте и суш­
			Ка на воздухе
	67		Обработка кипящей	63	17*
			Водой (1 ч) и сушка
			На	Воздухе
Анодирование в хромо­	35	45	Промывание в холод­	167	36,5*
Вой кислоте			Ной воде и сушка
			На воздухе
	35	45	205	1	162	70*
	35	45	Обработка кипящей	72	21*
			Водой (1 ч) и сушка
■Серная кислота конц.			На воздухе		27*
90	10	—	—	108
(10 г), щавелевая ки­
Слота (10 г), вода
(Юг)

* После старения при 290 "С в течение 200 ч.

Рекомендуется обработка поверхности металла 2%-ным рас­твором едкого натра при 20 °С в течение 5 мин с последующим травлением в течение 30 мин в растворе 5 вес. ч. сернокислой меди в 30 вес. ч. концентрированной серной кислоты и 100 вес. ч. воды с температурой 80 °С. Описана также обработка алюминиевых сплавов в ванне, состоящей из 1 объема 85%-ной фосфорной кис­лоты, 4 объемов к-бутанола, 3 объемов изопропилового спирта и 2 объемов воды. Продолжительность обработки при 20 °С — 10 мин.

Следует иметь в виду, что перечисленные методы обработки не всегда обеспечивают достаточно надежную защиту алюминие­вых сплавов от коррозии.

Способ подготовки поверхности алюминиевых сплавов влияет не только на прочность, но и на термостабильность клеевых со­единений. При исследовании влияния способов обработки поверх­ности алюминиевого сплава 24-ТЗ на термостабильность клеевых соединений на эпоксидно-фенольном клее FPL-878 установлено, что окисная пленка обеспечивает наиболее высокую прочность склеивания и стойкость к старению при 290 °С (табл. III.6). Небольшие количества влаги или кислоты, адсорбированные окис­ной пленкой, значительно снижают прочность и термостабильность клеевых соединений.

Если детали из алюминиевого сплава нельзя обрабатывать, по­гружая в растворы кислот, можно на склеиваемые поверхности нанести и выдержать при комнатной температуре в течение 20—• 25 мин пасту, состоящую из 55 вес. ч. серной кислоты, 10 вес. ч. бихромата натрия, 80 вес. ч. воды и мелкодисперсной аморфной двуокиси кремния в количестве, необходимом для достижения требуемой консистенции пасты. По окончании обработки поверх­ность промывают водой.

Фирма «Ciba» рекомендует следующие методы химической обработки металлов, склеиваемых эпоксидными клеями Араль­дит [9]. Алюминий и алюминиевые сплавы обрабатывают шкур­кой или опескоструива&т. Рекомендуется также травление в ван­не следующего состава:

Серная кислота (плотность 1,82 г/см3) 7,55 л

Хромовая кислота…………………………………………………………. 2,5 кг

Бихромат натрия (ЫагСггС^+НгО) . 3,75 кг

Вода ……………………………………………………. Около 40 л

Температура ванны 60—65 °С, продолжительность обработки около 30 мин. После обработки детали промывают сначала холод­ной, а затем горячей (50—65 °С) водой и сушат на воздухе или при 65°С.

Железо и сталь рекомендуется подвергать механической обра­ботке или травлению в ванне, состоящей из 10 л 88%-ной фосфор­ной кислоты и 5 л технического метилового спирта. Продолжи­тельность выдержки в ванне" 10 мин при 60 °С. После этого детали промывают холодной водой.

Таблица III.7. Влияние способа обработки поверх­ности стали ЗОХГСА на прочность клеевых соединений на клеях ПУ-2 и БФ-2

	Разрушающее напряжение при сдвиге клеевых соединений на клее ПУ-2, кгс/см2	Разрушающее напряжение при сдвиге клеевых на клее БФ-2, кгс/см2	Соединений
Вид поверхности	При —60 °С	При 20 °С	При 60 °С	После 60 циклов действия темпера­тур ±60 °С	После действия влажного воздуха (98%) в течение 30 сут	После действия воды в течение 30 сут	При —60 °С	При 20 °С	При 60 "С	После 60 циклов действия темпера­тур ±60 "С	После действия влажного воздуха (98%) в течение 30 сут	После действит воды в течение 30 сут
Кадмированная	235	235	146	253	228	225	82	247	90	224	286	275
Оцинкованная	270	245	165	258	270	258	105	378	128	377	377	361
Форматированная	98[15]	102*	105*	118*	76*	67*	72	110	93	105	111	111
Шлифованная	267	260	173	269	259	181	108	408	160	395	395	378
Полированная	255	247	177	264	242	ПО	81	346	163	330	371	319
Опескоструенная	275	261	185	295	258	243	127	405	145	396	400	396

Детали из нержавеющей стали обрабатывают травлением при 85—90 °С в течение 10 мин в ваннах следующего состава:

I. Метасиликат натрия. 1,0 кг II. Щавелевая кислота. 14,0 кг

Тетранатрийфосфат, 0,5 кг Серная кислота. . . 12,2 кг

Едкий натр, , , , 0,5 кг Вода,..,.. 70,0 кг Вода. „,*.., 0,15 кг

При подготовке к склеиванию стали возможны различные спо­собы механической и химической обработки поверхности. При склеивании стали ЗОХГСА клеями ПУ-2 и БФ-2 лучшие результа­ты достигаются при опескоструивании, цинковании и кадмирова — нии (табл. III.7). Фосфатирование стальных поверхностей перед склеиванием не рекомендуется, так как прочность клеевых соеди­нений снижается при разрушении фосфатной пленки.

Для отожженной стали предложена следующая обработка:

1) щелочное обезжиривание, заключающееся в погружении ме­талла на 10 мин при 80±8°С в раствор следующего состава (в вес. ч.):

TOC o "1-3" h z Метасиликат натрия, , 2,25 Эмульгатор……………………………………….. 0,57

Пирофосфат натрия. 1,12 Вода…………………………………………………….. 100,0

Едкий натр…………………………… 1,12

2) промывание в горячей воде;

3) погружение металлических деталей на 3 мин в водный рас­твор хромовой кислоты с температурой 65±5°С, состоящий из 5,25 вес. ч. кислоты и 100 вес. ч. воды.

Обезжиривать сталь можно и различными органическими рас­творителями, например ацетоном или метилэтилкетоном. Наиболее рационально поверхность деталей из стали (за исключением стали ЗОХГСНА) перед склеиванием подвергать цинкованию или кадми- рованию с последующим пассивированием. Если это сделать не­возможно, то можно обработать детали металлическими опил­ками, наждачной или стеклянной бумагой. Склеивание должно быть произведено не более чем через 6 ч после обработки.

Заготовки и деталг из нержавеющей стали можно склеивать без специальной обработки поверхности. Их надо только обезжи­рить, протерев тампоном, смоченным ацетоном, или промыв в вод­ном растворе ОП-7 концентрацией 1,5—2,0 г/л при 75—80 °С в те­чение 3—5 мин.

Исследование влияния обработки поверхности нержавеющей стали Т-301 на термостабильность клеевых соединений на клее FPL-878 показало, что наилучшие результаты дает обработка, выполненная по следующему режиму:

Обработка смесью перекиси водорода, формалина и соляной кислоты или хромовой смесью;

Погружение в раствор нафтената цинка;

Нагревание обработанного нафтенатом цинка металла в течение 30 мин при 65 °С;

Охлаждение перед нанесением клея.

Такая обработка обеспечивает прочность при сдвиге клеевых соединений нержавеющей стали (после старения в течение 48 ч при 290 °С) 65—70 кгс/см2, что значительно превышает прочность склеивания стали,, не подвергнутой предварительной обработке. Высказано предположение, что при такой обработке поверхности нержавеющей стали на ней образуется слой окиси цинка, являю­щейся стабилизатором дальнейшего окисления металла —■ процес­са, неблагоприятно влияющего на термостабильность клея.

Подготовка поверхности магниевых сплавов перед склеиванием специфична, поскольку эти сплавы легко подвергаются коррозии. Перед оклеиванием на поверхности магниевых сплавов обязатель­но должна быть создана защитная пленка. Однако защитные плен­ки, получаемые химическим путем, обладают меньшей адгезией к металлу, чем клей к защитной пленке, что приводит к образова­нию клеевых соединений с невысокой прочностью. Так, для маг­ниевого сплава Fs-Th (США) рекомендуется следующий способ обработки:

Предварительная обработка:

Обезжиривание в парах трихлорэтилена (2— 5 мин);

Обработка раствором едкого натра (50— 75 г/л) при 63—79°С (5—15 мин); промывание водопроводной водой (2 мин); травление раствором хромовой кислоты (124—149 г/л) с добавкой нитрата натрия (11,4 г/л) при 52—63°С (5—15 мин); промывание дистиллированной водой (12 мин).

Окончательная обработка:

Травление в растворе хромовой кислоты (99,5 г/л) и сульфата натрия (5 г/л) при 52—63°С (3—12 мин);

Промывание дистиллированной водой (2 мин) с последующей сушкой на воздухе (5 мин).

Подготовленные таким образом детали можно склеивать не более чем через две недели.

Предложено также обезжиривать поверхность магниевых спла­вов трихлорэтиленом, обрабатывать раствором едкого натра (10 вес. ч. NaOH + 80 вес. ч. воды) при 70—75 °С е течение 5 мин и затем промывать холодной водой, травить при 20 °С в течение 3 мин в растворе, состоящем из хромовой кислоты (10 вес. ч.), сульфата натрия (0,05 вес. ч.) и воды (100 вес. ч.), с последую­щим промыванием водой и сушкой деталей.

Подготавливаемые к склеиванию поверхности меди, бронзы и латуни обрабатывают пескоструйным аппаратом и затем обезжи­ривают. Рекомендованы также кислотные ванны, состоящие из 19 вес. ч. концентрированной серной кислоты, 12 вес. ч. кристал­лического сульфата железа и 100 вес. ч. воды. Детали погружают на 10 мин в такой раствор, нагретый до 65—71 °С, потом промы­вают водой и тщательно высушивают.

Детали из меди, бронзы и латуни можно обрабатывать 25%-ным раствором персульфата аммония или составом из 15 вес. ч. хлорного железа и 30 вес. ч. концентрированной серной кислоты на 200 вес. ч. воды в течение 1—3 мин при комнатной температуре [8].

Влияние способа обработки поверхности титана на прочность склеивания эпоксидно-фенольным клеем НР-422 и фенолокаучуко — вым клеем AF-31 показано в табл. III.8. Наиболее эффективно анодирование в 15%-ной серной кислоте.

Таблица III.8. Влияние способа обработки поверхности на прочность Склеивания титанового сплава Разрушающее напряжение при сдвиге, кгс/см2 Способ обработки Марка клея При —ББ °С При 20 "С При 176 °С При 312 °С Анодирование в 15%-ной сер­ной кислоте Обработка смесью концентри­рованной серной кислоты и раствора бихромата натрия НР-422 AF-31 НР-422 AF-31 180 240 155 205 120 239 111 226 145 60,5 112 80 86 18 79 14

Рекомендована также обработка поверхности титановых спла­вов смесью водного раствора 70%-ной азотной (15 объемн. %) и.58%-ной плавиковой (3 объемн. %) кислот в течение 30 с при ком­натной температуре [23]. Для увеличения адгезии — титановых спла­вов предлагается наносить на поверхность металла фторидное покрытие путем обработки при комнатной температуре в течение 5—25 с в растворе, содержащем фтористый калий и плавиковую кислоту [17].

Эффективным методом подготовки поверхности бериллия и его сплавов является следующий [11]. Обезжиренный в парах метил — этилкетона металл обрабатывают в 5%-ном растворе серной кис­лоты, промывают водой, после чего нейтрализуют 10%-ным рас­твором едкого натра (5 мин при 50—60 °С) и снова промывают водой. Предложено также после обезжиривания в парах раствори­теля погружать детали на 3—4 мин в нагретый до 76—82 °С 20%-ный водный раствор едкого натра с последующим промыва­нием холодной водой и просушиванием в течение 10—15 мин при 135—163 °С [8].

Детали из никеля и его сплавов следует погружать на 4—6 с в концентрированную азотную кислоту при комнатной температуре, а затем промывать холодной водой и сушить при 20—25 °С. Реко­мендована также обработка составом из 15 вес. ч. хромового ан­гидрида и 20 вес. ч. соляной кислоты.

Необходимо отметить, что никелированные детали нельзя под­вергать травлению или опескоструиванию. Их рекомендуется протирать не содержащими хлора моющими средствами, промы­вать дистиллированной водой и сушить при 59 °С. После такой обработки следует сразу же загрунтовать или склеить детали [23].

Хром и хромированные детали перед склеиванием сначала обезжиривают, затем погружают на 2—3 мин в раствор, состоя­щий из равных по массе частей концентрированной соляной кис­лоты и дистиллированной воды, нагретой до 86 °С, после этого де­тали промывают холодной дистиллированной водой и сушат филь­трованным воздухом [8].

Поверхность цинка и оцинкованных металлов после промывки растворителем (ацетоном, метилэтилкетоном) погружают на 2— 4 мин в раствор, состоящий из 15 частей концентрированной соля­ной кислоты и 85 частей дистиллированной воды. После промы­вания теплой, а затем холодной дистиллированной водой и сушки при 60—72 °С в течение 15 мин детали должны быть сразу же склеены или загрунтованы [8].

Поверхность олова перед склеиванием очищают растворителя­ми, обрабатывают наждачной бумагой, затем раствором специ­ального мыла, прополаскивают дистиллированной водой и просу­шивают при комнатной температуре чистым фильтрованным воз­духом [8].

Смоченную водой поверхность свинца рекомендуется зашкури­вать наждачной бумагой, протирать мылом, промывать дистилли­рованной водой и сушить при 49 °С. Непосредственно перед склеи­ванием поверхность очищают трихлорэтиленом и как можно бы­стрее склеивают или загрунтовывают.

Кадмированные, посеребренные или позолоченные металлы перед склеиванием очищают и обезжиривают растворителем, про­тирают не содержащим хлора моющим средством, после чего про­поласкивают дистиллированной водой и просушивают при комнат­ной температуре чистым фильтрованным воздухом.

Платину обычно очищают в парах растворителей и покрывают грунтом или сразу же склеивают. Можно также протереть поверх­ность щеткой, смоченной мягким моющим составом, после чего ополоснуть водой и просушить. После такой обработки детали на­до быстро склеить или загрунтовать [8].

Изучение влияния различных видов подготовки поверхности урана на прочность клеевых соединений показало, что наиболее эффективна электролитическая обработка с последующей выдерж­кой в атмосфере инертных газов в вакууме [39].

Нанесение клея. Для склеивания металлов чаще всего исполь­зуются жидкие клеи, в некоторых случаях пленочные, или их со­четания с жидкими. Жидкий клей в большинстве случаев наносят кистью или пульверизатором. В последнем случае вязкость клея должна быть понижена с помощью разбавителей. В качестве раз­бавителей обычно используют растворители, входящие в состав клея.

Нанесение клея пульверизатором особенно целесообразно при склеивании больших плоских или криволинейных поверхностей.

Пульверизаторы работают под давлением 0,7—3,5 кгс/см2, расстоя­ние до склеиваемой поверхности должно быть около 25 см. В за­висимости от качества подгонки склеиваемых поверхностей и свойств клея его наносят в два или более слоев, причем каждый последующий слой надо наносить в направлении, перпендикуляр­ном к предыдущему.

Применяется метод механического распыления клея: клей по­дается насосом под давлением 4—6 кгс/см2 в форсунку через от­верстие, расположенное по касательной к поверхности канала форсунки. Струя клея движется под действием центробежных сил по цилиндрической поверхности, одновременно под действием из­быточного давления поток клея перемещается по оси форсунки к выходу. Из сопла форсунки клей выходит в виде спиральной струи, которая, дробясь на мелкие частицы, образует конусообраз­ный факел, расширяющийся по направлению к детали [5].

Для нанесения клея можно использовать также клеевые валь­цы или окунать деталь в жидкий клей. При работе с очень вязки­ми системами (например, с клеями, содержащими наполнители) можно применять шпатели.

Предложено [12] устройство для нанесения клея на поверх­ность изделия сложного контура, представляющее собой резервуар для клея, имеющий в нижней части щель. Для регулирования тол­щины клеевого слоя устройство снабжено магнитным механизмом подачи изделия к резервуару, а одна из стенок резервуара сделана подвижной в вертикальном и горизонтальном направлениях (рис. III.9).

Интересен метод нанесения жидких клеев распылением в элек­тростатическом поле. Как правило, хорошо распыляются клеи, имеющие удельное объемное электрическое сопротивление порядка 106—107 Ом-см и высокую диэлектрическую проницаемость. Вяз­кость таких клеев должна находиться в пределах 15—40 с (по ВЗ-4). Для распыления применяются пневматические, электро­механические и электростатические устройства. Наиболее широко используется пневматический распылитель КРВ-2 [5]. Для нане­сения на склеиваемые детали фенолокаучукового клея ВК-3 в электростатическом поле предназначена специальная установка УНК-1 [5]. Известны и другие устройства [41].

Сконструирована [131 установка для нанесения клея, включающая станину с смонтированным на ней клеенамазывающим устройством в виде двух пар рабочих и дозирующих валков (в полостях между которыми как бы образуются клеевые ванны) и устройство для приготовления клея. Между мешалкой лопаст­ного типа с водяной рубашкой и клеенамазывающим устройством смонтированы герметизированные питающие бачки для поддержания постоянного уровня клея в клеевой ванне. В крышке и дне бачков укреплены краны с клапанами, при­водимыми в действие электромагнитами, сблокированными таким образом, что при открывании одного крана второй закрывается (рис. 111.10).

Описаны и другие способы и устройства для нанесения клеев на склеиваемые металлические поверхности [61]’.

Клеевые пленки используются в ряде случаев в комбинации с жидким клеем; при этом сначала на поверхность металла на­носят подслой жидкого клея, а затем после открытой выдержки между соединяемыми поверхностями закладывают клеевую пленку.

Рис. III.9. Устройство для нанесения клея на изделия с поверхностью сложного

Контура:

/ — резервуар; 2 — магазин; 3 — механизм подачи изделий; 4 — подвижная стенка резервуара;

Б — ограничитель; 6 — отсекатель; 7 — скалка.

Рис. III.10. Установка для нанесения клея:

1 — рабочие валки; 2 — дозирующие валки; 3 — клеевые ванны; 4 — мешалка; 5 — питающие

Бачки; б — кран с клапанами; 7 — электромагнит.

В последнее время с успехом начинают использоваться клея­щие системы, в состав которых входит основной пленочный клей и совмещающиеся с ним пленочный или пастообразный клеи, спо­собные вспениваться (например, для стыковки сот или крепления их к силовым вставкам), а также совмещающиеся с этими клеями грунты для нанесения на склеиваемую металлическую поверх­ность [6]. Эти грунты дают возможность сохранить подготовлен­ную к склеиванию поверхность в течение определенного времени. Кроме того, грунты могут способствовать повышению «смазываю­щей» способности склеиваемых поверхностей, повышают их корро­зионную стойкость и долговечность в условиях эксплуатации в среде с повышенной влажностью воздуха. Некоторые клеевые грунты могут препятствовать возникновению нежелательных взаимодействий на границе клей — металл. При правильном вы­боре грунта удается склеивать различные металлы одним и тем же клеем [40].

При использовании клеевых пленок обычно их предварительно раскраивают по конфигурации деталей. Раскрой производят по шаблонам с помощью острых ножей или ножниц. К поверхности склеиваемых деталей пленку прикатывают с помощью холодного или нагретого ролика. Можно также закреплять пленку вакуум­ным способом, помещая деталь с клеевой пленкой в вакуумный мешок.

Прикатка пленки может быть механизирована. Известны стан­ки СПК-1 и СПК-2, применяющиеся для прикатывания пленки клея ВК-3 к склеиваемым поверхностям [5]. Описан станок для прикатки клеевой пленки, например при изготовлении лопасти несущего винта вертолета. Станок состоит из станины с мага­зином для пленки, прикаточных рамок, соединенных шарнирно через рычаги со штоком силового цилиндра, рамок захвата плен­ки, подвижно закрепленных на оси, соединенной зубчатой переда­чей со штоком цилиндра управления [14].

При использовании твердых композиций, не содержащих рас­творителей, можно наносить клей путем напыления.

Количество наносимого клея необходимо строго контролиро­вать, так как толщина клеевого шва оказывает большое влияние на качество склеивания. Для большинства клеев толщина клее­вого слоя колеблется в пределах от 0,05 до 0,25 мм. Образование клеевых швов толщиной выше 0,5 мм приводит к значительному снижению прочности склеивания. Количество клея, наносимого на 1 м2 склеиваемой поверхности, зависит от ряда технологических факторов — качества подгонки склеиваемых поверхностей, давле­ния, а также от свойств клея.

При использовании пленочных клеев количество наносимого клея определяется толщиной пленки. Регулирование толщины клеевого шва в этом случае осуществляется путем повышения дав­ления при склеивании или применения нескольких слоев пленки.

Клеи, не содержащие растворителей, хорошо заполняющие за­зоры и способные отверждаться без выделения летучих веществ, с успехом могут быть применены при соединении деталей с недо­статочно тщательной подгонкой склеиваемых поверхностей.

Открытая выдержка. Для удаления из клеевого слоя раствори­теля, наличие которого приводит к образованию пористого шва с пониженной прочностью, производят так называемую открытую выдержку клея. Она может проводиться как при комнатной, так и при повышенной температуре. Иногда сначала пленку клея под­сушивают на воздухе, а затем некоторое время выдерживают при повышенной температуре, при которой не должно происходить преждевременного отверждения клея. Как правило, при склеива­нии клеями, не содержащими растворителей, например Эпокси — дом П и Пр, Аральдитом 1, а также пленочными клеями открытая выдержка не требуется.

Отверждение клея. Условия отверждения клея (температура, Давление, продолжительность) играют исключительно важную

21*

323

Таблица III.9. Условия иаиесеиия и отверждения различных клеев Марка клея Состав клея Способ нанесения Открытая выдержка Условия отверждения Темпера­тура, °с Продолжи­тельность, мин Темпера­тура, "С Продолжи­тельность, мин Давление, КГС/СМ2 Эпоксид ПР ) Эпоксидная смола+от- В ввде раствора 200 40 0,5-1,0 Аральдит 1 / Вердитель БФ-2 Ф ен олоформ а льдегидн ая Кистью Последовательно: Смола+поливинилбути­ 16—30 30 140—160 55—60 5—20 Раль в спиртовом рас­ 50—60 15 Творе 90 45 150 10 10 Ридакс Е Фенолоформальдегидная Фенольная смола нано­ — — 150 10 17,5 Смола +лоливинилфор- Сится кистью, порош­ Маль Кообразный поливи- Нилформаль посыпает­ Ся иа липкую. поверх­ Ность смолы ВК-32-200 Фенолокаучуковые ком­ Кистью, пульверизато­ 1-й слой 180 60 6-20 Плиобонд М 20 / Позиции Ром или в виде пленки 20 15-30 2-й Слой Последовательно: 20 15—30 65 90 90 10 177 25 17,5 Имидайт 850 Полибензимидазольная Кистью или в виде плен­ 92 90 315 60 13* Композиция Ки FM-34 Полиамидная компози В виде пленки — — 260 90 2,8** Ция

* Окончательное отверждение производится прн 400 °С в течение I ч в атмосфере азота. ** Окончательное отверждение производится при 288 °С в течение 3 ч

Роль в технологическом процессе склеивания и должны быть уста­новлены с особой тщательностью для выбранного клея и данного вида соединения. Температура, давление и продолжительность отверждения, рекомендуемые для разных клеев, отличаются весь­ма значительно (табл. III.9).

При склеивании металлических конструкций используются раз­личные методы нагревания и создания давления при отверждении, определяемые размерами и формой соединяемых деталей и техно­логическими особенностями клея. Во многих случаях наиболее эффективно нагревание в камерах, обогреваемых газом или элек­тричеством; можно использовать также инфракрасные лампы, ко­торые особенно удобны при конвейерных процессах. Инфракрас­ные лучи поглощаются металлом почти без потерь на нагревание окружающего воздуха, что обеспечивает высокую скорость нагре­вания; аппаратурное оформление достаточно просто. Недостатком метода является его чувствительность к колебаниям напряжения и частоты тока в сети.

Широкое применение находят методы контактного нагревания. Для этой цели пригодны ленты из металлов с высоким электриче­ским сопротивлением, которые укладывают вблизи клеевого со­единения и нагревают электрическим током. Металлические ленты можно заменять нихромовой или хромелевой проволокой. Для нагревяккя используют очень тонкую проволоку или проволоч­ную сетку, закладывая ее в клеевое соединение.

Разработан [15] пленочный клей, в состав которого входят компоненты, обладающие высоким электрическим сопротивлением. Тепло, выделяемое при п{ охождении тока через эти компоненты, способствует быстрому отверждению клея. Прочность и химиче­ская стойкость клеевых соединений на этом клее такие же, как и у обычных клеев. Для устранения деформации клеевых соедине­ний при отверждении применяется давление 0,35—1,0 кгс/см2.

Токопроводящие ткани из угольных или графитовых волокон используются [16] в качестве подложки при изготовлении пленоч­ных клеев на основе полиимидов. При изготовлении нагреватель­ных элементов используют также обработанную графитом стек­лянную ткань с защитным эпоксидным покрытием. При склеива­нии металлов находит применение и высокочастотный нагрев. Ис­пользуют также кислородные горелки и паяльные лампы (глав­ным образом для ремонта в полевых условиях).

Высокоскоростным и эффективным является индукционный ме­тод нагревания при склеивании металлов. В этом случае тепло генерируется в склеиваемом металле. Индукционное нагревание металла электрическим током производится с помощью специаль­ных индукторов. При склеивании металлов индукционным методом можно пользоваться накладками, в которых возбуждаются вихре­вые токи и генерируется тепло, непосредственно передающееся склеиваемым элементам, или нагревать склеиваемые элементы от индуктора. Возможно также применение комбинированного вари­анта — один из склеиваемых элементов нагревается от накладки, а другой непосредственно от индуктора.

Нагревание с помощью накладки применяется в тех случаях, когда температура склеивания не превышает 300 °С, а склеивае­мые элементы имеют небольшую толщину, например при склеива­нии металлического сотового заполнителя с обшивкой. Нагрева­ние непосредственно от индуктора целесообразно, если склеивают­ся элементы достаточной толщины, если можно изготовить индуктор, форма которого соответствует форме конструкции, и если температура склеивания превышает 200—300 °С.

Индукционный метод целесообразно использовать в условиях массового производства, в особенности при изготовлении крупно­габаритных изделий.

Процесс отверждения некоторых термореактивных клеев может быть значительно ускорен, если их кратковременно нагревать при температурах, значительно превышающих обычно используемые. Так, например, клеи БФ-2 и БФ-4 отверждаются при 240—260 °С в течение нескольких секунд. Такой способ можно использовать, если площадь склеиваемых изделий невелика, если одна из склеи­ваемых деталей имеет отверстия или канавки для выхода паров растворителя или является пористой и, наконец, если можно бы­стро подводить и отводить тепло.

С целью ускорения процесса предложено отверждатъ клеи в «псевдоожиженном слое», состоящем из порошка, например окиси алюминия, находящегося во взвешенном состоянии. Собранную и подготовленную к склеиванию конструкцию помещают в специ­альное устройство, где она подвергается воздействию сначала нагретого, а затем имеющего комнатную температуру «псевдоожи — женного слоя» [60].

Давление при склеивании создается с помощью струбцин, пружинных зажимов, болтов, а также с применением вакуума и специальных прессов.

Вакуумный метод широко известен в производстве клееных металлических деталей сложной конфигурации. Склеиваемую де­таль в собранном виде помещают в резиновый или поливинилхло — ридный мешок, из которого вакуум-насосом выкачивают воздух; перепад давлений составляет 0,9—1,0 кгс/см2.

Часто для склеивания применяются автоклавы [18] с вакуум­ным мешком (рис. 111.11). При использовании автоклавов удается склеивать детали сложной формы. Для этого их помещают в спе­циальное приспособление (рис. III.12), покрывают резиновой диа­фрагмой, которую герметично прикрепляют к плите приспособле­ния, и из пространства между плитой и. диафрагмой откачивают воздух. Для облегчения съема деталей после склеивания приме­няют прокладочный материал, например целлофан.

При массовом производстве клееных плоских деталей или де­талей с небольшой кривизной удобно применять прессы с плоски­ми плитами и различные пресс-формы.

Для склеивания при давлении меньше атмосферного исполь­зуется стол с паровым обогревом. Давление создается с помощью резинового мешка.

J /

Рис. 111.11. Автоклав для склеивания различных изделий с применением ваку­ума (поперечный разрез): F — подвод сжатого воздуха; 2 — отсос воздуха вакуум-насосом; 3 — приспособление для Склеивания панелей, установленных иа тележке.

Рис. III.12. Сборка узла в приспособлении для склеивания в автоклаве: в ~ схема приложения давления; б — приспособление; в — место присоединения вакуум-про- вода; 1 — склеиваемые детали; 2 — верхняя плита приспособления; 3 — вакуумированная по­лость; 4 — резиновая диафрагма; 5 — вакуум-провод; б — шарнирные зажимы; 7 — прижим­ная рамка; 8 — термопара; 9 — провод термопары; 10 — сжатый воздух (пар).

Представляет интерес использование мелких алюминиевых шариков (дроби) в качестве «гидравлической жидкости» при склеивании в прессах металлических деталей больших размеров. При этом давление равномерно распределяется по всей площади склеиваемых деталей.

Для обеспечения правильного положения склеиваемых деталей друг относительно друга их необходимо фиксировать; для этого применяют различные способы (рис. III. 13). Установочные штиф­ты (рис. III. 13, Л) можно использовать в том случае, когда склеи­ваемые детали имеют отверстия. Штифты устроены так, что они остаются на одной половине матрицы, когда пресс открывается после окончания склеивания. Для компенсации изменения разме-

Рнс. 111.13. Методы фиксация деталей в приспособлении для склеивания: А — установочные плавающие штифты: 1 — верхний прижим; 2— стрингер; 3 — обшивка; 4 — плавающий штифт; 5 — опорная плита; Б — неподвижные стальные штифты; / — верхний прижим; 2 — стрингер; 3 — обшивка; 4 — опорная плита; 5 — неподвижный штифт; В — сквоз­ные отверстия в приспособлении: / — верхняя плита в приспособлении; 2, 3 — склеиваемые элементы; 4 — опорная плита приспособления; 5 — фиксирующий штифт; Г — временные вы­ступы для размещения установочных отверстий; Е — шарнирные зажимы; Ж—схема при­способления для склеивания гофрированных листов; / — установочный штифт; 2 — прижи. мы с закругленными кромками; 3, 4 — склеиваемые элементы; И — схема многоместного приспособления: / — верхние прижимы; 2 — стрингеры; 3 — обшивка; 4 — нижняя опорная плита; К. — установочные отверстия удлиненной формы; Л — применение удаляемой липкой ленты для фиксации склеиваемых элементов: 1 — липкая лента; 2 — оболочка; 3 — пласти­на; М — схема неправильной фиксации допускающая деформацию детали при отсутствии опоры: / — верхние прижимы; 2—-стрингер; 3 —обшивка; 4~ нижняя опорная плита; И — схема неправильной фиксации вследствие избыточной высоты приспособления: / — верх­ний прижим; 2 — стрингер; 3 — обшивка; 4 — нижняя опорная плита.

Ров в связи с колебаниями температуры существуют плавающие штифты. На рис. III.13, £ показаны неподвижные стальные штиф­ты. С их помощью рекомендуется склеивать детали с отверстиями, изображенные на рис. III. 13, В, так как в этом случае может про­изойти коробление детали. Довольно часто применяются мелкие алюминиевые заклепки, расположенные по оси отверстий (рис. 111.13, Г).

Если необходимо обеспечить нужное положение деталей, не имеющих отверстий, то при их изготовлении делают временные не­
большие выступы (рис. III. 13, Д), в которых сверлят отверстия для размещения установочных штифтов. Эти выступы удаляют по окончании склеивания.

Одним из самых простых методов фиксации деталей является использование липкой ленты, которая легко удаляется после склеивания. Хорошие результаты достигаются при применении шарнирных зажимов (рис. III.13, Е). Схема приспособления для склеивания гофрированных листов,, приведена на рис. III.13,Ж.

При склеивании нескольких деталей на прессе с плоскими пли­тами необходимо обеспечить постоянство общей высоты приспо­собления (рис. 111.13, И) во избежание дефектов склеивания на отдельных участках. Общая высота может быть скорректирована с помощью прокладок (фанера, картон) или липкой ленты.

При проектировании оснастки необходимо предусматривать возможность расширения и сжатия склеиваемых деталей. Чтобы устранить коробление деталей, на верхнем приспособлении (рис. III.13, М) устанавливают промежуточную опору. Пример не­правильной фиксации из-за избыточной высоты приспособления приведен на рис. III.13, Я.

Представляет несомненный интерес процесс склеивания с по­мощью ультразвука. Отверждение клея в этом случае происходит в течение нескольких секунд. Правда, требуется термообработка, но, во-первых, без зажимных приспособлений и, во-вторых, при более мягких температурно-временных режимах, чем при обычном склеивании данными клеями [6].

В процессе склеивания очень важно тщательно контролиро­вать температуру склеиваемых поверхностей, плит прессов, пресс — форм и т. д. Для этого применяются термопары, термометры, крас­ки, чувствительные к изменению температуры, и т. д.

Очень часто при склеивании на готовом изделии образуются потеки клея. Если клей еще не отвержден полностью, потеки мож­но удалить тампоном, смоченным соответствующим растворителем. Очистку можно производить и механическим путем, например соскабливанием или опескоструиванием. Однако при использова­нии этих методов необходимо соблюдать осторожность, так как растворители могут отрицательно повлиять на качество склеива­ния, а при механическом удалении потеков можно повредить клее­вое соединение. Лучший способ — это наложение защитных пле­нок на поверхность, которая находится в непосредственной близо­сти к склеиваемым участкам.