г
Г. ЭПШТЕЙН
СКЛЕИВАНИЕ
МЕТАЛЛОВ
Авторизованный перевод с английского
канд. техн. наук Е. И. Паншина
ПОД ОБЩЕЙ РЕДАКЦИЕЙ
А. Г. ТУМАНОВА
1 ••
|	6И6П-Г'
I
'r*V i'v-4
ЛИ» 1 v * и
*1
i
• i ичд
-1.Ч!-1 (!
r I■ .'■•ЧСС
.	'I
ГОСУДАРСТВЕН НОЕ
ИЗДАТЕЛЬСТВО ОБОРОННО!! ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Москва 1956

В книге рассматриваются синтетические клеи и описывается
использование их при изготовлении металлических конструкций,
в том числе самолетов и управляемых летающих снарядов.
Оовешается преимущественно опыт промышленности США.
Книга рассчитана на широкий круг конструкторов и техно
логоп машиностроения, а также химиков, работающих в об¬
ласти создания и применения «леев
Редактор В И. Хмелева
Зав. редакцией ииж. А. И. Соколов

ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ПЕРЕВОДУ
Еще недавно многие инженеры, специализирующиеся в области
проектирования и изготовления металлических изделий, считали
склеивание недостаточно надежным способом соединения этих дета¬
лей и игнорировали его в своей практической деятельности. Подобное
от ношение к склеиванию металлов становится все менее оправ¬
данным.
Склеивание древесины, пластических и других неметаллических
материалов уже давно завоевало признание и нашло широкое при¬
менение в промышленности. Успехи современной химии, предоста¬
вившей в распоряжение конструктора и технолога синтетические
универсальные и специальные клеи, способные сравнительно прочно
сцепляться с металлом, сделали склеивание одним из самых надеж¬
ных, а в ряде, случаев и единственным практически приемлемым
методом соединения неметаллических материалов с металлами.
Более того, появление таких клеев впервые позволило использовать
их в различных областях техники для соединения металлов.
Интерес к новому методу крепления металлов вызван тем, что
основные способы неразъемных соединений металлов — клепка,
сварка и пайка — наряду с достоинствами имеют и существенные
недостатки.
Так, например, клепке присущи: неравномерность распределения
напряжений в заклепочных швах, что, в частности, ухудшает уста¬
лостные характеристики соединений; неровность внешней поверх¬
ности соединений, трудность достижения герметичности; ослабление
материала отверстиями и т. д.
Сварка связана с местным отпуском и ослаблением свариваемых
термообработапных металлов и частично приводит к появлению
опасных внутренних напряжений или искажению формы деталей.
Зона сварного шва состоит из литой структуры с пониженной пла¬
стичностью, которая не всегда может быть полностью восстановлена
термической обработкой.
Пайка часто вызывает «охрупчивание» металла и понижение
сопротивления отрыву, а сами паяные швы иногда недостаточно

прочны. Паяние соединения алюминиевых сплавов подвержены
коррозии и т. д.
Вследствие ряда преимуществ клеевых соединений металлов
перед другими видами соединений за последние годы значительно
расширилась область их применения как в отечественной, так
и в зарубежной технике. В настоящее время клеи для соединения
металла с металлом и с неметаллическими материалами использу¬
ются в авиационной, автомобильной, судостроительной, химической,
строительной и других отраслях промышленности. Вместе с тем
клеевые соединения имеют ряд недостатков. Знание особенностей,
положительных и отрицательных сторон процесса склеивания
и клеевых соединений металлов является необходимым условием
для рационального использования клеев в металлических кон
отрукциях.
Кроме многочисленных журнальных статей и патентов, у нас
п за рубежом имеется ряд книг и брошюр, посвященных вопросам
применения клеев, технологии склеивания и теории адгезии.
Данная монография является первой попыткой систематизиро¬
ван» основные результаты в наиболее молодой, но актуальной
и перспективной области применения клеев — в области склеивания
металла с металлом.
Книга написана инженером-исследователсм авиационной фирмы
Норт Америкэн Авиэйшн Г. Эпштейном, который в своей работе
учел опыт применения клеев на заводах данной фирмы. В известной
степени монография освещает более широкий опыт использования
клеев авиационной промышленностью США в целом и потому пред¬
ставляет особый интерес для работников авиационной промышлен¬
ности.
Приведенные в книге характеристики клеев для соединения
металлов, отражающие уровень, достигнутый зарубежной техникой
в этой области, богатый ассортимент выпускаемых клеев, разно¬
образие их прочностных и технологических качеств заслуживают
внимания инжеперов-химиков.
Автор правильно подчеркивает, что из «лея можно полностью
«выжать» все, па что он способен, только в том случае, когда
еще на стадии проектирования изделия учитываются особенности
технологии склеивания и свойств клеевых соединений. С другой
стороны, сама рецептура клея должна быть приспособлена к его
конкретному назначению.
С целью ознакомления читателя с физико-механическими и хи¬
мическими свойствами клеев, от которых зависят свойства отверж-
С

денного клеевого шва н соединения в целом, » книге довольно под¬
робно п популярно анализируются химический состав и рецептура
различных типов клеев, а также дается обстоятельный обзор мето¬
дов испытания клеевых соединений и анализ разнообразных фак¬
торов, влияющих на прочность клеевых соединений. Особый интерес
представляет глава, посвященная специальным теплостойким клеям
для металлов.
Отдельная глава посвящена использованию клеев в производ¬
стве слоистых металлических материалов и конструкций типа
«сэндвич» с легкими наполнителями, в частности, металлическими
сотами.
В книге дается также краткий обзор направлений, в которых
изыскиваются способь! неразрушающего контроля качества клеевых
соединений. Указывается, что ультразвуковая дефектоскопия на¬
дежно устанавливает в клееных изделиях наличие «непроклея».
Вместе с тем монография не лишена и недостатков. Почти со¬
вершенно не затронуты вопросы механизма клеящего действия, тео¬
ретические основы склеивания металлов. Некоторые вопросы, отно¬
сящиеся к анализ)' прочности соединения, к реакциям смолообразо¬
вания, п другие изложены автором недостаточно строго. Автор, на¬
пример, не проводит различия между реакциями полимеризациоииого
типа и поликонденсационного. Слишком много места отводится
описанию общеизвестных способов получения основных связующих
компонентов клеев смол, каучуков и т. д. Автор преимущественно
базируется на практике американской промышленности, почти не
освещая опыт, накопленный промышленностью стран Западной
Европы. В книге совсем не упоминается о работах в области склеива¬
ния, выполненных в Советском Союзе.
При подготовке перевода монографии к печати отдельные сведе¬
ния, не представляющие большого интереса для нашего читателя,
сокращены или опущены. В то же время некоторые главы (особен¬
но I, IV, V, VI) значительно пополнены новыми данными на основе
материалов иностранной периодики: вновь написаны § 3, 10, 23, 41.
отсутствовавшие в оригинале, существенно переработаны и допол¬
нены § 19, 27, 31, 32, 38.
В работе над переводом книги использована статья автора о теп¬
лостойких клеях, опубликованная в одном из журналов после выхода
в свет американского издания книги. Включены и некоторые другие
материалы, не отраженные даже в фундаментальном труде «Адгезия,
клеи, цементы, припои» под редакцией де-Брюи.на и'Хоуинка, ко¬
торый имеется в русском переводе, и сведения, не вошедшие в ре-
7

ферлпгиние журналы, изднппемие с 19Г>.Ч г. Институтом научной
информации Академии наук СССР,
Указанные материалы в известной степени восполняют недоста¬
точное освещение автором работ по склеиванию металлов, проводи¬
мых в Англии, Голландии, Франции « других странах.
В библиографии приведены некоторые работы советских ученых
в области теории склеивания, исследования свойств клеевых соеди
нений металлов и практики их применении, а также в области хи¬
мии и физики высокополимеров, дающие более глубокое и совре¬
менное изложение отдельных вопросов, затронутых во второй и
третьей главах книги.
Все англо-американские меры переведены в метрические, в свя¬
зи с чем соответственно перестроена часть графиков.
Книга Г. Эпштейна «Склеивание металлов», несомненно, будет
полезна для широкого круга инженерно-технических работников,
занимающихся разработкой и применением клеев в различных обла¬
стях промышленности.
А. Т. Туманов

ГЛАВА I
ЗНАЧЕНИЕ КЛЕЕВ В ПРОИЗВОДСТВЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
КОНСТРУКЦИЙ
§ 1. Различные методы соединений металлов
Большинство инженеров хорошо знакомы со свойствами метал¬
лов, многим известны свойства пластиков, но только за последние
годы выявились огромные потенциальные возможности клеев как
материалов, используемых для соединения металлов. Важное зна¬
чение методов соединения было особенно отмечено на последней
конференции по клеям, организованной правительством С На этой
конференции руководитель авиационной компании Превитт заявил,
что в период второй мировой войны компания расходовала на изго¬
товление составных элементов конструкции самолетов лишь четвер¬
тую часть производственного времени, а три четверти этого време¬
ни уходило на сборку элементов в агрегаты. Оказалось, например,
что изготовление фюзеляжа требует затраты большого количества
человеко-часов на установку деталей в приспособления, сверление
контрольных и основных отверстий, разборку, разметку, окончатель¬
ную сборку и постановку множества заклепок. Использование клеев
устранило бы ряд подобных операций и существенно сократило тру¬
доемкость и стоимость производства таких изделий.
Клей можно определить как вещество, обладающее способностью-
скреплять два или несколько элементов. Полученное клеевое соеди¬
нение должно обладать достаточной прочностью, чтобы противо¬
стоять силам, стремящимся разъединить элементы, связанные клее¬
вым швом.
В настоящей книге описываются клеи из синтетических смол и
каучукоподобных продуктов, которые обычно применяются при
склеивании металлов друг с другом или с другими материалами. Клеи
этого типа подробно рассматриваются в следующих главах. Они
представляют собой органические вещества, которые можно синте
зировать в лабораторных условиях. Хрупкие неорганические клеи,
подобные адгезиву «Сауерайзсн», применяемые для керамики, а
1 Повидимому, имеется в виду конференция представителей предприятий,
авиационной промышленности США, посвященная конструкционным клеям для
металлов м конструкциям типа «сэндвич», коюрая состоялась в Дейтоне, штат .
Огайо, в декабре 1S52 г. Примечание редактора
<>

также животные it растительные клеи, распространенные в бумаж¬
ной н лесной промышленности, в книге не рассматриваются, хотя
они и используются для наклеек на металлических байках.
Весьма важно знать свойства и сравнительные достоинства раз¬
личных клеев и методов соединения, чтобы эффективно приме¬
нять их.
Инженер прежде всего должен твердо решить, что в данном кон¬
кретном случае следует применить именно склеивание, а не какой-
•либо другой метод соединения — клепку или сварку. Для этого он
должен знать преимущества и недостатки каждого метода крепле¬
ния. Часто склеивание оказывается единственно возможным сред¬
ством соединения деталей в изделии.
> ау»«с-«яг
ги&ллЦллл Л
Фшг. 1. Реактивный истребитель F-100 «Супер Сэйбр» Норт Амернкэн.
летающий со сверхзвуковой скоростью, «в конструкции которого широко
применено соединение деталей методом склеивания.
Кроме того, инженер должен хорошо знать различные клеевые
материалы и методы их применения, чтобы выбрать для данного
конкретного назначения подходящий клей.
В настоящее время техника располагает разнообразными мсто
дам и соединения всех видов материалов ■— металлов, древесины,
пластмасс, резины и др. Чтобы надлежащим образом использовать
широкий ассортимент материалов, необходимо знать методы соеди¬
нения между собой как однородных, так и разнородных материалов.
Различают разъемные и «неразъемные соединения. К разъемным
неподвижным соединениям относятся крепления, осуществляемые с
помощью болтов, винтов, шпилек. Эти резьбовые соединения осно¬
ваны главным образом на силах трення, создаваемых «натягом. Не¬
достатки такого, рода креплений общеизвестны: необходимость про¬
сверливания отверстий в сопрягаемых элементах, определенные тре
бования к минимальной толщине соединяемых материалов, а глав¬
ное — тенденция к ослаблению соединения во время работы нзде-
•лия. Болтовые соединения утяжеляют конструкцию.
К разъемным соединениям можно отнести и временное склеива¬
ние детален термопластичными клеями (например, при их совмест¬
ной механической обработке). В этом случае для разъединения де¬
талей достаточно подогреть их до определенной сравнительно низ¬
кой температуры. Такие соединения не имеют большого значения в
промышленности.

Промежуточное место между разъемными и неразъемными со¬
единениями— ближе к последним — занимают соединения с натя¬
гом гладких деталей, например, соединения с прессовой посадкой.
При некоторых условиях скрепленные таким образом детали, напри¬
мер, обойма подшипника и вал, могут быть вновь разделены без
повреждения. Этим соединениям в основном присущи те же недо¬
статки, что и болтовым соединениям.
В ipyimy неразъемных методов креплений металлов с металла¬
ми и с другими материалами входят: клепка, пайка, сварка и склеи¬
вание. Сюда же можно включить заделку металлической арматуры
и материал пластмассы или керамики при литье, формовании или
прессовании изделия.
Из названных методов сварка и .пайка непригодны для соедине¬
ния металлов с неметаллическими материалами. Наиболее универ¬
сальным в этом отношении способом крепления является склеива¬
ние. В качестве примера в табл. 1 и 2 указано, какие сочетания раз
личных материалов могут быть соединены между собой с помощью
клеев (каких именно и каким образом). Рекомендации даны исхо¬
дя из опыта английокой промышленности [26] и не являются исчер
пываюгцими.
Процесс соединения .материалов путем клепки заключается в
пропускании металлического стержня — заклепки.— через отверстия
в двух соединяемых элементах. Заклепка обычно делается с заклад
ной головкой на одном конце; другой конец осаживается или рас
клепывается в процессе сборки с помощью пневматического молот¬
ка или пресса в замыкающую голошу.
При пайке два металла соединяются с помощью третьего ме¬
талла. Припой, имеющий точку плавления значительно ниже, чем
соединяемые металлы, для тесного контакта с ними расплавляется.
Затем соединение, до того как будет подвергнуто какому-либо на-
Tiряжению, охлаждается. Соединение обусловливается небольшой
диффузией припоя в основные металлы.
Припои применяют как твердые, например, сплавы цинка и
меди с серебром или без него, так и мягкие сплавы олова, свинца
с добавлением небольшого количества висмута.
Пайка мягкими припоями широко используется в электротехни¬
ческой и радиотехнической промышленности для соединения про
годов.
При соединении металлических элементов сваркой металл на
грепается до расплавления (или пластического состояния) с приме¬
нением или без применения механического давления. В производстве
самолетов широко распространена электроконтактная сварка, ооо
бенно сварка сопротивлением. Нагрев происходит за счет прохож¬
дении электротока через соединяемые детали, которые в зоне свар
ки плотно прижимаются одна к другой. Этим способом можно вы¬
полнять точечные, .роликовые и стыковые швы.
Перечисленные методы соединения металлов имеют определен
ные недостатки, которые рассматриваются ниже в связи с преиму¬
ществами, получаемыми от использования склеивания.

Таблица Т
У кн.m гель клеен, пригодных для соединения алюминиевых сплавов
с другими материалами
(марку клея и прочие данные см. в табл. 2)
„ + “ рекомендуется, »—“ не рекомендуется
Материалы,	*
!	№	клея
склеиваемые
с алюминие¬
выми
сплавами
1
2
3
4
5
С
7
8
9
10
Алюминий
н его сплавы
+
'
+
4-
+
+
.1
4-
+
Сталь
+
+
4
“Г
4-
4-
4_
Латунь
+
-
—
+
-
—
4-
—
Медь
4-
—
—
-Г
4-
—
—
—
Керамика
—
—
—
4-
—
■4-
.•
!
Стекло
—
—
—
—
,
-
+
-
—
Пластик
слоистый
[
4-
•1
Древесина
+
—
-
1 1
—
-
4- 1 1
Стеклотек¬
столит на по¬
лиэфирных
смолах
—
■
.

4 '
.
-
—
Резина
*
—
—
..
4-
—
Фрикцион¬
ные материа¬
лы
-г
+
—
—
—
_
1 Металл предварительно грунтуется клеем 4, отверждается при высокой
температуре и зат^м склеивается на .холоду с древесиной.
2 На металл наносится и отверждается клей 4, затем его склеивают клеем 8.
12

клея
Таблица 2
Клеи, рекомендуемые в соответствии с табл. 1 для склеивания
алюминиевых сплавов с другими материалами, способ нх применения"
и некоторые характеристики
Марка клея
Щ к н
еэ rt
< о- а
Режим склейки
Л <->
С-°
■и е
С сг
2 CL,
О >.
время
Срок
хранения
месяцы
Ридэкс
100
Ридакс 64
250
3 Ардукс 120	100
4 Аральдит 1
120
145 |22аину1ы| 0,7 14
145 20 минут
145 20 минут
240 . 10 минут
180
140
I
Аральдит 15 I 120	180
Аральдит 101
50
20
70
80
1 пас
I часов
1 час
36 часов
30 минут
Аральдит 102
Аральдит Д
Аральдит В
смола для
литья
10 1 Аэродукс 185 1	80
50
20
36
часов
70
80
30
ммнут
50
20
00
часов
70
80
1
час
100
20
часов
150
—.—
180
3
часа |
80
20
4
часа
13

£ i. Пгшншьн* 11|М‘иму|цс*С1ВП и недостатки клеев
как среде ша крепления металлов
Част во шикает необходимость скреплять между собой совер¬
шенно различные материалы: грноминий со сталью; пластмассы, ре¬
зину или стекло с металлом и т. п. В таких случаях использование
многих из методов соединения, рассмотренных выше, было бы не¬
возможно или непрактично. Преимущество клеевого соединения при
необходимости сочленения разнородных материалов иллюстрирует
недавно разработанный в «Кэмижэл дивпжн оф Раббср комлани»
процесс приклейки жесткой или полужесткой виниловой пленки к
стали и алюминию. Изготовленный таким способом слоистый мате¬
риал «меч алло-пластик» в настоящее время используется н сосудах
для химикалисв, ленточных конвейерах, трубах, щитах управления,
цистернах, в производстве мебели, т. е. во всех случаях, где жела
тельно сочетать прочность металла со стойкостью к коррозии вини¬
пласта.
Для сварки разнородных металлов требуются специальные и ча¬
сто очень сложные технологические операции. Иногда сварка дает
такие хрупкие соединения (например, алюминия с магнием), что
практически они неприменимы, так как резко снижают надежность
работы конструкции. В других случаях может возникнуть необходи
мость нанесения гальванопокрытия на одну из поверхностей свари¬
ваемых металлов. Так, электропокрытие серебром толщиной 6 мк
необходимо осуществлять на стальных элементах перед контактной
сваркой их с алюминием. Вследствие высокой электропроводимости
алюминиевых сплавов сварка сопротивлением требует применения
электротока большой мощности, точного контроля силы тока, давле¬
ния, времени. Сварка листов различной толщины затруднительна.
Часто контакт двух разнородных металлов создает электропару,
гальваническое действие которой может вызвать серьезную корро¬
зию, особенно во влажной атмосфере.
Пайка лагких сплавов еще более трудна и менее надежна, чем
пайка сталей. Паяные соединения часто нестойки против коррозии.
В-некоторых конструкциях трудно или невозможно полное удале
ние из соединения остаточных флюсов, вызывающих коррозию.
Так, например, при изготовлении контейнеров для жидкого топлива
в установке для заправки самолетов горючим в полете, когда гоф¬
рированные латунные листы были спаяны (оплавлением), оказа¬
лось, что при этом происходит значительное коррозионное поражение
паяного шва из-за трудностей осуществить практически вымывание
остаточного флюса. Применение клея ридакс не только помогло
решить указанную проблему, но также способствовало резкому уве¬
личению выпуска продукции.
Склеивание имеет и ряд других преимуществ перед обычно прак¬
тикуемыми методами крепления. Высокие температуры, необходи¬
мые при точечной сварке, в случае использования клеев не требу¬
ются. Не нужны,также отверстия в материалах, которые обязатель¬
ны при клепке и сбалчивании. Помимо затраты времени, а следо-
14

натслыю, и удорожания производства сверление отверстий приводи i
к ослаблению конструкции.
Устраняется необходимость введения в конструкции металличе¬
ского крепежа. Например, фрикционная накладка в стальных тор¬
мозных колодках теперь приклеивается. Прежний метод — клепка —
часто приводил к серьезной порче тормозного барабана ври экс¬
плуатации. Сроки службы и характеристики этих деталей сильно-
повысились при использовании для соединения металлов . клеев.
Срок службы накладок тормозных колодок резко возрос в данном
случае благодаря тому, что они могут значительно полнее изнаши¬
ваться до замены, и улучшилось рассеивание теплоты в связи с
устранением металлических заклепок. Кроме того, более ровное со¬
единение ликвидирует неприятный скрежет при работе тормозов.
Прочность на срез приклеенной обкладки составляет около 700 кг —
и два раза больше прочности приклепанной. .
Приклеивание тормозных колодок для колес применяет фирма
Крайслер. Один завод этой фирмы поставляет такое количество
тормозных колодок, которое достаточно для всех ее филиалов, из¬
готовляющих легковые и грузовые автомобили. Отдельные части
тормоза, заключенные в барабан диаметром от 175 до 450 мм, со¬
бираются на конвейере. Каждую секунду с конвейера сходит готовая
колодка.
При проектировании электроаппаратуры, электрооборудования
пли деталей и агрегатов силового назначения желательно, если не¬
обязательно, использовать тонкие листовые материалы. Основной,
хотя и не единственной, причиной такого требования является стрем¬
ление к уменьшению веса. Нагрев при сварке деталей в тонкостенной
конструкции обязательно привел бы к сильному короблению и иска¬
жению формы. Механическое сопряжение заклепками или болтами
гоже оказалось бы неприемлемым из-за малого сопротивления смя¬
тию металлов топкого калибра. Самым целесообразным методом
соединения тонкостенных конструкций является оклеивание.
Типичным примером служит оклеивание электродеталей тонкой
металлической оболочкой. В распоряжении промышленности име
ются металлические обклейки, представляющие собой алюминие¬
вую фольгу толщиной 0,08 мм с клеевым слоем с тыльной стороны.
Такие обклейки с термопластичным клеем или липким клеем рези¬
нового типа, чувствительным к давлению, продаются рядом фирм
Если при эксплуатации изделие может быть подвергнуто действию
повышенных температур, следует применять термореактивный клей
(см. гл. III).
В практике встречается много трудностей при создании воздухо
непроницаемых герметичных конструкций. В точечных сварных швах
и заклепочных соединениях часто наблюдается большая утечка воз¬
духа. Существуют три способа преодоления этого недостатка: скон¬
струировать изделие с применением специальных уплотняющих про¬
кладок, что часто оказывается невозможным; использовать вместо
заклепок или сварных точечных швов клеи: покрыть собранную кон

<фукцик> герметиком, что II сущности представляет собой специаль¬
ное применение клееного материала.
Герметизация собранных узлов н агрегатов применяется во мно¬
гих случаях в авиационной и других отраслях промышленности, где
требуются воздухонепроницаемые конструкции. Она может иметь
целью предотвращение падения давления воздуха и утечки бензина,
•смазочного масла, воды и т. п. В кабинах самолетов «ли топлив¬
ных отсеках, где воздух должен быть определенного давления, все
швы, места соединения, заклепки, отверстия около нервюр, стринге¬
ров и дверей обычно герметизируются клеем резинового типа.
Когда для осуществления герметичных соединений применяются
клеи, не может быть никакой утечки воздуха и жидкости ввиду от¬
сутствия отверстий, а клеевой шов сам по себе непроницаем. При
этом нет необходимости в специальной изоляции (прокладках), ко¬
торая усложняет конструкцию, утяжеляет и удорожает изделие.
Смолы эпоксидного типа (см. гл. И) часто используются для
изоляции катушек электрических трансформаторов. Заключение
электродетален в оболочку клеевой массы («компаунд») можно рас¬
сматривать как особое применение клея.
С конструктивной точки зрения клеевые соединения также имеют
много преимуществ по сравнению с соединениями, выполненными
другими методами. Клеевой шов распределяет приложенную нагруз¬
ку по всей площади соединения более или менее равномерно. Мест¬
ные концентрации напряжения, возникающие вокруг заклепок или
сварных точек, таким образом, устраняются.
Вследствие более равномерного распределения напряжения уста¬
лостная прочность клееной конструкции сильно возрастает по срав¬
нению с усталостной прочностью клепаных или сварных (точечная
сварка) конструкций. При испытаниях цикличной нагрузкой до раз¬
рушения клеевых соединений металла с металлом металлические
элементы часто разрушались раньше клеевого шва, особенно при
низких напряжениях.
При склеивании не может быть местного выпучивания обшивки,
характерного для заклепочных соединений, и изменения свойств ме
талла в области сварного шва, что в конечном счете вызывает ослаб¬
ление металлической конструкции.
Поскольку при склеивании сборка может быть сделана за одну
операцию, исключается, новпдимому, смещение скрепляемых дета¬
лей, которое часто наблюдается, когда заклепки размещаются вдоль .
рядами.
Заводы Сикорского применяют оклеивание при соединении ме¬
талла с металлом в несущих лопастях вертолета примерно с 1944 г.,
потому что этим достигается повышенная выносливость соединений
при вибрации и увеличивается ресурс работы лопасти.
Ридакс, клей из синтетической смолы, разработанный в Англии
(см. гл. III), был использован при изучении усталостной прочности
панелей обшивки с приклеенными к ней элементами жесткости.
Когда стрингеры крепились к обшивке при помощи склеивания, раз¬
рушения не было даже после приложения 4 500 ООО циклов повторной
1(5

нагрузки. При использовании заклепок разрушение происходило уже
после 300 ООО циклов.
В панелях, работающих на сжатие, которые применяются в кон¬
струкциях современных самолетов с силовой обшивкой, заклепками
соединяются металлические листы обшивки с подкрепляющими ее
стрингерами только в отдельных местах. Так как заклепочные
соединения несплошные, им присуща склонность к выпучиванию
под нагрузкой, что обусловливает пониженную прочность клепаных
конструкций по сравнению с клееными. Прочность работающих на
сжатие панелей можно повысить на 5 40 %, заменив клепку склеи¬
ванием.
Фирмой Норт Лмерикэн были испытаны типичные секции об¬
шивки со стрингерами, изготовленные с применением трех методов
соединения: склеивания, кленки и точечной сварки. При приложе¬
нии растягивающих усилий клееные образцы выдержали примерно
в два раза большее скалывающее напряжение, чем другие соедине¬
ния. Другие примеры сравнения прочности клеевых, сварных и кле¬
паных соединений см. в § 3.
Вероятно, около 50% клепки в самолете в настоящее время при¬
меняется с целью «стабилизировать конструкцию» —■ придать ей
устойчивость в соединениях стрингеров и ребер жесткости с относи¬
тельно тонкой листовой обшивкой. К соединению обшивки со стрин¬
гером предъявляются требования не столько в отношении прочно¬
сти, сколько в отношении жесткости и непрерывности. Этому усло-
зию идеально удовлетворяет склеивание.
При применении склеивания значительно снижается вес кон¬
струкции. Можно применять более тонкие обшивки, так как клеевое
соединение позволяет нагружать обшивку значительно полнее.
Имеется также большая разница между весом клеевого шва и
весом заклепок. В герметических кабинах, в топливных отсеках и
других конструкциях, требующих непроницаемых соединений, сле¬
дует учитывать еще добавочный вес уплотнительных материалов,
примененных для заклепочных швов.
Некоторые авиационные конструкторы считают, что можно сэко¬
номить приблизительно 25—30% общего веса конструкции, если
заменить заклепочную и сварную конструкцию клееной. В типичном
летающем снаряде, для которого подобная замена сейчас находится
в стадии разработки, такая экономия в весе могла бы дать увеличе¬
ние радиуса действия на несколько сотен километров. При построй¬
ке центроплана крыла самолета клееной конструкции площадью
примерно 140 м- было сэкономлено около 200 кг — почти 5% об¬
щего веса крыла по сравнению с таким же центропланом, изготовлен¬
ным с помощью клепки.
В Англии уже в течение нескольких лет применяют в авиации
клеевые соединения. Два типа новейших гражданских самолетов
фирмы де-Хэвиллеид «Комета» и фирмы Бристоль «Британия» отли¬
чаются тем, что в них в ряде мест применены клеевые соединения,
что дало возможность добиться экономии в весе. Следует отметить,

что самолет «Комета»--первый в мире гражданским транспортный
самолет с реактивным двигателем (см. § 3).
При склеивании поверхность соединяемых металлов не изменяет¬
ся, как от заклепок, сварных швов, болтов и т. п. Помимо улучше¬
ния внешнего вида, лепко достигаются гладкость и ровность внеш¬
них поверхностей, обеспечивающие минимальное сопротивление
трению. Методом точечной сварки, особенно если используются до
вольно тонкие металлические обшивки, аналогичные «идеальные»
поверхности получить чрезвычайно трудно. Такая «аэродинамнч-
ность» клееных изделий особенно важна для сверхскоростных са¬
молетов и летающих снарядов. Устраняется к тому же необходи¬
мость в дорогостоящем методе клепки впотай.
При склеивании металлов в производственных масштабах мож
но добиться значительною снижения стоимости. Большинство опера¬
ций процесса склеивания является операциями автоматического или
полуавтоматического типа, и квалифицированный рабочий персонал
здесь не так обязателен, как при других методах крепления. Кроме
того, экономится труд, затрачиваемый при сварке на удаление из
лишка металла в шве и остающегося па сварном шве флюса, который
впоследствии может вызвать коррозию. Применяя клеи, можно
соединять детали на больших площадях за одну операцию. Таким
образом, длительность производственных циклов и стоимость значи¬
тельно снижаются (см. фиг. 9 и 10 в § 3).
Опыт фирмы Превитт показал, что производство клееных сталь¬
ных лопастей вертолетов, идущих на вооружение наземных армий и
морского флота, оказалось более дешевым, чем изготовление их преж¬
ними способами. Гарднер [27], исходя из опыта Британской авиа
ционной транспортной компании, приводит следующие данные влия¬
ния уменьшения веса конструкции самолета на ее экономичность:
«На транспортном самолете весом 22,5 тонн, имеющем ежегод¬
ный налег в 2000 часов, экономия в весе конструкции на 2%
(450 кг) снизила бы стоимость эксплуатации на 8%. При суще¬
ствующих ценах потенциальные доходы на один самолет возросли
бы на 151 000 долларов за счет фрахта и на 221 000 долларов за
счет перевозки пассажиров. При коэффициенте нагрузки 60% это
составило бы около 10 000 000 долларов на 100 машин. Компания
оперирует 200 с лишним самолетами».
Экономическую выгоду, которую можно получить, используя
склеивание металлов, лучше всего иллюстрировать на примере са
молета. Самолет, в конструкции которого широко применено склеи¬
вание, стоит дешевле, так как снижены издержки производства; мо¬
жет нести больше оплачиваемого груза вследствие уменьшения веса
■конструкции; обладает большей скоростью полета, так как внешняя
обшивка обтекаемая и конструкция более прочная; имеет более дли¬
тельный срок службы (предел усталости выше, чем у равноценных
клепаных или сварных конструкций).
Сотрудники фирмы Нортроп Эйркрафт сравнили стоимость хво¬
стовой части крыла обычного самолета (обшивка приклепана к
каркасу) со стоимостью аналогичной части крыла, изготовленного
18
X

/
склеиванием металлической обшивки с легким наполнителем in
«стирофоума» (пенопласта на основе полистирола) эпоксидным
клеем «стиробонд». Расходы на амортивацшо оборудования в рас¬
чете на 100 единиц продукции при обычной цельнометаллической
конструкции составили 1312 долларов по сравнению со 149 долла¬
рами при использовании клееной конструкции.
Технический персонал французской авиационной промышленно¬
сти сообщил, что склеивание помогло сэкономить несколько сот че¬
ловеко-часов за одну операцию крепления стрингеров к обшивке че¬
тырех крыльев. При клепке возникла бы необходимость поставить
примерно 18 000 заклепок, каждая из которых требует несколько
минут на сверление отверстия, раззенковку, введение потайной за¬
клепки и формование замыкающей головки.
Было установлено, что оклеивание является идеальным видом
соединения, когда необходима электрическая пли тепловая изоля¬
ция. Клеи, в частности, из синтетических смол обладают значитель¬
но меньшей электрической и термической проводимостью, чем ме¬
таллы. Гальваническое действие, которое, видимо, происходит всег¬
да, когда в контакте друг с другом находятся разнородные метал¬
лы, сводится до минимума, если два соединяемых металла разде¬
ляет клеевой слой.
Хорошо известны как изоляционные свойства, так и стойкость
против коррозии большинства клеев, например, резиновых, приме¬
няемых для внутренней облицовки в автомобилях. Часто клеи ис¬
пользуются в сочетании с другими материалами, чтобы добиться бо¬
лее высоких изоляционных и звукопоглощающих свойств. Толстую
прокладку из прорезиненного стекловолокна приклеивают к стенам
з качестве термоизоляции. Силиконовую резину прикрепляют клеем
на основе полисидоксановой смолы к стальным перегородкам для
изготовления противопожарных стенок.
Вибрацию металлических конструкций во время полета на высо¬
ких скоростях можно значительно снизить или совсем устранить на¬
клеиванием заглушающих материалов к внутренним стенкам метал¬
лических панелей, подвергающихся воздействию воздушного потока.
Интересным применением клеев для соединения металлов (на
основе фенольных смол) является изготовление постоянных магнитов
и магнитных материалов различных конфигураций. Немецкий ученый
Бауерман применил клей из фенолыюн смолы как связующее для
порошковых магнитных материалов и получил из них отливки
различной формы. Аналогичные изделия были изготовлены с клея
ми из эпоксидной смолы фирмой Норт Америкэн Авиэйшн. Этог
метод позволяет обходиться без механической обработки твердых
магнитных сталей.
Ниже приведены основные преимущества склеивания металлов
перед другим и методами соединений:
1) возможность соединять разнородные материалы;
2) устранение высоких температур в процессе соединения;
3) отсутствие необходимости делать отверстия в скрепляемых
материалах;
2
19

4) возможное п» соедини»ь дшалн п очень тонких металлических
коне фукгшмх;
5) герметичность соединения;
С) равномерность распределения напряжения и повышенный
срок службы;
7) уменьшение веса изделия;
8) гладкость поверхности клееных агрегатов;
9) снижение стоимости производства;
10) теплоизоляционные и звукоизоляционные свойства, а также
демпфирующая способность («поглощение» колебаний);
11) стойкость против коррозии.
Однако нельзя делать вывод, что клеи решают любые проблемы
крепления или соединения. Метод склеивания имеет свои пределы
рационального применения и свои отрицательные стороны. Самым
серьезным недостатком является сравнительно низкая теплостой
«ость клеевых соединений, обусловливаемая органической природой
клея. Даже лучшие клеи из синтетических смол имеют максималь¬
ный диапазон рабочих температур примерно 260° (см. гл. IV), тогда
как клепаные и сварные соединения могут работать при значитель¬
но более высоких температурах.
Для небольших агрегатов часто экономичнее применять заклеп¬
ки или точечную сварку, особенно если имеется необходимое обору¬
дование. Если нужно изготовить конструкции сложного контура не
в массовом масштабе, а в очепь ограниченном количестве, то стои¬
мость специального оборудования на каждую склеиваемую кон¬
струкцию оказалась бы чересчур высокой.
Технологическим недостатком процесса склеивания конструк¬
ционными «леями является необходимость в большинстве случаев
применять в целях ускорения склеивания и повышения 'крепости со¬
единения общий или местный нагрев склеиваемых деталей, хотя и
невысокий по сравнению со сваркой.
Более широкое использование клеев для соединения металлов
тормозит невозможность легко устанавливать место «непроклея» или
другого дефекта в клеевом соединении. Если «сдала» заклепка или
болт, их легче обнаружить и сменить. Методы испытания клеев и
клеевых соединений (как разрушающие методы, так и без разруше¬
ния) детально рассмотрены в гл. V (см. также § 41 и 45).
Детали, предназначаемые для соединения точечной сваркой,
обычно можно легко соединить методом склеивания, так как в обо¬
их методах требуются приспособления, поддерживающие сочленяе¬
мые детали с двух противоположных, сторон. В ряде случаев это
невозможно, и тогда метод соединения с помощью заклепок являет¬
ся более целесообразным, если конструкция не проектировалась спе¬
циально под склеивание.
Не все преимущества, теоретически присущие клеевым соедине¬
ниям, легко реализовать на практике. Для уменьшения веса необ¬
ходимы тонкостенные элементы конструкции, иногда с местными
усилениями, однако такие конструкции склонны к короблению. Если
главной задачей является обеспечить гладкость и ровность наруж
20

иого контура, то это выполняется в ущерб весовым качествам.
В некоторых случаях, на пример, при) строительстве крупных само¬
летов с высокой удельной нагрузкой на крыло, оба эти требования
могут быть удовлетворены одновременно, но иногда приходится изы¬
скивать компромиссное оптимальное решение.
В тех местах, где может произойти расслаивание, отдирание од¬
ного элемента конструкции от другого, клепка, сварка или болто¬
вое крепление часто дают лучшие результаты, чем склеивание.
Наконец, недостатком клеевых соединений является их-способ¬
ность к «старению» с течением времени и меньшая долговечность,
чем сварных или клепаных соединении. Впрочем, имеется много при¬
меров вполне удовлетворительной эксплуатационной стойкости клее¬
вых соединений.
Необходимо уметь правильно решать, какой из существующих
разнообразных методов крепления является самым подходящим для
данного случая, и практически применять эти методы, иногда соче¬
тая их. Например, в самолете «Комета» фирмы де-Хэвиллснд все
стрингеры сначала приклеиваются к обшивке (крыльев, фюзеляжа
и др.), а затем законченные панели соединяются друг с другом за¬
клепками. В летающих снарядах большие отверстия в герметичных
отсеках можно заделать с помощью клея и нескольких дополни¬
тельных заклепок, чтобы обеспечить дополнительную прочность. Та¬
кая конструкция успешно выдержала испытание при температуре
—180°<и внутреннем давлении до 10 ат.
§ 3. Использование клеевых соединений металлов
в авиационных конструкциях
Применению оклеивания металлов в авиационных конструкциях
предшествовало накопление опыта по изготовлению и эксплуатации
изделий, в которых имелись клеевые соединения металлов с други¬
ми конструкционными) материалами — древесиной, фанерой, древес¬
ными слоистыми пластиками и т. п.
Клей для соединения металла с древесиной в ответственных ме¬
стах конструкции самолета, пожалуй, впервые был использован в
1944 г. английской фирмой де Хэвилленд в одноместном истреби
теле «Хорнет». Элементы крыла, находящиеся в растянутой зоне,
были изготовлены из алюминиевого сплава, а элементы, испытыва¬
ющие в полете сжимающие напряжения, — из древесины. Связь тех
и других элементов осуществлялась с помощью клея ридакс. Этот
же клей был применен при изготовлении пола с металлическим гофре¬
ным подкреплением в самолете «Викинг» фирмы Виккерс-Армстронг.
Позднее мы находим пример клеевого крепления древесины с
металлом в киле (внутри которого размещены радиоантенны) реак¬
тивного бомбардировщика «Канберра». Американская фирма Чанс
Воут [30] использует клей ридакс в трехслойном материале «Мета-
ляйт», в котором к торцевой поверхности древесины бальзы при¬
клеены два листа из легкого сплава. Этот материал оказался вполне
пригодным для применения в конструкции морских самолетов
«Корсар» F4U-4, F4U-5, AU-1, F4U-7, а также в реактивном истре-
21

(*1пт»до niJ-3 «Кйглю». «Метили»rj» iiiiij>ok«> попользовался ij управ.
•'Hii'mom лишением снаряде "Регулюс». На фиг. 2 показаны узлы
пыкопки грохслпйимх (с заполнителем) материалов и крепления их
к другим элементам конструкции [58].
Внедрению клея в авиационные металлические конструкции пред¬
шествовали также широкие исследования свойств клеевых соедине¬
ний металлов и сравнение их се свойствами заклепочных и сварных
соединений на образцах и панелях.
В табл. 3, 4, 5 приведены некоторые результаты сравнительных
испытаний на статический сдвиг образцов различных соединений.
На фиг. 3, 4 и 5 графически изображены результаты испытаний при
переменных нагрузках образцов кле
паных и клеевых соединений, выпол¬
ненных клеем ридакс. Усталостные
испытания проводились не только на
клее ридакс. но и на других клеях.
В литературе указывается, напри¬
мер [34], что соединения на клее
метлбонд могут выдерживать ви
брацию в пределах 70—105 кг/см2
непрерывно в течение года. Для клея
аральдит 1 указывалось [49], что пре¬
дел выносливости при сдвиге при¬
близительно равен 30% от соответ¬
ствующего предела прочности при
кра гковремеином статическом нагру
женин. Финдлей с сотрудниками [8],
проводя эксперименты с клеем сайкл
велд СЗ-550 (комбинации хлоро-
пренового полимера с крезиловой
смолой, отверждающаяся в присут¬
ствии кислого катализатора при тем¬
пературе 163°), установили на базе
100 • 10е циклов предел усталости при сдвиге для клеевых соединений
дуралюмина с односторонней и двухсторонней нахлесткой, равной
35 кг/см2, и предел усталости при осевом растяжении — сжатии для
соединений встык — равный 100 ка/см2 (циклы знакопеременные,
симметричные).
Некоторые сравнительные испытания клеевых (клей ридакс) н
заклепочных соединений были сделаны как при комнатной темпера¬
туре, так и при 82° и после обрызгивания в течение недели соленой
водой. Как отмечалось [35], сопоставлениё .прочности на срез, удар
ной прочности, прогибов под нагрузкой и остаточных деформаций
показало, что • практически во всех обследованных случаях итоги
испытаний говорили в пользу клеевых соединений.
Интересные результаты были получены для комбинированных
клее-заклепочных соединений, которые оказались гораздо прочнее
чисто заклепочных соединений. Клее заклепочные соединения при¬
меняются в конструкции самолетов (фиг. 6).
1
1
“ТП
2
i* 5
.„„Л ..
ЬйШьйа
1".
- -1 гл>/.\ 1 ///,\'/Г7?///.'/АА// //ALU
Фиг 2. Примеры К1рсплегшя трех-
слойиых материалов.
J—металлическая обшивка, 2—легкий
заполнитель, S—клей в соединении со
стыковой накладкой, 4—жесткая про¬
кладка, 5—герметизирующая прокладка.
>2

Фиг. 3. Кривые усталости при сдви¬
ге образцов заклепочных и клее¬
вого соединений внахлестку из ли¬
стов алюминиевых сплавов [59].
/—заклепочное соединение, сплав типа
75ST, 2—заклепочное соединение, сплав
типа 24ST, 3—соединение ня клее ри-
дакс, сплав ДТД6Ю. Р — наибольшая
нагрузка цикла. Ящях разрушающая
нагрузка при статическом испытании.
Заклепочные соединения испытывались
при цикле от 0 до Р, клеевые— при
сравнительно более жестком цикле
Л «»
£
Lg 1600
5
*
43
2§ 1200
5 Э
V 03
О Ct
о?
>ср
SC3
Q.
800
v 3
Z
Л
ию5 to6 ю7 т?
Число циклов до разрушения
Фиг. 4. Сравнительные усталост¬
ные характеристики образцов раз¬
личных соединений из алюминие¬
вого сплава и самого сплава [47].
/—заклепочное соединение, 2—соедине¬
ние клеем ридакс, S—сплав ДТД646.
Толщина листа 0,8 мм, длннн нахлестки
в соединении 37 мм.
Фиг. 5. Сравнительные усталост¬
ные характеристики при сдингс
образцов соединений с двухсто¬
ронней вахлесткой из алюминие¬
вого сплава ДТД646 [47].
/—заклепочное соединение, 2—соедине¬
ние клеем ридакс. Средняя нагрузка
никла 300 кг. Ширина образцов 25.4 мм,
толщина средней полосы 1.С5 мм, каж
ДОЙ ИЗ двух боковых ПОЛОС 0.9 ЛШ.
У клссных образцов рвалась одна из
тонких полос, у клепаных образцов
разрушалась средняя полоса.
23

Таблица 3
1**яу л i>T(i г м с |ш и и н f ел ь и i.i х испытаний прочности на сдвиг при растяжении
сс**дн||г|И|й внахлестку, пыполненных точечной электросваркой
и склеенных клеем ридакс
Толщина листа
в мм
0,5
0,8
1.0
1,6
2,0
Длина
нахлестки в мм
12.7
12.7
12.7
12.7
25.4
Средние значения
разрушающей нагрузки в кг
сварное
соединение
117
254
278
453
729
клеевое
соединение
635
771
816
930
1315
Отношение
прочности клее¬
вого сое дннешш
к прочности
сварного в %
543
304
294
205
181
Примечания. 1. Образцы из плакированного дуралюмина 24ST ши¬
риной 25,4 мм.
2. Таблица составлена по данным Боуена [28].
Таблица 4
Результаты сравнительных испытаний прочности на сдвиг при растяжении
соединений внахлестку, выполненных с помощью заклепок и склеенных
клеем ридакс
Вид соединения
Диаметр
заклепки
в ММ
Разрушающая
нагрузка в кг
Характер разрушения
Заклепочное
2,4
124
Срез заклепки
■
3,2
220
То же
V
4,0
318
Разрыв по металлу
Клеевое
—
580
Разрушение по склейке
Примечания. 1. Образец из Дуралюмина ДТД390 толщиной 0,9 мм.
Ширина образца 25,4 мм, длина нахлестки 25.4 мм.
2. В таблице указаны средние из четырех испытаний значения разру¬
шающей нагрузки на образец.
Анализ имеющихся данных подтверждает, что .клеевые ооедине
кия металлов могут конкурировать с заклепочными и сварными
соединениями и обладают преимуществами в отношении ■.прочности
в условиях умеренных температур (особенно для тонких сортамен
тов металла и при вибрационных нагрузках).
Это заключение впоследствии- многократно подтверждалось ис¬
пытаниями в практикой эксплуатации клееных металлических изде¬
лий. Так, например, английская фирма Бристоль Аэроплейн прове¬
ла на стенде испытания на выносливость клееной лопасти вертоле-
24

Таблица 5
Результаты сравнительных испытаний прочности на сдвиг при растяженир
соединений внахлестку, выполненных с помощью заклепок и склеенных
клеем ридакс
Толщина
листа
в мм
Длина
нахлест¬
ки В мм
Заклепка
Средние значения разру¬
шающей нагрузки в кг
Отношение
прочности
клеевогосо¬
единения к
нрочн. закле¬
почного в %
ТИЦ
диаметр
в мм
заклепочное
соединение
клеевое
соединение
0,9
12,7
Полукруглая
,2
*7
794
383
1,2
12,7
»
3,2
214
839
392
2.0
25,4
и
6,4
789
1270
161
0,9
12,7
Потайная
3,2
152
794
522
1,2
12,7
„
3,2
152
839
551
2,0
25,4
-
6,4
687
1270
186
Примечания. 1. Образцы из плакированного дуралюмина 24ST ши¬
риной 25,4 мм, заклепки из дуралюмина L37.
2. Таблица составлена по данным Роквелла [28].
Фиг. 6. Соединение заклепкамд мо¬
жет применяться дополнительно к
клеевому соединению. Используе¬
мый при пикировании тормозной
щитсюс в крыле самолета F-86
«Сэйбр» представляет собой клее¬
ную металлическую трехслойшую
конструкцию с заклепками вдоль
кромок для предотвращения раз¬
рушения клеевого соединения
у кромки.
Фиг. 7. Клееная панель после испытания
на вибрацию.
та [47]. В лопасти стрингеры приклеивались к обшивке клеем ри¬
дакс. К нервюрам обшивка была приклепана заклепками через уси¬
лительные прокладки. После 1,5- 10® циклов повторных нагружении
произошло разрушение по заклепочному соединению и металлу, при¬
чем клеевое соединение осталось невредимым (фиг. 7).
25-

HciturMiii'ti црлыюмошллнчсского крыла самолета «Дан» фи]><-
мы де-Хлшллснд с обншакой, приклеенной к стрингерам, показа¬
ли [28|, насколько хорошо в клееной конструкции удерживается и
стабилизируется обшивка. В то время как под нагрузкой в крыле
аналогичной конструкции, но с заклепочным соединением обшивка
еллмю коробилась и волны свободно «пробегали» через стрингеры
и местах около заклепок, в клееном варианте коробление локализо¬
валось между стрингерами. Крыло подвергалось следующим сериям
жестких нагружений:
Цикл нагрузки
в долях коэффи¬
циента перегрузки
Or о до 2,00
» 0 . 2,45
- О , 3,40
„	0	„	1,50
» 0 „ 3,86
, 0 , 4,37
0 , 5,50
в % от расчетной
нагрузки
До 39,0
. 48,0
„ 66,7
29,4
„ 76,5
, 86,0
. 108,0
Количество
циклов
1200
500
5
10 000
5
5
Разрушение
При испытании только один стрингер оказался поврежденным и
■отделился от обшивки на незначительной длине. Не может быть
•сомнения, заключает автор статьи, что клепаная конструкция не
выдержала бы такого испытания. Разрушение произошло бы около
одного из концентраторов напряжений вследствие отрыва головки
заклепки или вырыва заклепки из листа обшивки.
Испытания крыла «Дав» подтвердили результаты испытаний
клееных панелей малого масштаба, а именно, что панели из обшив¬
ки с приклеенными стрингерами могут выдерживать на 25% боль¬
шую нагрузку, чем панели, выполненные точечной сваркой или с
помощью заклепок.
Различные фирмы и исследовательские лаборатории провели
многочисленные испытания на сжатие и поперечный изгиб клеевых
соединений металлов на панелях.
Английская компания «Глостер» испытывала на сжатие панели,
конструкция которых была подобна панелям, исследованным в са¬
молете «Метеор». Обшивка и стрингеры _П_-образной формы имели
толщину 0,6 мм.
Разрушающая нагрузка в т
Превышение
клепаная панель
клееная
панель
1 стрингер
1,8
2,5
39
2 стрингера
3,16 1
4,25
35
20

По данным фирмы Бристоль, испытание на сдвиг и сжатие клее
лих панелей дает ревультаты, равноценные результатам испытаний
клепаных панелей [50J. Типичное повышение в прочности на сжатие’
при простой замене клепки склеиванием составляет 5—8%. В ряде
случаев выигрыш может достигать 30—40%. Однако это справедли¬
во только для тонкостенных панелей. Если берутся панели мощные
или с учащенной постановкой заклепок, клееные панели могут усту.
пнть им в прочности.
Эта же фирма проводи ла испытания панелей с обшивкой, уси¬
ленной ребрами жесткости, на поперечный изгиб. Панель по четы¬
рем сторонам прибалчивалась к раме испытательной камеры и под¬
вергалась пульсирующему воздушному давлению, подобно встре¬
чающемуся, например, в полете на задней кромке крыла самолета.
Габариты панели 610X1020 мм. Размеры сечения ребра жесткости
(уголка) 12,7X12,7X0,9 мм.
Таблица б
Результаты испытаний панелей переменной равномерно распределенной
поперечной нагрузкой
Констрз'кция панели
Результаты испытаний
толщина
обшивки
в мм
расстояние
между
уголками
в мм
клепаная панель
клееная панель
0,7
204
Разрушение через
0,3- 10ь циклов
Трещина в обшивке
у отверстия под за¬
клепку
Разрушение через 4,5-10в
циклов
Лопнул уголок, клеевое со¬
единение не повреждено
0,6
204
2,1- 10е циклов
Трещина в уголке, клеевой
шов цел
0,5
102
—
2,4-106 циклов
Склейка разрушилась
0,3
102
5,0-10" циклов
Трещина в уголке, клеевое
соединение цело
В 1954 г. прочность стрингерных панелей с заклепочным и клее¬
вым соединениями исследовалась в Национальном бюро стандартов
США при участии Национального совещательного комитета по
авиации и Управления авиации Морского флота [52, 54]. Была
испытана 21 панель: 9 клепаных (шаг заклепок .28 мм), 9 склеен¬
ных эпоксидным клеем и 3 панели на фенольно-каучуковом клее.
Размеры панели 760X430 мм. Расстояние между стрингерами 90 мм.
Толщина обшивки из плакированного дуралюмнна 1,3 мм. Клееные
и клепаные панели не были полностью идентичными, так как стави¬
лась цель выявить и сравнить оптимальные варианты тех и других
г а я слей. Панели испытывались на статическое сжатие и изгиб.
27

i.i П'гйГс нсиыгйннП IK1 бы-'Iо устяионлеж» безоговорочного 11[)гцму-
щссиш одного ini)Iи соединения перед другим. Экспериментаторы
оделили заключение, что оба типа панелей примерно одинаковы в
отношении статической прочности. Основное преимущество клееных
панелей — увеличение устойчивости листа обшивки и всей панели,
снизанное с сокращением неподкрепленной площади обшивки, от¬
сутствием концентрации напряжений и выпучивания, характерных
для заклепочных соединений. Повидимому, клееные панели ведут
себя лучше заклепочных при сдвиге. У правильно сконструирован¬
ных панелей явления отдира, расслаивания по склейке не являются
факторами, определяющими проч¬
ность панели, как часто думают.
Клеевые соединения показали се¬
бя подобно заклепочным доста¬
точно прочными, чтобы без види¬
мого их повреждения вызвать раз¬
рушение стрингера панели.
Недостатком клееных панелей
является неожиданность и вне¬
запность их разрушения, если не
считать иногда наблюдавшегося
предварительного потрескивания.
Во время испытаний при макси¬
мальной нагрузке происходило
резкое и полное разрушение па¬
нели.
Испытания клееных (клеем
ридакс) и клепаных панелей на
статическое сжатие и усталость
при осевых сжимающих нагрузках
проводила в Голландии фирма
Фоккер совместно с Националь¬
ной авиационной лаборато¬
рией [31J. На фиг. 8 показаны результаты статических испытаний
панелей и конструкция клееной панели, давшей наилучшие результа¬
ты — выигрыш в прочности до 30%.
Во время испытаний на усталость панели подвергались действию
переменных сжимающих нагрузок, которые менялись от 1000 кг до
величины, составляющей 45, 60 и 75% разрушающей нагрузки при
статических испытаниях. Вследствие отсутствия концентраторов на¬
пряжений долговечность клееных панелей была в 15 раз больше,
чем у клепаных панелей (ври максимальной нагрузке, равной 45%
статической разрушающей нагрузки для клепаных панелей). В клее¬
ных панелях разрушение обшивки происходило вблизи стрингеров.
При этом появлялись трещины в самих стрингерах и в некоторых
случаях повреждались клеевые соединения. Местное разрушение
клеевого соединения при вибрации заметно >нс отражалось на несу¬
щей способности панели и не приводило к немедленному полному
разрушению. С каждым новым циклом нагружения трещина в
Длина панели 6 м
Фиг. в. Результаты (испытаний на про¬
дольное сжатое панелей с приклеен
нымн и приклепанными стрингерами.
/—клееные панели, 2-чслспапме панели.
L*—увеличение прочности при сжатии клее¬
ных панелей (по сравнению с клепаными).
Толщина обшивки 0.5 мм, толщина мате¬
риала стрингера 1.0 ал В панели четыре
стрингера расположены на расстоянии
IjO мм друг от друга. Шаг .наклепок р кле¬
паной панели 20 ла.
28

клееном соединении росла очень медленно. Было замечено, что
клееные панели выдерживали значительно большее число циклов
до появления первой трещины, чем клепаные.
На фиг. 9 и 10 показаны данные, характеризующие сравнитель¬
ные технико-экономические показатели склеивания и клепки [31].
Когда применяется склеивание, стоимость клеевых соединений почти
не зависит от площади склеивания, в то время как при клепке стои-
Фиг. 9. Сравнение трудоемкости и
стоимости изготовления клееных м
клепаных панелей различной длины с
тремя стрингерами на метр ширины.
/—общая стоимость клепаной панели,
2—общая стоимость клееной панели, 3
оплата рабочей силы дли клеггкн, 4—оплата
рабочей силы для оклеивания. 5-—стоимость
.зяклсиок, б—стоимость нагрева и клен
ридакс.
Общая длина стрингеров в м
0	?	и	6
Длина панели 6 м
Фиг. 10 Сравнение трудоемкое™ и
стоимости изготовления клееных it
клепаных панелей различной длины с
шестью стрингерами на метр ширины.
/—общая стоимость клепаной панели.
2—общая стоимость клееной панели, «?—•
оплата рабочей силы для клепки, 4—оплата
рабочей силы для склеивания. 5—стоимость
заклепок. 6— стоимость нагрева и клен
ридакс.
мость обычно пропорциональна количеству заклепок. В связи с этим
клепку более экономично применять для соединения небольших по¬
верхностей, а для больших поверхностей целесообразнее использо
вать склеивание. По данным фирмы Фоккср для панелей с тремя
стрингерами начиная с длины 1,2 м и для панелей с шестью стрин¬
герами с 0,7 м клееная панель стоит дешевле клепаной. •
Таковы результаты некоторых исследований и опытных работ,
подготовивших Почву для технически обоснованного, грамотного и
уверенного использования клеев в авиационных конструкциях для
■соединения металлов.
29

Клеи применяются прежде всего для соединения обшивки с реб¬
рами жесткости, стрингерами и другими элементами каркаса кры¬
ла, фюзеляжа, агрегатов хвостового оперения в самолетах, управ¬
ляемых летающих снарядах, в лопастях несущих винтов вертолетов.
Клеи используются также в производстве металлических сот и для
соединения с ними обшивки в ряде указанных выше летательных
аппаратов. Применялись и применяются клеи ридакс, сайклвелд,
метлбопд, аральдит, FM-47, НАА «Хан-Темп» и др. Склеиваются
преимущественно легкие сплавы -— алюминиевые, мапниевыс, реже
стали.
Повидимому, первым серийным самолетом, в конструкции кото¬
рого металлическая обшивка «рыла и фюзеляжа соединялась с ме¬
таллическими стрингерами с помощью клея, был уже упоминавший¬
ся выше самолет «Дав» фирмы де-Хэвилленд. Первая серия этих
машин была вьипущена в 194G г. По опубликованным сведениям
стоимость панелей из обшивки с приклеенными к ней стрингерами
длиной 3,6 м и шириной 1,2 м составляла для фирмы всего 35%
стоимости клепаных панелей.
В литературе [55] имеются сведения, что более 300 самолетов
«Дав» находится в эскплуатации в различных частях света, в том
числе в Австралии и в тропической зоне Африки, причем некоторые
Из них налетали свыше 3500 часов и зарекомендовали себя с хоро¬
шей стороны.
В значительно больших масштабах оклеивание 'металлов приме¬
нено в производстве первого реактивного четырехмоторного пасса¬
жирского самолета «Комета» той же фирмы.
Здесь стрингеры _П_-образной формы приклеены клеем ридакс не
только к обшивке крыла и фюзеляжа, которая имеет кривизну в
одном направлении, но и к панелям фюзеляжа, в частности, к носо¬
вым и хвостовым его отсекам, имеющим кривизну в двух направ
лениях. Первые панели склеивались в прессе, вмещающем детали
длиной до 10 м, вторые — в прессе, позволяющем приклеивать
стрингеры длиной до 7 м (фиг. 11). Метод запрессовки иллюстри¬
руется на фиг. 12. Металлические балки 1 и 4 фиксируют опорно-
прижимные элементы 2 и 3, профили которых соответствуют про¬
филю склеиваемой детали. Надлежащая форма придается этим эле¬
ментам с помощью отливки по гипсовым моделям. В балках имеются
сквозные каналы для пропускания пара (нагрев) или воды (охлаж¬
дение) .
На фиг. 13 показана схема производственного расчленения фю¬
зеляжа на отдельные части. Фюзеляжные элементарные панели, к
обшивке которых в прессах приклеиваются стрингеры, имеют раз¬
меры 770X6700 мм. Четыре таких обшивки склепываются внахлест
ку вдоль длинной стороны на специальной клепальной машине
«Эрко» и образуют одну из секций фюзеляжа, поступающих на ста
пель общей сборки фюзеляжных отсеков (фиг. 14) и затем на об
щую сборку фюзеляжа.
С помощью ридакса соединяются со стенками фюзеляжа и окон
ные рамы, отштампованные методом глубокой вытяжки (фиг. ^5)
30

Фиг. 11. Приклейка стрингера к обшивке с кривизной
в двух направлениях в прессе фирмы де-Хэиилленд.
Фиг. 12. Схема за-
прессовочных приспо-
2 соблеыим для оклейки
стрингеров с обшив¬
кой, применяемых на
заводе фирмы де-Хэ-
виллелд.
/—верхняя силовая бал¬
ка, 2—сменные профили¬
рованные прижимы. 3
сменная профилированная
опора, 4—ннжняя сило¬
вая балка.
Фиг. 13. Схема техщологичеокого расчленения фюзеляжа самолета
«Комета».

Особое передвижное приспособление, показанное на фиг. 16, осу¬
ществляет фиксацию рамы, прижим и нагрев, позволяя выполнить
-операцию установки рамы за 25 минут.
Фиг. И. Стационарный стапель сборки отсеков фюзеляжа.
Подробности процесса изготовления планера самолета «Комета»
опубликованы Повеем [60], начальником производства фирмы. Ирак
тика эксплуатации самолетов «Комета» с 1950 г. показала надеж¬
ность склеивания металлов, выполненного клеем ридакс. Несколько
аварий и катастроф, происшедших с самолетами указанного типа,
не поколебали этого мнения. Анализ
причин несчастных случаев -показал,
что они произошли ,не -по вине кле¬
евых соединений, а проведенные з
связи с этим дополнительные испыта¬
ния конструкций самолета «Комета»
еще раз подтвердили достаточную
прочность этих соединений.
Вслед са фирмой де-Хэвилленд
авиационная компания Бристоль
Аэроплейн использовала клей ри¬
дакс в конструкции гражданского
транопортного самолета «Британия»
тип 175. Общий вес оклеенных дета¬
лей на одном таком епмолете дости
гает 1800 кг. Указывается [50], что если бы применялся иной метод
соединения, то утяжеление конструкции составило бы около 400 кг.
Использование склеивания позволило, в частности, в конструкции
серворуля применить обшивку толщиной всего 0,3 мм и сэкономив
Фиг. 15. Околотая рама, при¬
клеенная к стенкам отсека фю¬
зеляжа.

соответственно на весе балансира, необходимого для избежании
флаттера. Обшивка приклеена к часто расположенным (75—100 мм)
Фиг 16 Приспоеоблсиле для приклейки оконных |рам к фюзеляжу
самолета «Комета».
ребрам жесткости, которые приклепаны к относительно массивному
корытообразному лонжерону (фиг. 17).
Клеевые соединения металлов нашли применение в конструкции
крыла учебно-тренировочного самолета Фсжкер S-12 голландской
авиационной фирмы Фоккер [31]. Для склеивания металлов в само¬
летных деталях и arpeiarax эта
фирма использует клей ридакс и
технологию его применения, раз-
рабоханную и внедренную на за¬
водах английских компаний де-
Хэвилленд и Бристоль Аэроплейн.
На фиг. 18 схематически изо
сражена конструкция крыла са¬
молета Фоккер S-12. Обшивка ло
повой и задней частей крыла при¬
клеена к стыковым накладкам, ко
торые в свою очередь приклепаны
к полкам переднего и заднего лон¬
жеронов. Мсжлонжеротшая часть
обшивки приклепана к стыковым
накладкам и подкрепляется тре¬
мя приклсеными к ней стрингера¬
ми. Конструктивные параметры
Фиг. 17 Триммер самолета Бристоль
«Брлтяпия», облегченный за счет
склеивания клеем ридакс.
3 Г. Эпштейм
33

клееной панели крыла были уггмпонлгнм на основании предвари¬
тельно троисдоииого лабораторного последования (см. фиг. 8). При
испытаниях на усталого, целого крыла, соответствовавших 30 ООО ча¬
сов трелпроночных полетов, клеевые соединения не^были поврежде¬
ны ни в одном месте.
Фшг. 18. Конструкция крыла самолета Фоккер S-12.
А стыковая подкладка, склеенная с обшивкой. J5 — стрингеры, при
клеенные к обшивке.
Не лишены интереса новая конструкция легкого лонжерона и
способ его изготовления, принятые для самолета Фоккер S-14.
Полки лонжеронов и крыла Фоккер S 11 имели форму уголка.
Они были составлены из отдельных частей различной длины, скле¬
панных вместе. Таким образом, без дорогостоящей механической
обработки был получен лонже¬
рон ступенчато-переменного се¬
чения по размаху (фиг. 19).
Однако испытания полок лон¬
жеронов показали, что проч
ность их составляет примерно
70% от прочности аналогичных
сплошных полок лонжеронов.
Полки клепаной конструкции
разрушались в результате ме¬
стной поIери устойчивости на
участках между заклепками,
Фиг. 19. Лонжерон с составшъши полка- при этом головки у ряда за¬
ме в виде уголка.	кленок срывались. Переход к
склеиванию полок привел к
значительному их упрочнению. Прочность при статическом продоль¬
ном сжатии клееных полок была равна прочности сплошных. Клее¬
ный лонжерон показал также высокую вибростойкость.
34

Процесс изготовления лонжерона со слоистыми полками пере
менного сечения состоит из двух операций — оклеивания и формо¬
вания. Во время первой операции две стопки листовых полосок раз¬
личной длины приклеивают у краев плоской стенки лонжерона
(фиг. 20). С противоположной стороны между отверстиями облег¬
чения приклеивают z-образные накладки с отогнутыми кромками.
Во время второй операции склеенный полуфабрикат укладывают на
формблок из облагороженной древесины и помещают в пресс с рези¬
новой подушкой, z-обрачные ребра жесткости закрывают деревян¬
ными блоками для предупреждения их повреждения резиной. Во
Фиг. 20. Составные части клееного лонжерона и способ его формования.
1—стенка лонжерона. 2 -ребро жесткости, 3—деревянный блок для защиты z-ooparworo
ребра. 4 клееная полка лонжерона, 5—фанера, 6—формблок.
время прессования склеенные кромки приобретают форму уголка,
отверстия облегчения отбортовываготся и получается готовый клее¬
ный лонжерон слоистой конструкции.
Французское самолетостроителыюе общество SNCASO с успс
хом применило склейвацис металлов в своем имеющем многие на¬
значения реактивном самолете «Вотур» (фиг. 21). Оклеивание ис¬
пользовано в жизненно важных деталях и агрегатах самолета и
прежде всего для прикрепления стрингеров к обшивке крыла и хво¬
стового оперения [361. Панели как крыла, так и горизонтального
хвостового оперения состоят из толстого листового металла, к ко¬
торому для ужесточения приклеены стрингеры (фиг. 22). Кроме
того, металл с металлом склеиваются в руле поворота, в полу, пере¬
городках, щитках шасси., обтекателях, в корневой части крыльев и
их законцовках. В производстве этого самолета применен эпоксид¬
ный клей аральдит 1. Причинами, побудившими фирму остановить
свой выбор именно на этом клее, явились в основном соображения
технологического характера: не очень высокая температура полиме¬
ризации, не приносящая вреда склеиваемому металлу (алюминие¬
вый сплав); относительно широкие температурные допуски: +5°
при номинальной температуре склейки 140° и +30' при восьмичасо¬
3*
35

вой выдержке, облегчающие процесс производства и благоприят¬
ствующие избежанию брака; широкие допуски на толщину клеевого
слоя (следовательно, и на давление); обычная толщина 0,10—
0,15 мм, но приемлемо до 0,4 мм.
Клей почти нечувствителен к резким колебаниям температуры и
к повышенной влажности как во время процесса склеивания, так и
после него (см. табл. 31). Клей можно наносить на поверхность со¬
единяемых деталей за несколько дней до того, как их будут соби-
Фиг. 21. Франц''-скиА сямолет «Вот\ф», в конструкции которого широко
применены клеевые соединения металлов.
рать доуг с другом и склеивать (см. табл. 2). Клей аральднт 1 (он
выпускается в виде палочек или порошка) фирма наносит на по¬
верхность металлических деталей, подогретых до 120°.
В ам-ериканокой самолетостроительной промышленности склеи¬
вание металлов стало применяться с конца 1941 г. Связующим
средством был ф' иольпо каучуковый жидкий клей сайклвелд, раз¬
работанный корпорацией Крайслер, который начали выпускать фир¬
мы г\—ьир. Такс -шд Раббгр. Клей сайклвелд использовался в се¬
рийном производстве закрылков истребителей для приклепки обшив¬
ки к стрингерам. В этом изделии, специально не приспособленном
для еклаиван ?я. 'отичество заклепок было уменьшено в 4 раза, что
снизило стоимость изготовления на 30—35% н ускорило выпуск их.
Запрессовка производилась в прессах с плитами, обогреваемыми
электричеством. Этот клей быт использован также для склеивания
двух Головин мэт лл 'ческих подвесных сбрасываемых бензобаков,
к производстве стабилизатора (сокращение числа заклепок е 5500
до 300 .tit.), паст Vi- для пола, состоящего из листа с приклеенные

к нему гофром (замена точечной сварки) « т. п. О масштабах при¬
менения этого клея можно судить по тому, что к 1943 г. клеем
«Сайклвелд» было изготовлено около 30 ООО металлических деталей
и 20 ООО деталей смешанной конструкции для поенных самолетов,
главным образом истребителей и в меньшем количестве средник
бомбардировщиков [661.
Фиг. 22. IIж;ель крыла самолета «Вотур», состоя¬
щая из обшивки с приклееяиым,!' к ней стрингерами.
Авиационная фирма Валти разработала несколько клеевых ком¬
позиций на основе синтетических смол и каучуков для соединения
металлов, известных под общим названием «Метлбонд». В 1945 г.
сообщалось [34], что фирма применила этот клей -на бомбардиров¬
щиках В 24 «Либерэйтор» и В-32 «Домшиитер». Позже клен метл¬
бонд стали применять фирма Конвэр в производстве бомбардиров¬
щиков В-36, самолетов-рязведчиков КВ 36, фирма Боинг в произ¬
водстве бомбардировщиков, фирма Дуглас и др. "61, 62].
Клеи метлбонд в настоящее время выпускаются фирмой Пармко.
Именно клеями метлбонд склеиваются в основном магниевые спла¬
вы. Эти клеевые соединения рассчитаны на работу при комнатных
37

и низких температурах и. имеют ограниченную прочность при1
70—80и. Но магниевые сплавы не предназначаются для использова¬
ния в высокоскоростных самолетах, так как при повышенных тем¬
пературах другие материалы (титан, стали) имеют лучшую удель¬
ную прочность. По этой причине в настоящее время проведено мало
экспериментов по склеиванию магниевых сплавов новыми тепло¬
стойкими адгезивами.
В некоторых случаях фирма Конвэр применяет склеивание маг¬
ниевой обшивки с подкрепляющими элементами' ив алюминиевых
сплавов, а иногда склеивает между собой детали, состоящие цели¬
ком из алюминиевых сплавов. Кор¬
розионная стойкость соединений на
клее метлбонд вполне удовлетвори¬
тельна. В конструкции самолета В-36
свыше 4100 кг деталей из магниевых
сплавов. Значительная часть этих
деталей соединена между собой кле¬
ем метлбонд. О технологии склеива¬
ния сказано в главе VI, здесь оста¬
новимся лишь на некоторых свой¬
ствах’ клеевых соединений и кон¬
структивных рекомендациях.
В самолете В-36 клей применен
для соединения обшивки из магние¬
вого сплава к формованным секциям,
так называемым «вафельным» пане¬
лям размером каждая до 610Х
ХМООлш (фиг. 23), на задней
кромке крыла около моторных гон¬
дол, где она подвергается сильной
вибрации.
В других случаях наружная обшивка подкрепляется профилями
П_-образпого сечения. Оказалось, что если эти элементы жесткости
имели открытые концы, то при вибрации около них появлялись тре¬
щины. Возникновение последних было устранено, когда стали при¬
менять закрытый профиль типа, показанного на фиг. 24, с расши¬
ряющимся концом. В таких ребрах жесткости необходимо устраи¬
вать дренажные отверстия (для выхода воздуха при нагревании во
время склеивания).
Испытания на усталость панелей нормальной равномерно распре¬
деленной нагрузкой показали (фиг. 25), что при не очень высоких
напряжениях панели с обшивкой, приклеенной к подкрепляющим
элементам из магниевого сплава, прочнее, чем панели с подкрепляю¬
щими элементами из алюминиевого сплава. Эю оправдывает широ¬
кое применение магниевого сплава в конструкциях самолетов типа
В-36.
Панели руля высоты самолета В-36 были смонтированы на испы¬
тательном стенте в лаборатории и подвергнуты вибрации, воспроиз.
водящей вибрацию в полете. Долговечность конструкции с соедине-
Фиг. 23. Небольшая нацель об¬
шивки с приклеенным к ней клеем
метлбонд подкреплением «вафель¬
ного» типа для самолета В 36.
38

ннем точечной спарк-ой была 12-10е циклов, с соединением пн
заклепках — 18 ■ 10е циклов и склеенной метлбондом — 240 • И)" цик
лов.
Выяснилось, что в ряде случаев не требуется предварительной
тщатетьной пригонки склеиваемых элементов из магниевых сплавов
Сече ни t ло QR
/S3
I—-63,4—J
Фиг. 24. Элемент жесткости мз магниевого сплава, нряклеивао
мый к обшивке а?:* магниевого сплава толщиной 0,25—0,62 мм.
те только потому, что клей метлбонд (пленочный) допускает обра¬
зование швов толщиной до 0,5 мм, но и потому, что температура
склеивания достаточно высока, чтобы магниевый сплав легко фор¬
мовался.
Mai пневые сплавы при склеи¬
вании частично отжигаются. По¬
этому фирма Конвэр для сплава
FS-16 снижает расчетные преде¬
лы прочности и текучести соответ¬
ственно на 14 и 25%.
Американская фирма Чанс
Воут использует клееные магние¬
вые детали в конструкции мор¬
ского истребителя [62]. Эта фир¬
ма выполняет склеивание на ан¬
глийском клее ридакс. Клеевые
соединения с. нахлесткой малой
длины па клее ридакс, имеющем
более высокий модуль сдвига,
прочнее, чем па клее метлбонд.
Ниже приводятся требуемые ми¬
нимальные и фактические типич¬
ные значения прочности при сдвиге клеевых соединений магниевого
сплава одной и той же толщины (1,6 мм), но с различной обработ¬
кой поверхности; соединения выполнены клеем метлбонд и ридакс:
Фиг. 25 Усталостн-ая прочность пане¬
лей из магниевой общими с при¬
клеенным к ней элементом жесткости
I—элементы жеегкости из магниевого
сплава, 5—элементы жесткости из алюмн*
киеиого сплава*
39

1
Фирма
Клей
кг'см'1
ЧГ'СД
K?.jcM-
Длийа
нахлестки
в мм
Конвэр
Метлбонд
87,5
112
12,7
Боинг
Метлбонд
141
—
12,7
Чанс Воут
Ридакс
98
120—140
25,4
Клей ридакс наносить несколько труднее, чем клей метлбонд, и он
требует более высокого давления. Впрочем, впоследствии процесс
применения «лея ридакс был упрощен, и оба «лея в этом отношении
стали практически равноценными.
Фирма Конвэр пыталась склеивать магний полив и п ил а це т а тфе
нольным клеем FM-47, однако это не дало воспроизводимых резуль
татов. Пленочный клей метлбонд 402, рассчитанный для работы при
повышенных температурах, дал результаты, аналогичные обычному
клею метлбонд на загрунтованном магниевом сплаве и плохие ре¬
зультаты на чистом металле.
Одними из самых ответственных клеевых цельнометаллических
конструкций являются лопасти несущих винтов вертолетов. Они
должны обладать прочностью на статический изгиб, на растяжение
(центробежные силы). усталостной прочностью, изгибной и крутиль¬
ной жесткостью, иметь ровную и гладкую поверхность, малый вес
и быть тщательно отбалансированы.
Применение наряду с «лепкой клеевых соединений на клее
ридакс помогло английской фирме Бристоль решить задачу созда¬
ния лопасти вертолета. Тонкая обшивка, ужесточенная приклеенны¬
ми к ней стрингерами, крепится к исрЕюрам, лонжерону и задней
кромке заклепками. Головки заклепок после клепки срезаются.
В корневой части лопасти обшивка усилена приклеенной к пей на¬
кладкой. Приклейка накладок компенсирует ослабление листа от¬
верстиями под заклепки » дает возможность раззенковывать отвер¬
стия под потайную клепку. Склеивание металла ридаксом приме¬
нено фирмой Бристоль в производстве вертолетов «Свкемор» типа
171 и 173 [59]. Несколькими фирмами освоен серийный выпуск пол¬
ностью клееных металлических лопастей [40, 41, 65]. Фирма Превитт
в США поставляет клееные лопасти винтов для вертолетов марок
HUP-1 и HUP-2 н других, выпускаемых фирмой «Пяоецкий», За:
воды Сикорского (также в США) производят лопасти для вертоле¬
тов S-51, S-52 в S-55, из которых наиболее крупным является S 55.
Это двенадцатиместная машина с полетным весом 3,3 т\ ротор
трехлопастный, диаметр его 16,2 м. Такие же лопасти изготовляет
по лицензии в Англии фирма Уэстленд.
Замена болтовых, заклепочных, сварных и паяных соединений
клеевыми позволила избежать чрезмерной концентрации напряже¬
ний в элементах лопасти, улучшить усталостные характеристики
и довести ресурс лопасти до 1000 часов.
40

Стальные клееные лопасти для вертолетов типа HUP-2, вы¬
пускаемые фирмой Превитт, состоят из четырех основных элементов.
Главным силовым элементом конструкции служит стальной лонже¬
рон. Он имеет форму носка профиля лопасти, у комля лопасть
переходит в трубу. Конструкция лопасти неразрезная. Обшивка из
цельного тонкого листа нержавеющей стали обертывается вокруг
лонжерона и склеивается свободными концами с задним стрингером
и между собой, образуя заднюю кромку лопасти. Обшивка под¬
держивается подкреплениями в виде гофра из дуралюмииа, которые
крепятся к самой обшивке и отогнутыми бортами—к лонжерону.
Лопасть имеет в плане прямоугольную форму и геометрическую
закрутку.
Элементы лопасти с нанесенным на них клеем собирают в спе¬
циальном приспособлении для прихватки. Во внутреннюю полость
лопасти для создания давления вводят резиновый мешок. Лопасть
помещают в разъемную прессформу-матрмцу, имеющую 'Внутренние
обводы, соответствующие внешнему контуру лопасти. Пресеформу
подогревают, подвергают давлению и склеивают. Склеенную лопасть
контролируют, после чего она идет на дальнейшую сборку (уста¬
новка комлевых фиттгангов, концевой нервюры с обтекателем и т. п.).
Фирма Превитт выпускает клееные лопасти различной конструк¬
ции] не только для фирмы «Пясецкий», но и для других компаний —
Америкэн Геликоптер, Цессна, Кэман. Работая с клееными кон-
струциями, фирма заменила ранее употреблявшийся жидкий клей
пленочным клеем (стеклоткань, пропитанная клеем) в сочетании
с грунтовкой жидким составом FM-47. Типовой цикл склеивания,
первоначально длившийся два дня, сокращен до 2 часов (65].
Клееные лопасти для вертолета S-55, выпускаемые фирмой
«Сикорокий», имеют частично разрезную конструкцию. Основным
силовым элементом конструкции также является лонжерон, выпол¬
ненный из дуралюмииа, который занимает около 30% по хорде
и имеет контур профиля лопасти. На задней части лонжерона,
сверху и снизу по всей его длине, фрезеруются выемки на толщину
листа обшивки. Отфрезерованный лонжерон перед склеиванием
анодируется.
Задняя часть лопасти но хорде состоит из 22 склеенных дуралю-
миловых секций, каждая из которых имеет длину 300 мм и состоит
из тонкой обшивки, поддерживаемой пятью нервюрами.
К лонжерону приклеиваются также переходные корневые панели
из дуралюмииа. Они служат для соединения со стальными наклад¬
ками, имеюшнми по концам гребенки, которые крепятся к втулке.
Концевые обтекатели, закрывающие грузовые балансиры, ста¬
вятся на клею и заклепках. Готовая лопасть проходит стендовые
испытания.
Имеются сведения, что фирмой «Сикорский» 'вылущено более
5000 клееных металлических лопастей.
Широкое применение находят клеи в производстве полуфабрика¬
тов и агрегатов с сотовым заполнителем, который используется
е авиационных конструкциях и других изделиях.
41

Компания Гленн Мартин, начавшая с применения смешанных
клееных конструкций (в беспилотных снарядах малой серии Гор-
гон-IV, сотовых панелей в летающей лодке Р5М-1, полов в Мартин
2-02 и 4-04 и т. д.) в конструкции
управляемого летающего снаряда
В-61А «Матадор», начала широко
использовать клей для соединения
металлической обшивки с металличе¬
скими сотами в стреловидном крыле
и стабилизаторе. Компания приме¬
няет клей FM 47. Сотрудники фирмы
считают [53], чго рабочая темпера¬
тура клея не выше 55°, но можно до
пускать кратковременный, десяти-
минутный, нагрев до температуры
95°. Применение склеивания дало,
экономию в 50% стоимости по срав¬
нению с соединением заклепками.
В крыле самолета-снаряда Гленн
Мартин «Матадор» использована
конструкция со сплошным заполне¬
нием сотами пространства между
верхней и нижней обшивками
(фиг. 26,А). Сплошной заполнитель
хорош до известных пределов, напри¬
мер, при нагрузках до 1000 кг/м- при
10% толщине крыла. Тонкая обшив¬
ка стабилизатора может быть нагру¬
жена до высоких значений напряже¬
нии при поддержке ее сравнительно
легкими сотами. Чтобы сохранить
устойчивость более мощной обшивки,
требуются значительно более тяжелые соты, что становится невыгод¬
ным. В таких случаях можно избрать другие пути конструктивного
решения (см. фиг. 26,Б).
Болес подробно о клеях для сотовых и других слоистых кон¬
струкций с заполнителями сказан-О' в § 4 и главе VI.
§ 4. Клеи в конструкциях типа «сэндвич»
В последние годы большое внимание уделялось разработке кон¬
струкций типа «сэндвич», особенно в отраслях промышленности,
занимающихся изготовлением средств воздушного и наземного
транспорта, в судостроении, а также в производстве тары. Конструк¬
ционный «сэндвич» можно рассматривать как комбинацию различ¬
ных разнохарактерных простых или сложных материалов, соединен¬
ных в одно целое и прочно скрепленных друг с другом так, чтобы
наилучшим образом использовать свойства каждого отдельного
материала.
Д
Фаг. 2G. Схемы конструкций с
«заполнителями».
А конструкция со сплошным за¬
полнителем (например, металличе¬
скими- сотами), Б конструкции,,
имеющие разнесенную обшивку о
внутренним заполнением,
/—заполнитель, 2—двойная обшивка
с наполнителем d виде сот или пс-
нопластов, 3—обшивка с приклеен¬
ными к чей элементами жесткости,
-двойная обпптка с вклеенным
внутрь гофром, 5—обшивка с при¬
клеенными к ней стрингерами.
42

Сэндвич, который представляет собой слоистый материал-полу¬
фабрикат или конструктивный элемент большей или меньшей слож¬
ности, имеет три основных элемента: облицовки (или обшивки),
сердцевину (или заполнитель), клей, соединяющий облицовки
с сердцевиной.
Клеи также играют важную роль в изготовлении 'Некоторых типов
материалов для сердцевины. Более подробно типы и применение
сэндвич-конструкций, а также применяемые для них клеи рассмот¬
рены в главе VII. Здесь достаточно сказать, что клей имеет весьма
важное значение в изготовлении этих конструкций и для их успеш¬
ной службы. Облицовочные поверхности должны скрепляться с
сердцевинным материалом так, чтобы все они работали вместе как
единое целое.
Прекрасное отношение жесткости к весу в различных типах
сэндвич-конструкций, простота изготовления конструкции и отдель¬
ных ее элементов, очень богатый выбор материалов, пригодных для
их изготовления,— все это делает указанный тип конструкции осо¬
бенно заманчивым для многих изделий. В самолетостроении алю¬
миниевые слоистые материалы применяются теперь как для основ¬
ных, так и второстепенных элементов конструкции. Уменьшенный
вес и гладкая поверхность привели к использованию эгих материа¬
лов в конструкциях с силовой обшивкой. Слоистые материалы
(с легким заполнителем) применяются для изготовления отсеков
с жидким горючим, стабилизаторов, законцовок крыла, закрылков,
элеронов, лобовых кромок руля высоты, деталей корпуса летающих
снарядов, а также в случаях нссилового назначения, где легкий вес
является основным фактором: в стенных перегородках, для полов,
в верхних крышках столов и т. П. Часто ответственное электронное
оборудование устанавливается на деталях из слоистых материалов
с заполнителем. Эти материалы весьма успешно применяются в са¬
молетах в качестве опорных устройств для баков с жидким топли¬
вом.
Интересное применение нашли сэндвичи во вспомогательных
стендах для установки и ремонта трубопроводов, кабелей и т. п.
Очень легкий вес и прочность делают их легко переносимыми и
удобными в работе.
Строительная промышленность в течение второй мировой войны
использовала сэндвичи из неметаллических материалов в оборони¬
тельных и военных сооружениях: для газо- и бомбоубежищ, дотов
н дзотов. В настоящее время цельнометаллические и частично ме¬
таллические слоистые панели считаются прекрасным материалом
для защиты от паров и в качестве тепло- и звукоизоляции. Употреб¬
ление их в сборных зданиях открывает огромные перспективы:
сокращается время сборки и отпадает надобность в квалифициро¬
ванной рабочей силе.
Фирма Крайслер в качестве пробы использовала трехслойный
материал с легким заполнителем в портативных арктических доми¬
ках, предназначенных для воинских частей, находящихся в Аляске,
в больших складских помещениях и в опытном доме близ Детройта
43

Il
в штате Мичиган. Эксперимент оказался настолько удачным, что
в настоящее время около 5500 м- трсхслойных панелей используется
в строительстве игового завода Крайслер в Инднанополисе. В этих
панелях алюминиевый листовой материал склеивается с сердцеви¬
ной из обработанной крафтбумаги. Конструкции этого пипа пред¬
назначаются для использования в дверях, полу и стенах, для раз¬
личных предметов обстановки, верхних крышек конторок и столов.
Фирма Пляйвуд сконструировала легкий разборный контейнер
для использования в качестве упаковочной тары с целью снижения
стоимости перевозок; емкость его составляла до ’/г емкости вагона.
Для изготовления таких контейнеров был применен сэндвич с ме¬
таллическими облицовками.
Есть сведения, что фирма Пресид Стил Кар сконструировала
новый товарный вагон, используя сэндвич из фанеры. Хотя этот
вагон целиком деревянный, никаких гвоздей при его изготовлении
не применяется. Все соединения выполняются специальными синте¬
тическими клеями. Весьма вероятно, что недалеко то время, когда
алюминиевые сэндвичи будут использоваться в железнодорожных
пассажирских вагонах.
Клеи играют большую роль в конструкциях типа сэндвич потому,
что они упрощают производство этих конструкций. Изготовление
конструкций типа сэндвич иными методами — клепкой или точечной
сваркой — потребовало бы очень большого количества сварных
швов или заклепок, что делает эти методы соединения о данном
случае неприемлемыми. Слоистые конструкции, особенно с приме
пением неметаллических материалов, такими способами изготовить
практически невозможно. С появлением теплостойких клеев из син¬
тетических смол (см. гл. III) потенциальные возможности использо¬
вания металлических сэндвичей псе больше возрастают.
§ 5. Некоторые другие виды применения клеев
Выше уже были рассмотрены многие виды применения клеевых
соединений металлов в промышленности. Дать исчерпывающий об¬
зор всех существующих и возможных случаев использования клеев
было бы непосильной задачей. Имеются специальные примеры .при
мснония клеев, особенно когда они предназначаются в качестве
покрытий и ICPMCTHKOB. В последнем 'Случае они являются матер на
'ЗГами, от которых требуется в первую очередь адгезионная, а не
когезионная прочность.
За последнее время разработаны новые методы применения
клеев для соединения трубопроводов. Клей из синтетической —
эпоксидной — смолы в виде липкой массы наносится на алюминие¬
вый фиттинг и на трубу; и фиттинг и труба нагреваются переносным
портативным электрическим нагревателем. Затем элементы собира¬
ются вместе, и клей в соединении отверждается до тех пор, пока не
станет твердым и прочным.	х
Интересным применением клеевого соединения силиконовой ре¬
зины с металлом является использование этого соединения в мотей
44~	~

рях, помещаемых снаружи катеров. Прокладки для колонок
цилиндра чаще всего тоньше стандартных. Обычно применяемые
асбестовые или медные прокладки не являются непроницаемыми
под давлением, в результате чего наблюдаются частые «пробива¬
ния» или нарушение герметизации. Стеклоткань, покрытая силико¬
новой резиной, приклеивалась к алюминиевой головке цилиндра. При
натурных испытаниях, проведенных на катерах с подвесными мото¬
рами за кормой, этот тип прокладки дал возможность получать более
высокую степень сжатия при большем числе оборотов в минуту. Не
было обнаружено ни малейшей утечки сжатого воздуха, прокладки
не проявили никакой склонности к пробиванию. После многих рейсов
приклеенная к металлу прокладка была осмотрена и оказалась со¬
вершенно неповрежденной.
Преимущества приклейки тормозной накладки к металлической
колодке уже рассматривались. Другие случаи применения склеива¬
ния материалов, подвергающихся трешпо, с металлами также
играют важную роль в автомобильной и родственных ей отраслях
промышленности. При изготовлении фрикционных колес и дисков
часто применяется склейка синтетическими: смолами (трущиеся по¬
верхности из текстолита, а спицы и ступица из стали). Склеивание
также применяется при монтаже фрикционных дисков и колес и при
изготовлении различных типов муфт тормозов, используемых в авто¬
мобилях и мотоциклах.
Известно, что прополочные тензодатчики, применяемые для
замера деформации в элементах конструкций, должны тесно окроп¬
ляться с ними, чтобы измерительный инструмент и элемент кон¬
струкции, когда к последнему прикладывается нагрузка, деформи¬
ровались как единое целое. Для этой цели широко применяются
клеи.
Применение клеев, особенно «чувствительных к давлению», т. е.
липких, в защитных или «.маскировочных» лентах хорошо известно.
Были проведены работы по использованию клеев в качестве защит¬
ных лакокрасочных покрытий. Слой клея наносится пульверизато¬
ром или кистью па защищаемую поверхность, а затем хорошо про¬
сушивается. Такие покрытия оказались эффективными для защиты
металла, подвергающегося действию химикалиев. Клей на основе
фенольной смолы применяется, например, как защитное покрытие
на стали для предупреждения разъедания растворами кислот в ба¬
ках для хранения и перевозки кислот. Эффективным методом уда¬
вления такадо.ДчДЩзот покрытия в случае Тшобходнмост и: оказалось
'югружешге в концентрированный раствор щелочи.	~
Устройство самолетной протнвообледенительной нагревательной
системы «Пэпир» основано на использовании! клея аральднт. Систе
ма «Пэнир» предотвращает обледенение внсшшТх ш5Т!Грхностей
самолета и в случае необходимости может удалить образовавшийся
слой льда даже толщиной около 6 мм.
Па участок обшивки самолета, который может подвергнуться
обледенению, наносят методом «горячего напыления» слой основной
45

изоляции толщиной 0,75 мм из эпоксидного клея марки аральдит 1.
На это покрытие наносят слий металлического порошка — токопро¬
водящего элемента системы — по трафарету или с помощью «маски- ■:
ровочных» лент гик, чтобы получилась зигзагообразная непрерывная
полоса, покрыинющая с большей или меньшей полнотой всю защи¬
щаемую площадь. Сверху наносится второй — внешний — слой изо¬
ляции из клен аральдит 1 толщиной 0,25 мм. Отверждение происхо¬
дит при температуре 180°.	.	I
Возможна модификация этого способа, заключающаяся в замене 1
порошкового клея аральдит 1 жидким клеем аральдит Д, употреб¬
ляемы:^ в сочетании со стеклотканью. Для этого берут стеклоткань
толщиной 1,00—1,25 мм. Отверждение производится в течение
1 часа при температуре 60° или при 20° в течение более длительного
срока.
Система «Нэпир» прошла всесторонние испытания: электриче¬
ские (гарантируется 1000 часов работы при мощности 1,6 вт/см2),
вибрационные, абразивные (действие песка), эрозионные (дождева¬
ние) , полет со скоростью 800 км/час и др.
Преимуществами защитной системы «Нэпир» являются: малый
вес, возможность применения на поверхностях сложной конфигура¬
ции и двойной кривизны, обеспечение аэродинамической формы
защищаемой поверхности, гладкости, эрозионная стойкость, стой¬
кость к топливу, маслу и жидкостям для гидросистем, пригодность
для эксплуатации при температурах от —60 до 130°, возможность
местного исправления повреждений. *	  —
Существуют и другие случаи применения клеев для соединения
металлов с металлами и неметаллическими материалами:
1) использование тиоколовых пленочных герметиков для уплот¬
нения швов фюзеляжа н для придания непроницаемости бензо¬
бакам;
2) создание слоистых материалов из тонких листовых металлов
для электродвигателей;
3) наклейка карбидных наконечников и вклейка втулок;
4) соединение стекла и металла в медицинских шприцах для
подкожного впрыскивания и в специальных медицинских зеркалах;
5) соединение частей магнитов;
6) уплотнение пористых металлических отливок;
7) заделка упаковки из металлической фольги для нестойких
пищевых продуктов;
8) приклеивание металлических армирующих элементов к дере¬
вянным конструкциям (например, в лопасти пропеллера);
9) металлические экраны для радиооборудования;
10) склеивание сочетаний металл—фанера в панелях сборных
зданий;
11) изготовление броневых плит, состоящих нз чередующихся
слоев металла и резины;
12) изготовление слоистых металлических конструкций из ^исто¬
вого металла различной конфигурации для замены механической
обработки (см., например, опытные слоистые клееные лонжероны
46

фирмы Фоккер переменного ступенчатого сечения по размаху на
фиг. 19 в § 3) и т. д.
Во время второй мировой войны немцы с успехом использовали
сталь с покрытием из фенольной смолы в механизмах управления
рулей высоты самолетов взамен бронзы и латуни.
Клеи, содержащие высокий процент наполнителей из окислов
металлов, применялись в виде пасты для выравнивания вмятин
~Л неровностей поверхностей корпусов автобусов .и крыльев самоле¬
тов с дуралюмшювой обшивкой. Другие подобные модификации
клеев оказались пригодными в качестве цементирующих замазок
при застеклении металлических оконных рам.

ГЛАВА 11
ОСНОВНЫЕ СВЯЗУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ КЛЕЕВ
ДЛЯ МЕТАЛЛОВ
§ 6. Составные части клеевой композиции
Основные компоненты клея
и их назначение
Типичный клей — это состав, представляющий собой комбинацию
нескольких веществ, из которых но крайней мере одно обладает
«связующей способностью», т. е. совокупностью адгезионных и коге¬
зионных свойств. В клеевую композицию входят следующие важней¬
шие составные части, называемые компонентами или ингредиентами:
основные связующие материалы, растворители, наполнители, ката¬
лизаторы или отвердители.
Основные связующие материалы можно определить как веще¬
ства, которые обладают клеящими свойствами, обеспечивают необ¬
ходимую прочность соединения и составляют обычно большую часть
массы клея. Иногда их называют просто основными клеевыми
материалами или связующими.
Растворители применяются главным образом для регулирования
вязкости клея. Они не обладают клеящими свойствами. Существен¬
ным фактором при выборе растворителя является скорость его
испарения. Иногда с целью регулирования вязкости к клею добав¬
ляются смолы 1 е низким молекулярным весом, обладающие теку¬
честью.
Наполнители в виде порошков минералов, окислов металлов или
волокон (например, стеклянных) вводят в клей, чтобы увеличить
прочность клеевой прослойки, уменьшить величину усадки и коэф¬
фициента термического расширения. Наполнители также служат для
повышения вязкости, особенно если требуется клей в виде пасты.
Tax как наполнители почти всегда дешевле основных клеевых мате¬
риалов, то введение их в рецептуру клея снижает его стоимость.
В этом смысле наполнители называют «разбавителями» смол.
1 Смола—естественное или синтетическое вещестио, чаще псего органиче¬
ское, хараюершаумое как аморфное, шло троп нос, пластичное, иногда лашкое
н обычно размягчающееся при нагреванием, не (имеющее определенной тотаом
плавления н растворимое на некоторой стадии приготовления оии переработки.
48

Катализаторы или отвердители употребляются главным образом
в клеях, основным материалом которых являются термореактнвные
смолы. Катализаторы ускоряют реакцию отверждения и делают
применение клея более удобным. В качестве катализаторов в зави¬
симости от рода основного клеевого материала используются
различные кислоты, основания, соли, перекиси и соединения, содер¬
жащие серу. При выборе их следует исходить из механизма хими¬
ческих реакций — полимеризации, поликонденсации или вулканиза¬
ции, приводящих к образованию вязких, твердых и прочных клеевых
швов или покрытий г.
В настоящей книге не ставится целью дать строгое разграниче¬
ние функций различных каталитических и отверждающих агентов.
Термин «катализатор» применяют и к истинным катализаторам, не
входящим в состав образующихся окончательных продуктов, и к
инициаторам полимеризации, ускорителям вулканизации и другим
отвердителям в том смысле, что они интенсифицируют протекание
реакции. Термин «катализатор» применяют чаще в тех случаях,
когда речь идет о процессах смолообразования. Ряд этих же ката¬
лизаторов, вулканизующие агенты и другие вещества, обусловли¬
вающие или ускоряющие процессы отверждения клеев, могут быть
отнесены к разряду «отвердигелей». Более широким понятием
является понятие об отверждающих агентах, включающих в себя
наряду с химикалиями и физические факторы, например, нагрев.
О классификации клеев
Клеи для металлов можно подразделить в зависимости от их
назначения на две большие группы: конструкционные клеи и некон
струкционные.
К конструкционным, или силовым .клеям относятся клеи, которые
можно применять в случаях, где требуются прочные соединения,
например, для приклейки фрикционных облицовок тормозных коло¬
док, в авиационных конструкциях с легким заполнителем и т. п.
Клей в подобных соединениях должен обладать способностью вы¬
держивать большие напряжения, стремящиеся разъединить скреп¬
ленные элементы.
Неконструкционные, или несиловые клеи дают соединения, кото¬
рые не в состоянии выдержать значительных усилий и предназначены
.шшь для удержания на месте каких-либо ненагруженпых детален
в изделии, например, металлических табличек, резиновых подкладок
на металличешшх подставках и пр. Неконструкционные клеи часто
применяются там, где желательно только временное соединение.
Герметики и клеевые покрытия могут относиться к любой из двух
групп.
Такая классификация помогает установить, какие клеи будут
удовлетворять данному назначению. Однако если бы мы ограни-
1 Выбор катализатора и отпердителя зависит также от рода склеиваемого
материала; в частности, следует учитывать нх коррозионную агрессивность.
Примечание редактора.
4 Г. Эпштейн
49

чинись уки ч«1М1оГ| к/ньсификннией, Гп мi»i весьма мало знали бы об
условиях, i|><.(iyit.iiiiM,\i ii дли опн‘|»ждсч1пя клея,— температуре, дав¬
лении, времени. Точно также почт ничего не было бы известно
о прочное in cot"ПнипшЙ. ползучееги, теплостойкости или других
ф|М1Р1сск||>Х н химических свойствах данного клея.
У Ми понимания особенностей процесса производства и примене¬
ния клеен, их поведения в соединениях при эксплуатации изделии
необходимо хорошо знать физико-химические свойства материалов,-
используемых в рецептуре клея. Это особенно важно, если учесть,
что многие клеи для металлов включают в себя два или больше
основных связующих материалов. В некоторых случаях, например,
в поливинплацетатных или в..цшшуретановых клеях, используется
только один тип основного клеевого материала. Но в клеевых ком¬
позициях, пригодных для конструкционных применений, важную
роль играют многокомпонентные смеси основных материалов. Один
тип основного связующего материала придает «лею в клеевом
соединении прочность и жесткость, в то время как другой снижает
хрупкость, и т. и.
Рациональная классификация клеев не может игнорировать
упомянутые признаки [29].
Типы связующих, используемых
в клеевых композициях
Почти все клеи, применяемые в промышленности для склеивания
металлов с металлами и другими материалами, изготовляются иа
основе ‘трех типов связующих: термореактивных смол, термопла¬
стичных смол и эластомеров.
Термореакгивные смолы — это синтетические органические со
единения, которые путем химической реакции можно превратить
в практически нерастворимое и неплавкое твердое вещество. Ука¬
занные смолы представляют собой полимеры высокого молекуляр¬
ного веса. При дальнейшей реакции полимеризации или поликон¬
денсации они образуют линейную с поперечными связями, так
называемую трехмерную молекулярную структуру. Эта реакция
называется «отверждением» клея.
Окончательным продуктом является твердое вещество, обладаю¬
щее высокой прочностью и жесткостью. Эти отвердевшие материалы
имеют относительно высокий модуль упругости (например, порядка
70 000 кг/см2 при 25е), не поддерживают горение н стойки к дей¬
ствию большинства химикалиев.
Термопластичные смолы являются высокополимерами, но они не
имеют большого числа поперечных связей. Их молекулы довольно
длинные, линейные. Поэтому такие смолы можно расплавить при,
нагревании и размягчить воздействием соответствующих раствори¬
телей. Реакция является обратимой — при охлаждений или высы¬
хании материалы снова затвердевают. Термопластичные смолы ч
обычно менее жестки, менее прочны и имеют более низкий модуль
упругости, чем термореактивные.
50

Эластомеры сходны с термопластичными смолами по структуре
и свойствам. Эластомерпые материалы отличаются гибкостью, эла¬
стичностью. В эту категорию входят натуральный и различные
синтетические каучука. 11олисилоксановые эластомеры тоже можно
отнести к этой категории, хотя имеются кремнинорганичеекме соеди¬
нения, которые обладают тер мор еактн внос гью и высокой жесткостью.
Чтобы составить представление о свойствах, присущих этим
материалам, надо иметь по крайней мере элементарные понятия из
области химии высокомолекулярных соединений.
§ 7. Термореактивные смолы
Самыми распространенными термореактивными материалами,
которые применяются в клеях для металлов, являются смолы двух
типов: фенольные и эпоксидные. Полисшкжсановые смолы приоб¬
ретают важное значение в тех случаях, когда нужен клей для при¬
клейки кремпийорганического каучука к металлу. В качестве основ¬
ных исходных материалов для клеев могут применяться также поли¬
уретаны. Иногда с этой целыо используются фура новые производные.
Полиэфиры, мочевине-, меламино- т; 'резорцино-формальдегидлые
смолы могут использоваться в клеях для металлов в очень редких
случаях.
Феноло-формальдегидные смолы
Химия феноло форм альдегидных смол родственна химия моче-
вино , меламино- и реэорцино-формальдегидных смол. Механизм
реакции тот же самый.
Фенол н формальдегид смешиваются в присутствии катализатора
в заранее установленном молярном соотношении. Точные пропорции
и природа катализатора изменяются в зависимости от того, какой
конечный продукт желательно получить.
В самом обычном одностадийном процессе фенол при 'нагрева¬
нии с формальдегидом, который берегся в избытке (молярное отно¬
шение фенола к формальдегиду колеблется от 1:1,1 до 1:2),
взаимодействуют в присутствии небольших количеств щелочных
катализаторов, например, гидрата окиси натрия, гидрата окиси ба¬
рия, аммиака, аминов. Реакция прерывается на ранней стадии,
когда смола в реакторном сосуде находится в жидком состоянии,
в противном случае получится твердый смолистый продукт, неплав¬
кий и нерастворимый.
Если, желательно получить пластичный, легко формующийся
материал, то применяется двухстадийный процесс. Только часть
требующегося формальдегида вводится в реактор (молярное соот
ношение фенола к формальдегиду равно примерно 1 : 0,8) и затем
добавляется кислый катализатор. Реакция идет до конца. Получен
ные растворимые и плавкие смолы называются новолачными. На
этой стадии в них вносят необходимые наполнители и пигменты.
Если необходимо превратить новолачную смолу в прочный, твер¬
дый, неплавкий и нерастворимый продукт, то добавляют формаль¬
дегид, используя гексаметилентетрамип или параформальдегид.
4"
51

Одностадийный процесс имеет особенно важное значение в про¬
изводстве «леев, предназначенных для оклейки металлов. Степень
полимеризации в реакторе можно довести до стадии А или В либо
их сочетания. В стадии А полимер — резольная смола—имеет
линейную структуру с низким молекулярным весом; смола пол¬
ностью растворяется в щелочном растворе, находящемся в реакторе.
В стадии В смола — резитольная — характеризуется тем, что она
больше не растворяется в щелочах, так как молекулярный вес смо¬
лы возрастает до такой степени, что щелочные соли не растворя
ются в водных растворах. Однако резитол легко растворяется
в органических растворителях, таких, как ацетон или спирт. Моле¬
кулярная структура резитола состоит из довольно длинных линей¬
ных цепей с небольшим количеством поперечных связей. При
охлаждении эта смола становится твердой и хрупкой, при нагрева¬
нии размягчается, а под давлением может течь.
Смолы, применяемые в клеевых композициях, могут находиться
в стадии А или В.
Когда резольная или резитольная смола в процессе отвержде¬
ния «лея нагревается, происходит дополнительная поликонденсация,
сопровождаемая образованием многих поперечных связей между
цепями. Продукт последней стадии поликонденсации, называемый
резитом, является совершенно неплавким и нерастворимым. Этот
прочный, твердый и жесткий материал служит в клеевом соедине¬
нии в качестве связующего.
Механизм и кинетика указанных реакций были предметом мно¬
гих теоретических и экспериментальных исследований. Предлага¬
лись различные механизмы реакции, скорость реакции исследовалась
в зависимости от температуры, pH среды, природы катализатора,
концентрации и т. п. Изучалось влияние положения замещенных
групп бензольного кольца фенола. Нет необходимости рассматри¬
вать здесь эти факторы. Однако сущность данной реакции пред¬
ставляет значительный интерес для объяснения свойств клеевых
соединений или покрытий, в которых фенольные смолы были
использованы в качестве одного из основных связующих материа¬
лов. Реакция фенола н формальдегида сопровождается выделением
воды. Этот тип реакции называется конденсацией или поликонден¬
сацией в том случае, когда в результате ее из полифункциональных
молекул получают макромолекулу полимера.
На фиг. 27 показана природа этой первоначальной химической
реакции фенола с формальдегидом.
Моноалкоголи образуются в большей степени, чем диалкоголи.
Если бы ре-акция протекала в присутствии «истого катализатора,
/\
—ОН
+ Н.СО—>
Фиг. 27. Начальная реакция между фенолом
п формальдегидом.
52

дополнительная конденсация дала бы линейный полимер — новолик.
В присутствии щелочного катализатора дальнейшая реакция диет
трехмерную структуру с часто расположенными сшивками между
цепями, как показано на фиг. 28; реакция сопровождается выделе¬
нием воды. Установление точной структуры конечного продукта
явилось предметом нескольких исследований последнего времени.
ОН	ОН	'
/\
—сн£
CH.,
Фиг. 28. Схематиче¬
ское изображение
строения трехмерной
фсполо - формальде-
гидной смолы.
\/
I	I
сн„	сн2
I ■	I
/'''ОН	7	44	OI1
а 1.3-4/-
Выделение воды во время отверждения клеев, содержащих
фенольную смолу, имеет большое значение для оклеивания. Для
устранения воды применяются давление и нагрев. Скорость натре
вания, или скорость отверждения, имеет особое значение, когда
клей применяется как покрытие. Слишком быстрое отверждение
может привести к образованию покрытия низкого качества вслед¬
ствие появления большого количества пузырьков, наполненных
газом, вздутий или раковин. Особенно миого пузырьков получается
в толстых слоях, или в тех случаях, когда смола содержит большое
количество растворителей. Это нежелательное явление объясняется
отвердеванием поверхности покрытия до того момента, как из
массы клеевого слоя будут удалены все растворители и: побочные
продукты поликонденсации.
Прочные связи С-С, которые создают основную структуру, обес¬
печивают прочность швов, образуемых клеями на основе фенольных
смол. Присутствие гидроксильных групп и вытекающая отсюда вы¬
сокая полярность обусловливают высокие адгезионные качества
клея. Они также способствуют совмещению фенольных смол с дру¬
гими основными материалами, используемыми в клеевой компо¬
зиции.
Эпоксидные или эпоксил и н о в ы е с мо л ы
Эти смолы недавно стали применять в качестве основных мате¬
риалов в рецептуре клеев. Эпоксидные смолы получаются взаимодей¬
ствием производных окиси этилена, т. е. соединений с эпоксидными
реактивными группами
/°\
сн — сн2
и полифункциональных спиртов или фенолов.
53

Еще в 1803 г. Вюрц начал работу с этими веществами, когда
при исследовании реакции окиси этилена с ангидридом уксусной
кислоты, он обнаружил, что среди продуктов реакции находятся
диацетаты окиси полиэтилена. Затем в 1891 г. Линдеману удалось
приготовить из этих материалов смолоподобные смеси. Немецкие
ученые в И. Г. Фарбениндустри изучали реакцию эпоксидных смол
с Лолиаминами и получили несколько патентов в течение 1930 г.
Шлэк, один из организаторов этих исследований, заметил возмож¬
ность использования указанных материалов в качестве клеев. С тех
пор было выдано много патентов, где описывались приготовление
и применение этих смол для различных •назначений, особенно для
склеивания.
Промышленные эпоксидные смолы для клеев приготовляются
полимеризацией эпихлоргидрина и дифенола или многоатомного
спирта в присутствии едкого натра.
Продукт первичной реакции является бифункциональным, т. с.
имеет две реакционноспособиых эпоксидных группы, и продолжает
полимеризацию, образуя линейный полимер типа, показанного на
фиг. 29. В зависимости от степени полимеризации получаемая смола
может быть или жидкой или твердой, а молекулярный вес се-колеб¬
лется от нескольких сотен до нескольких тысяч.
О	Г	СН,	ОН
/ \	/-ч	!	.-ч	I
CIV-CH—CIU- О /	>-С	<	\-0-СН2-СП-СН2
- I \_/ I
L	сн,
СН3	О
| Ч
—с	сн2	сн-сп
сн3
Фиг. 29. Структурная формула эпоксидной смолы
2
Для использования этой смолы в качестве клея требуется
отверждающий агент — кислый или основной (обычно амин) —для
того, чтобы поперечными связями «сшить» полимер в нераствори¬
мый и неплавкий твердый продукт. Образовавшаяся трехмерная
структура содержит связи углерод—углерод и эфирные. Этим об¬
условливается большая прочность и химическая устойчивость клеев
на эпоксидной основе. Реакционноспособные гидроксильные (— ОН)
и эпоксидные группы пространственно достаточно разделены в мо¬
лекулярной структуре, так что конечный продукт не является слиш-
i ком хрупким. В результате высоко пол яр ной природы окончательного
|< полимера ему присуща высокая адгезионная способность.

Полиуретаны
В конце 1930 г. Бауером н Розсром (запод Леиеркюзен в Герма¬
нии) была проведена большая работа по получению продуктов
реакции нолифункциюнального изоцианата. Особенно интересна
реакция с полигидроксильными соединениями. Изоцианаты, полу¬
ченные тогда в Германии, стали известны под наименованием
десмодур. Из них в большом количестве были изгоюилены толуол-
диизоцианаты (2,4 и 2,6). Если изомеры 2,4 и 2,6 берутся в соот¬
ношении 3:2, то полученный продукт называется десмодур Т.
Десмодур ТН представляет собой изоцианат, полученный полимери¬
зацией 5 молей десмодур а Т с одним молем 1,4 — гоксандиола.
Последние два соединения полифуикциональпые спирты. ^Следую¬
щим продуктом реакции явился гексаметилендиизоцианат —- десмо¬
дур Н.
Изоцианаты характеризуются присутствием химически высоко
реактивных групп—N =С=0. Двойная связь N=C особенно склон¬
на к разрыву и присоединению активного водорода, как это было
обнаружено по отношению к гидроксильным (—ОН), карбоксиль¬
ным (—СООН) и амино ( NH)-группам. Ряд смол алкидного I
типа, полученных конденсацией полифункциюнальиых спиртов и)
кислот, был назван десмофеном. Было обнаружено, что сочетания
десмодур-десмофен пригодны в качестве клеев д.чя многих мате¬
риалов, включая и металлы, в качестве покрытий, а также пигмен¬
тированных лаков и «расок. Некоторые сочетания изоцианатов
и смол алкидного типа использовались как материал для производ¬
ства синтетических волокон, термопластичных формовочных мате¬
риалов и пено'пластов.
Двухкомпонентный клей, хорошо известный на рынке, был
назван полисталем. В его состав, в частности, входят десмодур ТН
и десмофен 1200, высоко пластичный материал, выдерживающий
100%-ное удлинение. Последний из этих материалов — алкидная
смола, получаемая реакцией адипииовой кислоты, триметилолпро-
пана или глицерина и 1,3-бутандиола в молярном отношении 3:1:3.
Это соответствует избытку гидроксильных групп в отношении кис¬
лотных групп (отношение 3:2).
Изоцианаты и гидроксильные соединения, например, спирты, со¬
единяются друг с другом без выделения побочных продуктов по
схеме
>1 О
I ii
RN—С—O + R'OH -> RN—С OR'
Если используются полифункциональные реагенты, то происхо¬
дит бурная полимеризация, которая дает жесткий материал с попе¬
речными связями в структуре. Эти процессы значительно ускоряются,
если pH смеси изменяется, например, добавлением кислоты или
щелочи. Таким способом можно вызвать отверждение при комнатной
температуре.
55

Имеется много патентов и опубликованных статей относительно
использования продуктов, содержащих изоцианаты, в качестве клеев
для соединения металла с металлами и другими материалами
резиной, стеклом, древесиной, а также для модификации других
клеев, в частности, клеев типа резинового.
Однако имеются некоторые непреодолимые трудности в исполь
зовании полиуретанов в качестве клеев для металлов. Изоцианаты,
будучи чрезвычайно реакционноспособными, требуют при работе
с ними соблюдения мер предосторожности. Необходимо избегать при¬
косновения к ним незащищенными руками и вдыхания выделяемых'
паров. Изоцианаты очень чувствительны к влаге и высокогигроско¬
пичны. Иногда во время хранения происходит желатинизация
полиуретана. Присутствие воды или кислот может повлечь за собой
вспенивание полиуретанов.
Эти материалы при правильном проведении полимеризации
характеризуются высокими адгезивными качествами, стойкостью
к многим химикалиям, хорошими- электрическими свойствами и -низ¬
кой горючестью. Испытания, проведенные фирмой Порт Америкэн
Авиэйшн, показали также, что эти материалы могут быть пригод¬
ными как «леи для склеивания металлов в конструкциях, работаю¬
щих при очень низких температурах (например, до —185°).
В США полиуретановые клеи поставляют фирмы Монсанто
Кэмикэл, Армор (Адгезивз дивижн) и Дюпон де Немур.
Полней л о кса новые смолы
Клеи из полисилоксановых смол отличаются от клеев на основе
других термореактивиых смол тем, что они обычно пригодны только
для склеивания друг с другом или с металлами кремнийорганических
каучуков, слоистых пластиков и стекловолокон, пропитанных поли-
силоксаном. Хотя в настоящее время ведутся работы по созданию
теплостойких клеев на основе полисилоксановых смол и эластомеров
для склеивания металлов, но пока такого материала промышленность
не имеет.
Начало исследованиям в области кремнийорганических соедине
ний положил Киплинг со своими сотрудниками, который изучал
интермолекулярную конденсацию силан-диолов. Эта -работа прово¬
дилась главным образом с 1904 по 1912 г. Но только в 1941 г.,
после того как Рохов и Джилиам сообщили о свойствах твердого
полимера, полученного конденсацией силаидиолов с силантриола-
мив промышленности вновь возродился интерес к этим мате¬
риалам.
Химия силиконовых смол, применяемых в клеях, включает при¬
готовление силантриола, из которого приготовляются термореактив-
1 Задача установления важнейших закономерностей получения высокомолеку¬
лярных кремнийорганических соединении (1935—1937 гг.) м разработка техниче¬
ских методов производства кремнийорганических полимеров (в последующие-
годы) была впервые разрешена советскими химиками во главе с К- А. Андриа¬
новым. Таким образом, приоритет в области промышленного синтеза кремний
органических полимеров принадлежит Советскому Союзу. Примечание редактора.
56

ные полимеры. Это происходит в три этана: взаимодействие четы
реххлористого кремния с реактивом Гриньяра и получение ряда
органополнсилоксановых хлоридов (Вейкман 757R); гидролиз хло¬
ридов в силантриол; конденсация, которая дает трехмерную струк¬
туру связей кремний-кислород.
Реактив Вейкмапа 757R, участвующий в этих реакциях, содер¬
жит радикалы алкила или арила либо их сочетания. Практически
клеи из полисилоксановых смол являются смесями частично поли-
меризованных диолов и триолов с соответствующими наполнителя¬
ми, например, двуокисью титана, и катализатором — таким, как
перекись бензоила. Отверждение обычно осуществляется при повы¬
шенных температурах (120—230е). Разработано множество вариан¬
тов полисилоксановых каучуков, ячеистых и пористых эластомеров
и процессов их изготовления, но здесь нет необходимости рассмат¬
ривать их.
Эти материалы вследствие большой стойкости связей Si-О в цеп¬
ной структуре (как в кварце) устойчивы к действию высоких
температур (260—315°) в течение длительных периодов времени.
Практически они в состоянии выдержать и более высокие темпе
ратуры.
Другие термореактивные смолы,
используемые в клеях
Рассмотренные выше термореактивные смолы чаше всего входят
в состав клеев для металлов. В отдельных редких случаях исполь¬
зуются и другие термореактивные материалы. Например, для соеди¬
нения слоистых металлических конструкций в моторах применяются
алкидные и ненасыщенные полиэфирные смолы (в этом случае
обычно используются тонкие листы кремнистой стали). Клей в по¬
добных случаях больше служит для борьбы с вибрацией и дребез¬
жанием во время работы мотора, чем для силового склеивания
листов, а также выполняет функцию электроизоляции между от
дельными листами стали. Глифталевыс смолы, выпускаемые фирмой
Джеперал Электрик, являются примером такого рода материалов.
Имеются сведения об использовании алкидной смолы в каче¬
стве грунтового покрытия при подготовке металлов к склеиванию-
с древесиной. Название «алкид» взято от названия материалов,
используемых в реакции: «алк» от слова «алкоголь» — спирт, «ид»
от слова «эсид» — кислота. Эта реакция является реакцией этери-
фикании. Если применяются полифункциональные реагенты, то про¬
дукт становится термореактивным и представляет собой полиэфир.
Ненасыщенными полиэфирами являются такие, которые содержат
двойные связи углерод углерод.
Фурановые смолы — еще одна группа термореактивных мате¬
риалов, которая редко используется в клеях для металлов. Для
получения этих смол употребляют фурфуральдегид и фурфуриловый
спирт. Фурфуральдегид (или фурфурол) поли мер изуется с помощью
кислых катализаторов в черный твердый продукт, который легко
растрескивается. В полимеризации участвуют двойные связи угле¬
род-углерод пятичленного кольца. Побочных продуктов нет. Процесс
г)7

поликонденсации фурфурилового спирта сходен с процессом конден¬
сации фенолов. Побочным продуктом является вода. Типичный клей
па основе фурановых производных представляет собой «смола Х-2»,
выпускаемая фирмой «Фурановые пластики» (Глендейл, Калифор¬
ния). Комбинация из фурфурилового спирта и алкидных смол была
применена Каузом в качестве клеевого покрытия для металлов. Для
аналогичного назначения Лыоиз .использовал сочетания производных
фураиа с винилом.
§ 8. Термопластичные смолы	'
Термопластичные смолы часто используют при изготовлении
клеев для металлов главным образом вследствие их хорошей адге¬
зии к металлам. Для непосредственного использования в качестве
конструкционных «леев для металлов эти материалы без сочетания
с другими связующими непригодны, так как постоянно находятся
в плавком и растворимом состоянии. Термопластичные смолы полу¬
чают из дифункционалыных молекул, которые при полимеризации
образуют линейные полимеры. Этот полимерный твердый материал
размягчается при нагревании и затвердевает при охлаждении. Ука¬
занный процесс можно возобновлять многократно, если полимер не
будет нагрет выше температуры его разложения.
Поливиниловые смолы
Поливиниловые эфиры. Образование поливинилацетата типично
для всех других виниловых смол. Винилацетат изготовляется реак¬
цией уксусной кислоты с ацетиленом (фиг. 30). Это соединение
О	НПО
/	II;
Н—С=С- Н	Н3С —С	ОН—> С=С-0-С сн3
I
Ацетилен	Уксусная	И
кислота	Мономер нинилацетага
Фиг. 30. Приготовление мономера пинилацетата.
представляет собой жидкость, кипящую приблизительно при 72\
Полимеризация, в которой участвует двойная связь углерод-углерод,
даст линейный полимер (фиг. 31). Механизм полимеризации такого
\
Мономер
пинилацетата Катализатор
н
н и
н
с
С С-
-с-
н
1 Н
1
О
\
0
1
-о -
II
о
1
сн3
сн3
Поливинилацетат
Фиг. 31. Схема получения поливинилацетата.

тина был предметом обширных исследований. Имеются доказатсль-
ства того, что при полимеризации этих материалов происходит
частичное ответвление цепочек и образование поперечных связей.
Полимеры с низким молекулярным весом представляют собой
совершенно мягкие и липкие смолы, которые при достаточно низких
температурах оказываются хрупкими при ударе. Смолы с большим
молекулярным весом более вязки и стойки к нагреву. Полпвинил-
ацетаты проявляют значительную склонность к ползучести, поэтому
их никогда в чистом виде не используют в конструкционных целях,
но очень часто применяют в качестве неконструкционных клеев,
связующих и для покрытий металлов и других материалов.
Рассмотрение структуры молекулы поли винил ацетата позволяет
понять ряд его свойств. На фиг. 31 видно, что к каждому второму
атому углерода присоединен высокополярный радикал ацетата. Так
же как и у фенолов, высокая полярность приводит в данном случае
к хорошей адгезии. Линейная цепь атомов углерода в главной цепи
дает возможность поворачиваться этим боковым полярным группам,
и смола легко электрически ориентируется по отношению к склей
ваемой поверхности. Прочность рассматриваемого полимера, как
и других термопластичных полимеров, достигается в основном за
счет «перепутывания» длинных цепей — линейных макромолекул.
Следовательно, чем выше степень полимеризации, т. е. молекуляр¬
ный вес, тем больше степень переплетения молекулярных цепей
и выше прочность. При нагружении переплетенные молекулярные
цепи могут разъединяться и необратимо перемещаться относительно
друг друга. Этим можно объяснить большую склонность термопла¬
стичных смол к ползучести.
Иногда в клеях для Металлов используются и другие поливини¬
ловые эфиры, в частности, полившшлбутират.
Поливинилацетали редко используются непосредственно как клеи
для металлов, но их применяют для покрытий, особенно R сочетании
с другими смолами. Широко известно применение их в «небьющих-
ся» стеклах, триплексе и прозрачной броне. При оклеивании метал¬
лов поливинилацетали часто используются в составе -клея как
модификаторы термореактивных смол.
Поливинилацетали, из' которых самыми важными являются
политпгиилбутираль и ноливинилформаль, получаются на основе
лоли-мшилацетата. Схемы реакций получения их 'показаны на
фиг. 32.
Поливишвлацетат сначала реагирует с щелочью и образует
поливиниловый спирт, который затем вступает во взаимодействие
с альдегидом и образует соответствующий а деталь. В последней
реакции обычно остается небольшое количество нспрореагировав-
ших гидроксильных групп-—-от 10 до 20%, если рассчитывать
исходя из поливинилового спирта. Это обстоятельство позволяет
поливинилацеталям активно реагировать с фенольными и другими
термореактивными смолами, с которыми они вполне совместимы.
Такие материалы применяют для покрытий консервных банок,
электропроводов и маркировки металлов. Примесь поливииилбути-
59

ральной смолы к термореактивной обеспечивает покрытию улучшен¬
ные. свойства: гибкость, адгезию, сопротивление удару.
Поливинилацсталсвые смолы в виде порошка изготовляют в
США химические компании Монсанто, Бакелит и Шоуинган Про-
дактс.
Полившшлацегат -}
Едкий
натр
Н
С
н
н н
с-с
I и
он
Поливиниловый
спирт
11
С-
I
ОН
+ Уксуснокислый
натрий
Поливиниловый спирт НС
у
Ч
о
ЧС3Н7
Бутиральдегид
и п н н
-с-с-с—с-
н I н (
О-
+ Вода
Н'
.о
хс3п.
Поливиниловый спирт-}- НС
О
Поливипилбутираль
(главная составляющая
бу тарной смолы)
хп
Формальдегид
Н Н
С-С
II |
О
Н"
н
с
н
н
-с—
I
о
Вода
н
Поливинилформаль
(главная составляющая
формварной смолы)
Фиг. 32. Схема получения полнвинилацегалей.
Другие поливиниловые смолы. Поливиниловые эфиры, «стоны,
фенолы, пол и в щ г ид пи р ид н н, поливинилхлорид являются примерами
других поливиниловых смол, которые могут применяться в составе
клеев или покрытий для металлов. Смесь полимеров вшшлметило-
вого эфира и винилэтилового эфира с парафином и битумом при¬
меняется в качестве клея для металлической фольги. Растворы
полившшлизобутилового эфира применяются при склеивании стекла
с металлом.
Свойства клеевых составов с применением поливиниловых смол
могут значительно изменяться в зависимости от выбранной
поливиниловой смолы, ее молекулярного веса (обычно чем выше
молекулярный вес, тем выше предел прочности при растяжении и
стойкость к растворителям), выбранной термореактивной смолы
и пропорций, в которых взяты оба вида смол. При использовании
состава в качестве покрытий его можно подобрать так, чтобы полу
чить либо временные — отслаиваемые — либо постоянные — неот-
слаиваемые прочные покрытия.
60

Акриловые смолы
Самая ранняя из известных работ по акриловым смолам отно¬
сится к 1873 г. В 1880 г. Кальбауму удалось полимеризовать метил-
акрилат. Роом, немецкий химик, в 1901 г. посвятил свою доктор¬
скую диссертацию вопросу получения полимеров из акриловых
эфиров. В 1927 г. была создана фирма Роом и Хааз в Дармштадте
по, производству полиметил акрилата под торговыми названиями
«акрилоид» и «плексигум».
Были исследованы различные методы изготовления мономера
метилакрилата. Схематически процесс приготовления акрилового
эфира можно представить следующим образом:
QHi+'HClO CHsOH—СН8С1
СГВОН—Cl ВС1-- -NaCN CHsOI I CH2—CN
CH2—CH—CN -v CH2=CHCN
I
OH II
Этилен реагирует с хлорноватистой кислотой и дает этиленхлоргид-
рин. Последний вступает во взаимодействие с цианистым натрием,
образуя циангидрин. При отщеплении воды из этиденциаигидрина
остается акрилопитрил, который для получения акриловой кислоты
следует гидролизовать. Циангидрин можно этернфицировать, при¬
меняя серную кислоту в качестве катализатора, и получить акри¬
ловый эфир соответствующего спирта. Если вместо этиленциангид-
рина применить ацетонциангидрин, то получится соответствующий
метакриловый эфир. Применение более высоких кетонов даст дру¬
гие эфиры этого типа. Полимеризация мономеров акриловых
и метакриловых эфиров происходит по типу цепной реакции путем
раскрытия двойных связей валентнонасыщенных молекул мономера
и образования свободных радикалов. Активация мономеров вызы¬
вается действием света, нагреванием или переписными катализато¬
рами, например, такими, как перекись бензоила. Часто применяется
эмульсионная полимеризация. Свойства акриловых эфиров изменя¬
ются с изменением молекулярного веса. По мере повышения моле¬
кулярного веса, т. е. степени полимеризации, материал постепенно
становится все более вязким и упругим. Высокополярпые замещаю¬
щие группы в цепи углерод-углерод придают материалу прекрасные
адгезионные свойства.
Другие термопластичные смолы
Полистирол, полнизобутилен, полиамиды, кумарон-ииденовые
смолы и производные целлюлозы используются в рецептах клеев
для металлов. Применение многих из них ограничено группой клеев,
чувствительных к давлению, и они более детально рассмотрены
в главе III.
Полистирол характеризуется прекрасными электроизоляционны¬
ми свойствами и изготовляется путем реакций, сходных с реакциями
для других полимеров винилового ряда.
(1)
(2)
(3)

Полиамидные смолы, например, найлон,— изготовляются из
двухосновных кислот и диаминов. Этот полимер конденсационного
типа, вода является побочным продуктом реакции его образо¬
вания. Полиамидные смолы, получаемые конденсацией ненасытен- -1
ных жирных кислот с этилендламином, поставляются фирмой Джс-
перал Мн'лз. Такие материалы применяются для водостойких
покрытий. Совместимость полиамидов с многими другими смоло¬
подобными материалами сделала их пригодными в качестве молю
фикаторов как в конструкционных, так и в неконструкционных
клеях.
§ 9. Эластомеры
Эластичные полимеры, иди эластомеры, примером которых слу¬
жат натуральные и синтетические каучуки, часто используются
в качестве основного связующего в клеях для металлов и в каче¬
стве модифицирующих агентов для термореактивных смол в составе
конструкционных клеев. В последнем случае применения они осо¬
бенно ценны тем, что понижают хрупкость клеев на основе феноль¬
ной смолы, повышая ударную вязкость, прочность па изгиб и отдир.
Часто эластомерныс клеи резинового типа не имеют жесткости,
необходимой для применения в силовых конструкциях.
Натуральный каучук характеризуется структурой, образованной
из большого числа молекул изопрена:
СП»^С-СН = СН1
I
I
сн3
Сопряженные двойные связи, т. е. чередующиеся двойные связи,
разделенные одной простой, обеспечивают ненасыщеиность, необхо¬
димую для удлинения цепи реакцией полимеризации в положении 1,4.
Доказано, что полимерная молекула натурального каучука состоит
приблизительно из 1000 изопреновых единиц и обладает следующей
структурой:
СНоС—СНС1Ц(СН„С=- СНСН,)„С1 вс^снсн.,—
■|	‘	“I " I ■
сн,	сн3	сн3
За последние годы химикам удалось синтезировать большое ко
личество каучукоподобных материалов. Некоторые из этих замени¬
телей обладают лучшими свойствами, чем натуральный каучук.
Каучук типа Буна играет большую роль в промышленности. Поли¬
меризация 1,3 бутадиена дает несколько синтетических каучуков
такого же типа:
CIIj=CH—CH=CHs
1,3-бутадиен
Этот ненасыщенный углеводород раньше полимеризовался в при- *
сутствии натрия в качестве катализатора. Отсюда его название
62

w.
«Буна» от начальных слогов слов «бу» — 'гадиен и «на» — трнГц
В настоящее время техника располагает и другими методами поли¬
меризации, в частности, эмульсионным с применением перскиепых
•катализаторов.
Сополвмсриващгя явилась средством получения многих бутадие¬
новых каучуков. Буна N (или пербунан) является сополимером
бутадиена и акрнлонитрпла. Сополимер диена со стиролом дает
■каучук Буна S. Свойства их могут до некоторой степени меняться
с изменением соотношения реагентов.
Бутилкаучуки являются сополимерами диена (например, бута
диены) с олефином (изобутилен). Неопрсновый каучук про¬
дукт, полученный полимеризацией хлоропрена; последний является
в свою очередь продуктом реакции ацетилена и хлористого водо¬
рода.
Полисулъфндные каучуки изготовляются но тетрасульфида нат¬
рия, хлора и отработанных олефиповых газов из креки-нгустановок
и содержат в своей структуре атомы серы. Различные полисульфид-
■ ные каучуки обладают различными свойствами, они могут быть
жидкими или вязкими резиноподобными материалами в зависи¬
мости от недостаточного или избыточного количества полисульфида
в реакторе.
Схема получения этих типичных синтетических каучуков пока¬
зана на фиг. 33. При синтезе буна-каучуков отношение количеств
бутадиена и акрилонитрила (Буна N) или стирола (Буна S) со¬
ставляет чаще всего 4:1.
Полисилоксановыс эластомеры приготовляются способом, сход¬
ным с изготовлением соответствующих смол- который описан ранее.
Основное различие заключается в том, что для получения линей¬
ного полимера применяются не трифункциюнальные, а дифункцио-
нальные реагенты. Применение эластомеров в клеях ограничивается
использованием их при изготовлении клеев с полисиликонозыми смо¬
лами или без них, которые употребляются для склеивания силико¬
новой резины с различными материалами, включая металл (см.,
гл. III).
Свойства натуральных и синтетических каучуков общеизвестны.
Как было указано выше, эти материалы состоят в основном из
длинных молекул, представляющих собой цепочки атомов углерода
с различными замещающими или боковыми группами, которые ока¬
зывают заметное влияние на химические и физические свойства
каучука. Например, чем больше размер или чем более иолярны бо¬
ковые группы, например, —Cl, —CN, тем менее гибкими будут моле
кулы каучука, при этом повысится температура хрупкости. Циклиза¬
ция каучука сильными кислотами приводит к такому же результату.
В данном случае может произойти или возникновение химических
поперечных связей, или перепутывание цепеобразных молекул. При
этом происходит скорее механическое, нежели химическое взаимодей¬
ствие цепей, что мешает свободному движению молекул вокруг звень¬
ев С-С главной цепи и, таким образом, снижает гибкость. Чем силь¬
нее взаимодействие между сложными целями, тем меньше гибкость.
63

I
Некоторая степень такого взаимодействия необходима для обеспе¬
чения прочности и способности растянутых материалов возвра- .
щаться к их первоначальной форме (упругость).
/;СН2С1—CH8CI +«Na — S —S — Na
! II
S S
Дихлорэтан	Те	i расул ьфпд
натрия
( СН2 —CIt2 —S —S —)„ + 2/tN*Cl
II II
s s
Тиокол A
(1) ПолпсульфидиыЛ каучук
СП,	сн8
I '	I
/гС = СН4 + иСН2=-•- С — СН — CH2 ->
I
сн3
Изопрен
Изобутилен
CHS	CHS
[	СН2 —С—СН-СН2 С —СН2]„
сн5
Бутил
(2) Бутилкаучук
лСН2— сн + иСН2=СН — СН — CI 1о - -
CJsJ 1,4-бутадиен
Акрилонитрил
[ — СНг —СН —СН —СН2—СН2 —СН ]„	-
Буна	CN	i
(3) Буна-каучтк
Фиг. 33. Получение некоторых синтетических каучуков, исполь¬
зуемых в клеях.
Поперечное связывание эластомера через непредельные двойные
связи углерод-углерод, часто называемое вулканизацией, обычно
осуществляется реакцией с серой или с соединениями, содержащи¬
ми серу. В главе III эти вопросы рассматриваются более подробно,
, особенно в отношении состава клеев.
64

В дополнение к натуральному и искусственным каучукам, рас¬
смотренным выше, в последнее время было получено несколько спе¬
циальных синтетических эластомеров для использования их в со¬
ставе клеев. Хлоросульфонированный полиэтилен, особенно когда он
смешан с сополимерами бутадиен-акршюниггр ил а, сополимеры бута¬
диена и метакриловых эфиров, сополимеры винилиденхлорида и
акрилониггрила, сложные полимеры бутадиена, акриловой кислоты
и некоторых соединений винила, эфиры полиакриловой кислоты, а
также смеси'этих и различных других эластомерных материалов
представляют фактически неограниченные возможности самого
разнообразного применения их, в частности, в клеевых композициях.
5 Г. Экшгейн

ГЛЛВЛ 111
СОСТАВ И СВОЙСТВА ВАЖНЕЙШИХ
ТИПИЧНЫХ КЛЕЕВ
Выше были кратко рассмотрены основные материалы, главным
образом связующие, используемые в клеях для металлов. Настоя¬
щая глава посвящена применению этих материалов в рецептурах
как конструкционных, так и некопегрукциопных клеев. В ней дают
ся типичные составы и свойства важнейших промышленных клеев.
КОНСТРУКЦИОННЫЕ КЛЕИ
§ 10. Требования, предъявляемые к конструкционным клеям
для склеивания металлов
Было выдвинуто множество условий и требований на разработку
клеев для соединения металлов. Большая часть этих требований
распространяется «а все клеи, предназначаемые для конструкцион¬
ного употребления, но некоторые из них являются специфичными
для клеев, используемых при склеивании металлов. Например, клей
должен быть нейтральным по отношению к металлам, т. е. не вы¬
зывать коррозии и не способствовать ее развитию; отверждение
клея должно происходить без выделения летучих. Последнее осо¬
бенно важно, поскольку металл в отличие хотя бы от древесины не¬
проницаем для летучих веществ, и их выделение неизбежно вызо¬
вет образование в клеевом шве пустот и появление внутренних на¬
пряжений, ослабляющих клеевое соединение. Образование таких
пустот может быть предотвращено или уменьшено за счет большого
давления запрессовки при оклеивании, но это удорожает и услож
ляет процесс склеивания, а в ряде случаев просто невозможно.
Требования, предъявляемые к клеям, можно разделить на две
основные группы: требования к свойствам клеевого соединения в
изделии (прочностные или эксплуатационные) и требования техно¬
логические. И те и другие могут быть сформулированы либо в об
щей форме, качественно, либо более конкретно, с указанием коли¬
чественных характеристик тех или иных параметров.
Идеальным в смысле прочности был бы клей, способный давать
соединения такие же или более прочные, чем склеиваемые мате¬
риалы, при испытании которых разрушение происходило бы цели
ком по материалу. В случае склеивания неметаллический материа
66

лов это требование вполне законно, и на практике очень часто клее¬
вое соединение действительно оказывается более прочным, чем склеи¬
ваемые материалы. Конечно, и при испытании цельнометаллических
клееных образцов и изделий могут быть случаи, когда в первую
«очередь разрушается металл. Однако, принимая во внимание, что
когезионная прочность клея — органического вещества — в отверж¬
денном состоянии уступает прочности металла (то же самое сле¬
дует сказать и об адгезионной прочности), было бы нереально в на¬
стоящее время предъявлять такого рода требования к клеям для
склеивания металлов.
Поэтому некоторые авторы [63] утверждают, что механические
свойства и стабильность клеевого шва должны быть такими, чтобы
клеевое соединение могло выдержать сравнение с заклепочными,
сварными и паяными соединениями. Следует заметить, что здесь
идет речь о начальной, исходной прочности клеевого соединения и
о ес сохраняемости или степени изменения. Последнее весьма важ¬
но, ибо', с одной стороны, оно указывает на большую подвержен¬
ность клеевого соединения влиянию различных физико химических
факторов, чем других соединений, а с другой, — отражает склон¬
ность клеевых соединений к необратимому изменению свойств с те¬
чением времени. Желательно, чтобы достигнутая прочность клеево¬
го соединения как можно дольше не уменьшалась вследствие «ста¬
рения» «лея. Необходимо, чтобы клей обладал, как правило, преж¬
де всего водо- и влагостойкостью, а также стойкостью к действию
ряда других жидкостей, с которыми он может соприкасаться, —
бензина, керосина, минерального масла в т. и. Необходимо, что
бы клен обладал грибостойкостью. Это условие раньше, при при¬
менении клеев растительного и животного происхождения, было
весьма существенным, но теперь при использовании синтетических
смоляных клеев оно, как правило, почти полностью удовле¬
творяется. ’
Часто указывают, что клеевые соединения металлов должны вы¬
держивать разнообразные как постоянные, так и переменные напря¬
жения в течение длительных периодов времени, сохранять работо¬
способность при различных температурах (пределы определяются
конкретными условиями), при воздействии атмосферных факторов
II т. п.
Иногда, основываясь на тех или иных представлениях о меха
иизме клеящего действия, пытаются расшифровать эти требовании
с качественной стороны, детализировать их, переводя их на язык
материаловеда, разрабатывающего клеевые композиции (.см. гла¬
вы II и III). Само собой разумеется, что клеи для металлов долж¬
ны прилипать и приставать к поверхности металлов, что, в частно¬
сти, налагает определенные требования к их полярности, а затем
образовывать прочный, не слишком пластичный и не слишком хруп¬
кий, клеевой слой. Полагают [11], что по химической природе клей,
вероятно, дач жен представлять собой полимер, состоящий из низко¬
молекулярных и высокомолекулярных фракций. Первые обеспечи¬
вают адгезионные свойства клея, а вторые когезионные.
67

Клееной с л of! не должен бы и, Гюлее жестким, чем склеиваемые
металлы, но н.йм’жмшк* преждевременного разрушения из-за концен¬
трации памрнженпи [6J|. Ирм отверждении клея в клеевом соединении
не должны возникать большие внутренние напряжения. Следова¬
тельно, клей должен иметь малую усадку, коэффициенты термиче¬
ского расширения, близкие к коэффициентам термического расшире¬
ния склеиваемых металлов, и не должен, как уже упоминалось,
выделять в большом количестве летучих.
Если перечисленные требования представляют интерес для хи¬
мика или технолога, то 'конструктора и расчетчика они удовлетво¬
рить не могут. Для них несущественно, за счет каких физико-хими¬
ческих явлений достигнута в «лее и клеевом соединении определен¬
ная прочность. Важен уровень этой прочности, притом выраженный
количественным образом. Понятно, что и с точки зрения оценки
различных «леев и приемо-сдаточных испытаний количественные
требования к прочности клеевых соединений представляют немалый
интерес. Показательны в этом отношении требования к клеям для
металлов, выдвинутые Военно-воздушными силами США.
В табл. 7 приведены требования к клеям согласно Техническим
условиям ВВС США Мил-А-8331 1. Эти Технические условия отли¬
чаются от прежних (спецификация AF 14164. см. приложение 1)
тем, что в них исключены требования в отношении результатов испы¬
таний на удар — нерасчетный показатель и на вибрацию при низкой
температуре (как обычно гарантируемые по результатам испыта¬
ний при комнатной температуре).
Согласно сообщению С. Ганторпа и Р. Ногля в 1950 г. Военно-
воздушными силами США были одобрены для применения в авиа¬
ции три клея: сайклвелд, метлбонд и ридакс [33]. В настоящее вре¬
мя большее количество клеев соответствует требованиям указанных
спецификаций, что можно видеть, например, из сопоставления
табл. 7 с табл. 8.
Наряду с прочностными качествами «лея немаловажное значе- •
ние имеют его технологические свойства.
Для склеивания металлов идеальным являлся бы клей, позво¬
ляющий осуществлять склеивание при комнатной температуре и
нюком давлении, например, достаточном только для создания кон¬
такта между склеиваемыми поверхностями, который уже за корот¬
кий промежуток времени давал бы соединение нужной прочности.
К сожалению, пока подавляющее большинство клеев для металлов,
обеспечивающих наиболее прочное соединение, применяется практи¬
чески с подогревом.
Желательно, чтобы метод нанесения клея на склеиваемые поверх¬
ности был простым и производительным. Клей должен позволять ра¬
ботать с ним в цехах с различными температурио влажностными
условиями. Желательно, чтобы «лей допускал модификации процес¬
са склеивания в зависимости от конкретных условий его применения
и назначения.
1 С настоящее время имеются сведения о выпуске новых технических усло¬
вий Мил-А-ГОЭОВ. Примечание редактора.

Таблица 7
Механические свойства клеевых соединений согласно требованиям
Технических условий Военно-воздушных сил США
(спецификация Мил-А-8331) на конструкционные клеи для склеивания
металлов
Определяем ын показа гель
Размер¬
ность
Условии
испытания
Требования
И с и и т а н и я
в и с х о
дном („сухом") со с то
я н и и
Предел прочнос.п! прц
К2-СЛ11
23
±1с
не менее 176
сдвиге
82
±1°
88
—55+1 =
„ 176
Предел выносливости
23+1°
107 циклов
. 46
при сдвиге
Длительная прочность
Щ
23 1 1°
200 час.
„ 112
при сдвиге
82+1е
200 ,
56
н ползучесть при сдвиге
мм
23+1°
200 „
не более 0,50
824 Г
200 ,
. 0,65
Прочность при изгибе
к?
234 i°
не менее 68
И спьгг
а н и я в
„М О К Р о м“
СОСТОЯНИИ
Предел прочности при
сдвиге при 234 1° по¬
сле выдержки в одной
из указанных жидких
сред
Kt.CM-
Опрыскиванне соленой
водой, 30 суток .
Погружение в водопро¬
водную воду, 30 суток
не менее 140
. НО
Погружение в этилен-	„	*	140
гликоль, 7 суюк
Погружение в антифриз, ;	„	„	140
7 су гок
Погружение в жидкую	„	.	140
смесь для гидросистем,
7 суток
Погружение в углеводе-	„	„	110
родное горючее, 7 су¬
ток
Примечая и е. Испытания ведут на образцах в одинарную нахлестку,
склеенных из алюминиевого плакированного сплава 24S-I3 толщиной 1,0 мм.
Размеры образцов: длина нахлестки 12,7 мм (и 9,5 мм для образцов, иду¬
щих на усталостные испытания); ширина образца 25,4 мм\ общая длина
обпазца 190 мм.
Обычно чем длительнее жизнеспособность жидкого клея, тем
лучш°.
Ценным качеством клея является способность его заполнять за¬
зоры между склеиваемыми поверхностями, исключая «нспроклей»,
и давать толстые достаточно прочные и устойчивые клеевые швы.
Отчасти это качество связано с требующимся давлением запрессов¬
ки, о чем упоминалось выше.
69

Таблица 8
Механические свойства клеевых соединений металлов, выполненных
с помощью различных конструкционных клеев
Показатель прочности
Темпера¬
тура в СС
РА-101
Эпон VI
X
о
с
ст>
о
FM-47
Метлбонд
4021
Предел прочности при сдвиге
—54
370
190
183
381
190
233
в кг/см1
23
304
267
225
204
295
315
82
176
88
218
114
232
202
Предел усталости при сдвиге
-54
—.
-
—
72
	,

в кг/см2
23
—
—
—
75
>46
>46
Предел длительной прочности
при сдвиге па базе 200 часов
в кг/см-
23
82
>57
—
218
155
153
85
246
>140
>56
Разрушающая нагрузка при из¬
гибе в кг
23
—
91
79
102
95
106
Работа разрушения при удар¬
ном сдвиге в кгем
—54
23
—
207
193
156
268
276
344
585
Предел прочности при сдвиге
в лгг/сл* после выдержки в
следующих средах:
вода—30 суток
23
279
246
295
202
362
326
соленая вода—30 суток
23
267
218
200
-
290
этиленглнколь—7 суток
23
292
260
211
191
>252
346
антнфрий—7 суток
23
—
268,
218
202
>252
360
гидравлическое масло 7 су¬
ток
23
295
281
281
196
>252
363
жидкое топливо -7 суток
23
300
267
260
190
>252
346
Примечание. Таблица составлена по опубликованным о литературе
данным.
Готовый клей или компоненты клея должны, не портясь, сохра¬
няться достаточно продолжительное время.
Наконец, клей должен быть .минимально -вредным -и не иметь
неприятного запаха.
70

§11. Основные связующие материалы в составе
конструкционных клеев, их свойства и выбор
При составлении рецептуры конструкционного клея химику тре¬
буется в качестве исходного материала вещество, обеспечивающее
клеевому соединению необходимую прочность.
Когезионная прочность клея определяется силами, которые свя¬
зывают атомы и молекулы внутри клеевого шва. Эти силы могут
быть различного рода и разной величины — от слабых вторичных
(силы Ван-дер-Ваальса) до прочных первичных связей. В конструк¬
ционных клеях для металлов когезионные силы являются главным
образом прочными устойчивыми ковалентными связями. Такие пер¬
вичные связи присущи термореактивным смолам. Количество этих
связей и, следовательно, химические » физико-механические свой¬
ства материала изменяются в зависимости от степени полимери¬
зации. С возрастанием молекулярного веса механические свой¬
ства чаще азоепо улучшаются. Присутствие .высокополярных групп,
способных к электрической ориентации и образованию элек¬
трических диполей, вызывает появление вторичных когезионных
сил.
Эти молекулярные электрические диполи также способствуют
получению хорошей адгезии, особенно к полярным поверхностям, на¬
пример, к оксидированным поверхностям металлов, или к легко по¬
ляризуемым. Адгезию можно определить как молекулярную силу
притяжения, которая действует через поверхность контакта между
разнородными материалами. Иногда употребляют понятия о так на¬
зываемой «специфической» и «механической» адгезии. Специфиче¬
ская адгезия не зависит от микрогеометрии склеиваемых поверхно¬
стей и обусловливается активными химическими силами в конечном
счете электрической природы1.
Значительно более слабая механическая адгезия имеет место в
тех случаях, когда клей входит в неровности и поры склеиваемого
материала, затвердевает в них и создает механическое сцепление
клеевой прослойки и соединяемых материалов. При склейке метал¬
лов доминирующую роль играют, повидимому, явления специфиче¬
ской адгезии.
Указанные факторы имеют существенное значение при установ¬
лении класса смол, которые могли бы использоваться в рецептуре
клея, предназначаемого для склеивания металлических конструк¬
ций. Только терморсактивные смолы обеспечивают отвержденному
клею высокую когезионную прочность благодаря поперечным свя
зям, создающим трехмерную структуру. Кроме того, в молекулярной
структуре этих смол имеются многочисленные боковые полярные
группы, примыкающие к основным цепям. Они улучшают адгезион
пые качества клеевой композиции.
1 До настоящего времен® игет единой общеприананнон точки зрения на ауш
лость явлений прилипания и склеивания. Большой вклад в исследование меха¬
низма склеивающего действия внесли советские ученые (Б. В. Дерягин м его
школа), (развивающие «электрическую» теорию адгезии. Примечание редактора.
71

Учитывая это, синтетик приходит « заключению, что термореак-
гивные смолы являются подходящим исходным материалом при из¬
готовлении: конструкционного клея для металлов.
Если от соединения требуется стойкость к ударам и высокое со¬
противленце изгибающим или отдирающим силам, то в клеевую
композицию следует добавить или термопластичную смолу или эла¬
стомер. Полученный продукт после отверждения становится менее
хрупким и более гибким. Например, добавка поливинилбутираля в
фенольный клей может более чем в два раза увеличить прочность
клеевого соединения при испытании та изгиб.
ачо
700
Ц
И
s-e
§§.470
-о
<о
§
280
560
Г1
2~
Смола 100
Каучук 0
90
10
80
20
70
30
60
U0
50.
50'
t 9.3С
вр;а
О
5:
«о j,7г
6,0 &
8
•о
£
Q.
_s
5
20%
-§
§5
Л*
^ 1,86
2
1
95
90 J
I
85 §
й»
80 |
1
75^
Содержание смолы и каучука
6 бесовых частях
Фмг. 34. Прочность при растяжении» 1
и удлинение при разрыве 2 пластика,
состоящего из акрил о-ширильного
каучука Хайкар, фено.ло-форм альде¬
гидной смолы и 100 частей древесной
муки в зависимости от рецептуры.
Смола 100
Каучук 0
90
10
80
20
70
30
60
1*0
50
50
Содержание смолы и каучуки
С весовых частях
Фиг. 35. Ударная вязкость 1 -и твердость 2
пластика1, состоящего из а« ршло-чш три л ь -
того каучука Хайкар, феноло-формаль
цегидной смолы м 100 частей древесной
мук», в зависимости от рецептуры.
Значения ударной вязкости получены ттри
испытании нм изгиб образцов с надрезе*! и
выражены в кгем на I см ширины образца.
Значения твердости выряжены в условны*
единицах.
На фиг. 34 и 35 показаны изменения некоторых механических,
свойств, происходящие при внесении в фенольную смолу акрилони
трилыюго-каучука марки Хайкар 1411. Результаты, представлен-ные
на этих диаграммах, в действительности относятся к формованным
образцам, но они имеют значение и для применения этих продуктов
в качестве клеев. Видно, что в данном случае прочность на растя¬
жение проходит через максимум при содержании эластомера 12%.
Однако такой характер изменения сопротивления разрыву наблю¬
дается не всегда. В общем, имеется тенденция к получению пони¬
женных значений прочности при растяжении и сдвиге и уменьше¬
нию жесткости по мере повышения процентного содержания эласто-
мерного или термопластичного компонента. Неуклонное повышение
ударной вязкости, характеризующей способность материала к по¬
глощению энергии его «энергетическую емкость», связано с уве
72

личелнем деформируемости материма, в частности, удлинении при
разрыве.
Термопластичная смола и эластомеры, добавленные к термореак¬
тивной смоле, по своим функциям подобны пластификатору. Конеч¬
ные результаты одни и те же, а именно — увеличение податливости
.и гибкости полимера. Считают, что прибавление пластификатора к
неотвержденной термореактивной смоле в процессе отверждения
тормозит возникновение поперечных связей между основными моле¬
кулярными цепями. Термореактивная смола, частично скрепленная
поперечными «сшивками», является менее жесткой, чем смола такая
же по химическому составу, но с полностью поперечно связанной
трехмерной структурой.
Помимо сокращения числа образовавшихся в материале первич¬
ных (.ковалентных) связей, пластификатор уменьшает эффективность
вторичных связей простым механическим разделением цепей в про
странстве. Интенсивность дисперсионных сил, в большинстве слу¬
чаев обусловливающих возникновение вторичных связей, как пола¬
гают, является функцией г~с, где г — расстояние между взаимодей¬
ствующими группами атомов. Таким образом, чем больше расстоя¬
ние, на котором должны действовать эти вторичные химические
силы, тем менее прочным и менее жестким будет полимер. Одним
из следствий пластифицирующего эффекта является возрастание
числа функциональных групп, наличие которых благоприятно ска¬
зывается на адгезии. Увеличение количества функциональных групп
в клеевом материале приводит к увеличению количества их связей
с различными «активными» группами атомов материала соединяе¬
мых элементов. Наоборот, взаимодействие между функциональными
группами внутри клеевой композиции повышает когезионную проч¬
ность отвержденного клеевого слоя, но понижает адгезионные свой¬
ства клея.
Если при варьировании' рода и соотношения основных компонен¬
тов клея получается продукт, который в отвержденном состоянии от¬
личается очень малой жесткостью, то возникает опасность, что
клеевое соединение, выполненное на этом клее, покажет низкую
прочность при сдвиге, отрыве и чрезмерно высокую ползучесть под
нагрузкой. Поэтому синтетик при- установлении рецептуры клея,
пригодного для использования в силовых конструкциях, должен
очень тщательно назначать количество вводимых в состав клея
термопластичных смол или эластомеров.
Недостаток термопластичных смол и эластомеров заключается в
том, что. они не обладают теплостойкостью, свойственной термореак¬
тивным смолам. В отличие от термореактивных материалов у них
основные цепи связываются между собой вторичными силами — си¬
лами Ваи-дер-Ваальса или водородными связями. Эти связи значи-
‘ тельно слабее первичных — ковалентных, например, связей С-С и,
следовательно, гораздо легче нарушаются при нагревании. Чем
больше количество эластомера и термопластичной смолы, добавляе¬
мых к термореактивной смоле, тем ниже будет теплостойкость
окончательного продукта.
73

Примером практического использования указанных принципов
подбора связующих в клеевой композиции может служить «лей
марки «ридакс», разработанный в Англии фирмой Аэро Рисэрч.
Склеиваемые элементы покрывают слоем жидкой терморсактивной
фенольной смолы. Затем наносят слой порошка термопластичной
смолы — поливинилформаля. После этого соединяемые элементы
собирают и подвергают давлению и нагреву. Получаемые клеевые
соединения имеют более высокие прочностные показатели при испы¬
тании на удар, изгиб, отдир или усталость при вибрации, чем соеди¬
нения, изготовленные с помощью клея, содержащего в качестве свя¬
зующего одну фенольную смолу.
Другим типичным конструкционным клеем той же категории, яв¬
ляется клей марки РА-101, выпускаемый фирмой Блюмингдейл Раб-
бер. Этот клей тоже состоит из двух частей. В его рецептуру входит
смесь акрилонитрильного каучука (Хайкар) и фенольной смолы —
основных клеевых материалов —- с различными добавками. Одна
часть клея — жидкая — представляет собой раствор эластомера с
взвешенными в нем частицами газовой сажи, служащей в клее актив¬
ным наполнителем или усилителем. В этот состав введен также от-
вердитель. Вторая часть клея — порошок смеси сухой фенольной
смолы с серой (вулканизующим средством) и ускорителем вулка¬
низации.
Непосредственно перед употреблением 12,8 весовых части фе¬
нольного порошка смешивают с 100 весовыми частями раствора
каучука. Смесь наносят пульверизатором или кистью на чистые по¬
верхности склеиваемых металлов. Растворитель удаляют кратковре¬
менной сушкой на воздухе. После этого производят сборку, и клей
отверждается при температуре от 93 до 149° (с соответственно раз¬
личной продолжительностью выдержки) под давлением от 3,5 до
14 кг!см2.
Полученные таким образом соединения имеют показатели проч¬
ности при испытании на сдвиг, изгиб и усталость (см. табл. 8), да¬
леко превосходящие требования Военно-воздушных сил США к
клеям для металлов. Прочность на сдвиг при комнатной темпера¬
туре и при —56° превышает 280 кг/см2. При испытаниях образца на
изгиб по принятой методике (см. § 26) часто никакого разрушения
в соединении не происходит, хотя металлический образец прогибает¬
ся и проскальзывает между опорами приспособления.
Разделение клеевого состава на две части необходимо в рассмат¬
риваемом случае для того,.чтобы увеличить срок его хранения. По¬
сле нанесения клея на склеиваемые детали нельзя допускать за¬
держки со сборкой и отверждением клея в соединении.
Как и следует ожидать, в случае применения клея, содержа¬
щего большой процент эластомерного компонента, соединения ста¬
новятся опасно слабыми, когда толщина клеевого шва превышает
0,13 мм.
Имеются и другие клеи, основанные на сочетании фенольных
смол и иных связующих. Перечень наиболее важных клеев такого
вода, выпускаемых в промышленных масштабах, приведен в табл. 9.
74

Краткий обзор истории развития клеев на фенольной основе дай
и § 14.
ТаЯлица 9
Конструкционные клеи на основе сочетания фенольной смолы
с другими связующими
Марка клея
Основные компоненты
Фирма-изготовитель
1
2
3
Ридакс
Фенольная
смола
Полишшил-
формаль
—
Аэро Рисэрч
РА-101
То же
Акрилонит-
рнльный
каучук
-
Блюминг дейл
Раббер
Сайклвелд С-6
Найлон
—
Крайслер
Сайклвелд Н-2
»
Иитрильный
каучук
и
Сайклвелд 55-1 OS
■
Поливнпил-
бутираль
—
I»
BJ 16320
„
То же
—
Бакелит
Босшк 7026
и
—
Кемикэл
FM-45, FM-47
’
—
Блюмингдейл
Раббер
Метлбонд MN3C
(жидкий)
*
Неопрен
Найлон
Нармко Рэзннз
энд Коатингз
Метлбонд МСЗС
(пленка)
-
»
Найлоновая
ткань
То же
Пластилок 601
-
Нитрильныи
каучук
—
Г удрич
Пластилок 60S
-
То же
—
Файестоун Раб¬
бер
ОА-29 (теперь
ЕС-1245)
я
—
Миннесота Май-
пн иг
Скотчвелд SL11857
1
• »
—
То же
Армстронг N-199
—
Армстронг Корк
Флинткоут 11575-1.X
*
Флинткоут
Эпоксидные смолы также можно модифицировать совмещающи¬
мися с ними термопластичными или эластомерными веществами
либо их комбинациями. Были проведены широкие исследования сме¬
сей эпоксидных смол с пол «сульфидными каучука ми тиокол ами —
и поливиниловыми смолами. Во многих исследовательских лабора¬
ториях изучают возможность использования полиамидов как для
придания конструкции эластичности, так и в целях се упрочнения.
Ниже приводится типичная рецептура эпоксиполиамндного клея и
способ его применения.

Необходимо отметиггь, что при отверждении эпоксидной смолы
не образуется никаких побочных продуктов с низким молекулярным
весом, которые следовало бы удалять из клеевого шва. Таким об¬
разом, эги клеи можно отверждать при контактном давлении, т. е.
достаточно лишь собрать склеиваемые детали, приложив их надле¬
жащим образом одну к другой.
Таблица 10
Жизнеспособность клеевой композиции на основе
эпоксидной смолы Эпон 828 в зависимости от рода
примененного отвердителя
Огвсрднтель
Содержание
п %
(к смоле)
Жизнеспо¬
собность
в часах
Диэтилешрнамии
8
0,8
Бензилдичетилачпп
G
4
Днэтилампн
12
6
Пиперидин
6
6
Дидиэндиамид
6
24
Эпоксидные клеи позволяют производить склеивание там, где
применение нагрева .или давления было бы трудным или нежела¬
тельным.
Эпоксидные клеи дают небольшую, порядка нескольких процен¬
тов, усадку при отверждении. Это связано, в частности, с отсутст¬
вием выделения каких-либо летучих веществ при отверждении эпок¬
сидных смол. Малая усадка делает эти материалы особенно подхо¬
дящими в качестве зазорозаполняющих клеев, применяемых там,
где невозможна или экономически нецелесообразна точная подгонка
соединяемых деталей.
Окончательный продукт полимеризации эпоксидных смол обла¬
дает трехмерной структурой, которая содержит С-С и эфирные свя¬
зи. Этим объясняется высокая прочность и химическая стойкость этих
клеевых соединений. Функциональные гидроксильные и эпоксидные
группы достаточно удалены друг от друга в молекулярной решетке,
так что окончательный продукт сохраняет большую степень гибко¬
сти и не является чересчур хрупким. Хорошие адгезионные качества
объясняются высокой полярностью конечного полимера.
Добавки кислоты или ангидридов кислот, например, ангидрида
фталевой кислоты, могут также привести к возникновению попереч¬
ных связей в цепях эпоксидной смолы путем эфиризации гидро¬
ксильных групп. Эти реакции обычно требуют более высоких темпе¬
ратур, чем температуры, применяемые при отверждении композиций
с щелочными огвердмтелями — аминами.
Фенольные и мочевино-формальдегидные смолы также применя¬
ются для отверждения эпоксидных смол. Эти материалы являются
высоко совместимыми благодаря сходству в строении их молекул.

Температура, требуемая при отверждении, — около 175°. В рассмат¬
риваемых случаях 'наблюдается небольшое понижение адгезии, но
тем не мсиее получаются прекрасные клеи и покрытия.
Свойства двух типичных эпоксидных клеев — Эпон VI и
Эпон VIII, выпускаемых в США фирмой Шелл Кэмикэл, приведены
в табл. 8.
Есть сведения, что прочность на изгиб стандартных образцов из
алюминиевого сплава, склеенных эпоксидным клеем внахлестку, мо¬
жет изменяться в два раза в зависимости от того, какой аминовый
отвердитсль был использован. Так, разрушающая нагрузка состав¬
ляла 42,6 кг на образец, когда отвердителем служил диметил-ами-
ноэтиловый спирт, и 94,5 кг, когда отвердителем клея был тетра-
этиленпентам ин.
Делаются попытки изготовить клей из эпоксидной смолы, кото¬
рый не требовал бы введения и тщательного размешивания отвер-
д и тел я непосредственно перед использованием и длительное время
оставался бы годным к употреблению, т. е. обладал достаточным
сроком хранения. Комплексные соединения амина и фтористого бора
(RNH2 : BF3) дали обнадеживающие результаты. Согласно теории
кислот и оснований Льюиса такое соединение является нейтральной
солью. Для функционирования соли в качестве кислоты или осно
вания эту соль следует разложить посредством нагревания. При
использовании соединений моноэтиламина был достигнут срок хра¬
нения эпоксидного клея свыше двух месяцев. Полное отверждение
осуществлялось при температуре 104е.
§ 13. Наполнители и растворители
Начало применения наполнителей в фенольных смолах относит¬
ся к первым работам Бэкеленда. С тех пор наполнители широко
используются при изготовлении пластмасс и клеев. Наполнитель —
это любое вещество, которое при добавлении в смолу дает неодно¬
родную, гетерогенную смесь. Наполнители могут быть или органи¬
ческими, например, древесная мука, мука из ореховой скорлупы,
хлопковые очесы, газовая сажа, графит и т. п., или неорганически¬
ми— асбест, кремнезем, металлические порошки, стекловолокно
и т. п. Наполнители, применяемые в рецептуре клея, могут быть в
виде порошков — алюминий, окись алюминия, сажа, цинковая пыль
и т. п., в виде волокон асбест или в виде текстильных наполни¬
телей — марля, куски мелко нарезанной плотной ткани либо целые
полосы ткани, аз частности-, стеклоткани или нейлоновой ткани.
Материалы, служащие в качестве наполнителей, прежде рас¬
сматривались лишь как «разбавители» основных смол, т. с. как
материалы, уменьшающие их расход и, таким образом, снижающие
1 стоимость готового продукта. В 'настоящее время известно, что на¬
полнители в клеях могут несомненно улучшать механические свой
ства -клеевого соединения. Так же как и в формовочных компози¬
циях пластмасс, наполнители оказывают влияние на физико-меха¬
нические свойства и самого клея и полеченного на его основе кл-ес-
79

вого соединения. От наполнителей зависят следующие характери¬
стики: вязкость клея, усадка клея, модуль упругости отвержденного
клея, коэффициент термического расширения отвержденного клея,
прочность клеевого соединения при ударе, статическая прочность
клеевого соединения, теплостойкость клеевого соединения.
Вязкость клея зависит от многих факторов и в том числе от со¬
держания наполнителей и растворителей. Добавление наполнителя
повышает вязкость, т. с. понижает текучесть, в то время как рас¬
творители оказывают противоположное влияние. Важны как коли¬
чество наполнителя, так и его природа; некоторые наполнители, на¬
пример, порошок слюды, являются особенно эффективными.
Технологические качества клея тесно связаны с его вязкостью.
Высоко вязкие материалы труднее наносить на склеиваемые поверх¬
ности, чем жидкие, которые можно наносить кистью, пульверизатором
и т. п. С другой стороны, более вязкие клеи удобнее для нанесения
на вертикальные или наклонные поверхности. К тому же при рабо¬
те с вязким клеем меньше возможности получить «голодную»
склейку.
Большинство тврмореактивных смол, особенно смол, которые
получаются по механизму конденсации, имеет тенденцию значитель¬
но усаживаться во время отверждения. Эта усадка может вызвать
■большие (напряжения внутри соединения. Добавление наполнителей
значительно уменьшает усадку клея.
При добавлении неорганических наполнителей—материалов с
относительно высоким модулем упругости — к термореактивной смо¬
ле модуль упругости этой смолы в отвержденном состоянии обычно
повышается. Закономерности этого явления довольно сложны.
Модуль упругости характеризует способность клеевого шва к вос¬
приятию и передаче усилий с одной стороны клеевого шва к дру¬
гой — от одного элемента соединения к другому.
В соединении металлов желательно иметь прослойку клея, ко¬
торый обладал бы более низким модулем упругости, чем склеивае
мые элементы. Если при нагружении склеенные, элементы дефор¬
мируются в большей степени, чем клей, тогда высокие сдвигающие
напряжения возникнут на поверхности раздета клей—металл у клее¬
вого соединения, что приведет к понижению прочности, соединения
в целом. На основании анализа прочности соединений внахлестку
было показано, что концентрация напряжения тем выше, чем боль¬
ше отношение модуля упругости «лея к модулю упругости материа¬
ла склеенных элементов (см. главу V). В предельном случае, когда
это отношение равно нулю, т. е. модуль упругости склеиваемого эле¬
мента бесконечно велик по сравнению с модулем упругости клея,
усилие сдвига равномерно распределяется по всей плошади клеевого
соединения.
Модули упругости термореактивных смол всегда выше, чем мо¬
дули упругости термопластичных и эластомерных материалов, но
значительно «иже модулей упругости Металлов. Модули упругости
термореактивных пластмасс редко превышают 0,7X103 кг/см2. У ме¬
таллов они колеблются от ОДХЮ6 до 2,1X106 кг/см*, например,

магниевые сплавы 0,45X10е кг! см2, титановые сплавы ЫХ
XI0е кг/см2, стали от 1,7X10® до 2,1 ХЮ6 кг!см2.
Добавление наполнителей, особенно содержащих стеклоткань,
может повысить модуль упругости клея на основе тер морс акта в н ой
смолы в два-три раза. Этого достаточно для того, чтобы привести к
значительной концентрации напряжений в клеевых соединениях) ра¬
ботающих на сдвиг, особенно если применяется большая длина' на¬
хлестки.
Коэффициенты термического расширения отвержденных термо-
реактивных смол значительно выше (в 5—10 раз), чем коэффициен¬
ты термического расширения оклеиваемых металлов. Если такой
материал применяется как промежуточный клеевой слой между
склеиваемыми элементами, то во время процесса склеивании, когда
он ведется с подогревом, в позже при изменениях температуры
даже при обычных условиях работы изделия, возникают большие
внутренние напряжения. Этих напряжений может быть достаточно,
чтобы вызвать разрушение соединения. Существуют два метода пре¬
дупреждения или ослабления этой тенденции. С одной стороны,
можно прибавлять в клей наполнители — порошки металлов или
их окислов, — для того чтобы понизить коэффициент термического
расширения отвержденного клея. С другой стороны, в клей можно
добавлять термопластичные или эластомерные материалы с целью
снижения хрупкости и повышения эластичности клея в отвержден¬
ном состоянии. Последняя модификация нмее'г также значение с
точки зрения снижения модуля упругости материала клеевого шва.
Добавление 'наполнителей влияет на сопротивляемость отверж¬
денного клея и клеевых соединений воздействию ударных нагрузок.
В термореактивных пластиках сопротивление удару (характеризуе¬
мое в испытаниях на ударный изгиб значением ударной вязкости,
т. е. величиной поглощенной энергии) с добавлением наполнителя
обычно сначала возрастает, достигает максимума и резко падает,
если введено чересчур много наполнителя. Этот максимум чаще все¬
го достигается при отношении наполнителя к смоле, приблизительно
равном 3 : 2. Такая пропорция мало вероятна при составлении ре¬
цептов клеев. Отношение наполнителя к смоле в клеях редко бы¬
вает больше чем 1:1. Таким образом, во всех случаях на практике
введение наполнителей повышает ударную вязкость клеев.
Добавление наполнителей повышает также способность отверж¬
денного клеевого слоя поглощать механические сотрясения и удары,
превращая воспринятую энергию в теплоту. Эго явление иногда на¬
зывают демпфированием. Наполнитель должен иметь высокую проч¬
ность на растяжение, чтобы он мог выдерживать напряжении, вызы¬
ваемые динамическими нагрузками.
Статическая прочность клеевого соединения при нормальной и
повышенных температурах зависит от многих факторов, рассмотрен¬
ных выше, и, следовательно, от типа и количества наполнителей.
Циклические температурные воздействия, особенно когда темпера¬
тура меняется в сравнительно большом интервале, могут привести
к появлению в клеевом шве внутренних трещин, начинающихся у
6 Г. Эпштейн	8]

кромок соединения. Растрескивание происходит, когда клей хруп¬
кий, и его коэффициент термического расширения значительно отли¬
чается (в случае склейки металлов — выше) от коэффициентов тер¬
мического расширения склеиваемых материалов. В результате по¬
лучается слабое шага дефектное соединение.
Теплостойкость 1 и прочность «лея зависят, конечно, и от иных
факторов, не связанных с использованием наполнителей. Главней¬
шим фактором, как уже указывалось выше, является химическая
структура основного связующего.
В табл. 11 показано влияние различных наполнителей на проч¬
ность при сдвиге фенольно-эпоксидного клея при комнатной и повы¬
шенных температурах (клей 422; см. также гл. IV). Как видно из
первой части этой таблицы, на прочностные свойства клеевого со¬
единения, особенно при 260°, заметно влияет природа -наполнителя.
1а6лица 11
Влияние наполнителей на прочность при сдвиге соединений
на фенол ьно-энокендном клее (образцы внахлестку из листового
алюминиевого сплава)
Состав клея: фенольная смола Плнофен 5023—67 частей
эпоксидная смола Эпон 1001	—33 части
отверлитель (дициандиамид) — 6 частей
наполнитель	—от	0 до 100
Наполнитель
1
1
Содержание
в % к смоле
Температура испытания в °С
25 | 260
Предел прочности
при сдвиге в KiiCM2
Алюминиевая пудра
100
153
99
Цинковая пыль
100
128
86
Окись титана
100
134
77
Пмрофмллнтовая глина
100
112
64
Асбест
30
133
96
Алюминиевый порошок
■зо
90
38
Алюминиевая пудра
0
88
56
То же
20
95
60
я
60
130
78
я
100
153
99
Примечание. Данные заимствованы
из доклада
Д. В. Элама
и М. Нэпса (Шелл Диве.юпмент) на конференции предприятий авиацион¬
ной промышленности п Дэйтоне (США) в декабре 1952 г.
1 В понятие «теплостойкость» вкладывают различное содержание. Иногда
пал ji'ir.i термином подразумевают степень стабильное™ какого-либо свойства
и определяют ее сравнением показателей свойств, измеренных при определенной
заданной температуре до теплового воздействия и после н-сго С другой стороны,
указанным термином обозначают степень шмененпэя свойств при переходе от
нормальной температуры к новышешюй. В данном случае термин «теплостой¬
кость» употребляется -именно -в этом смысле. Примечание редактора.
82

I
г
I Мелкодисперсная алюминиевая пудра предпочтительнее алюминие¬
вого порошка с более крупными частицами. Наряду с алюминиевой
. пудрой асбест является хорошим наполнителем для высокопрочных
теплостойких клеев для .металлов. Последняя часть табл. 11 пока¬
зывает 'неуклонный рост прочности клеевого соединения с повыше¬
нием процентного содержания в клее наполнителя ив алюминиевой
пудры. Однако трудность удовлетворительного перемешивания вы¬
соковязких суспензий не дает возможности использовать более
100 частей наполнителя на 100 частей смолы.
Влияние различных 'наполнителей на прочность соединения еще
более ярко иллюстрируется данными табл. 12. В зависимости от вы¬
бранного наполнителя прочность при сдвиге блочных образцов из
алюминиевых сплавов колеблется от 107 до 287 кг/см2 при 23° и от
42 до 275 кг/см2 при 104э.
Таблица 12
Влияние природы наполнителя на прочность при сдвиге соединении
на эпоксидном клее (блочные образцы из алюминиевого сплава)
Состав клея: эпоксидная смола Эпоп RN-34—75 частей
эпоксидная смола Эпон' 1062—25	„
растворитель (глицидпоаллиловый эфир) — 10 частей
наполнитель 10!) частей
огвердитель (триэтиламии)—12,5 части
11аполнлтель
Температура испытания о °С
23 ~	(	104
Предел прочности
при сдвиге в кг/см2
Окись алюминия прокаленная
Сажа газовая
Кремнезем
Цинковая пыль
Лсбесговые волокна короткие (рецептура содер¬
жит 25 частей этого наполнителя)
116
ч
81
141
83
108
42
288
272
157
275
Примечание. Таблица составлена по данным фирмы Шелл Кэми-
кэл. ]23].
Как уже указывалось, наполнители часто применяются в клеях
на основе эпоксидных смол. Типичными клеями этого типа явля¬
ются: Эпон VI и VIII фирмы Шелл Кэмикэл, аральдит фирмы Сиба
, (Нью-Йорк), Армстронг фирмы Армстронг Продактс.
Другие фирмы поставляют смоляные клен без наполнителей, и
потребители могут добавлять наполнители по своему усмотрению.
Примером таких клеев являются смолы: С-8 фирмы Бакелит, С-14
фирмы Крайслер, Эпон-828 фирмы Шелл Кэмикэл, R-313 фирмы
С. Н. Биггс.
6*

При разработке рецептуры «леев для металлов необходимо так¬
же учитывать природу растворителей. С помощью растворителей
регулируют вязкость клеевого раствора. Растворитель следует под¬
бирать такой, чтобы испарение его протекало не слишком быстро и
не слишком медленно. Слишком быстрое испарение, особенно на
грунтовых покрытиях, может привести к уплотненной поверхности,
препятствующей дальнейшему выходу летучих из клеевого слоя.
Очевидно, если сколько-нибудь летучих все же останется в клеевом
слое, то они окажут заметное отрицательное влияние на прочность
соединения. Несомненно, что состав клея, в частности, природа п
количество растворителя и режим склеивания и особенно способ
подсушки клеевого слоя на воздухе и в печи, а также другие техно¬
логические параметры тесно связаны и взаимно друг друга обу¬
словливают.
Иногда решение вопроса находят в применении в рецептуре клея
не одного растворителя, а системы нескольких растворителей с раз¬
личными физико-химическими свойствами.
§ 14. История разработки клеев для металлов
с использованием феноло-формальдегидных смол
Фенольные смолы, или точнее феноло-формальдегидные, получа¬
ются реакцией конденсации фенола с формальдегидом. Впервые эту
реакцию описал Байер в 1872 г. Однако эти материалы оставались
химической диковинкой до 1905 г., когда Бэкеленд, в честь которого
материал назван «бакелит», обнаружил преимущество применения
нагрева и давления во время формования этого материала. Патент
Бэкеленда (патент США 942699, в 1909 г.) является, видимо, пер¬
вым в мире патентом на тармореактивиый смоляной адгезив.
Б 1911 г. Бэкеленд опубликовал статью, в которой рассматривал
природу этих смол « их использование.
На заре своего появления фенольные смолы применялись в ос¬
новном в виде прессовочных материалов и слоистых пластиков.
Использовались они главным образом в электротехнической про¬
мышленности. Это было естественно вследствие высоких изоляцион¬
ных свойств фсноло-формальдсгидных смол. Прочность и сравнитель¬
ная легкость механической обработки указанных материалов явля¬
ются их дополнительными преимуществами. Б 1920 г. в Германии
стали использовать фенольные смолы в лаках, которые, как оказа¬
лось, обладали прекрасной атмосферостойкостью. Позже, с 1929 г.,
лакокрасочная промышленность стала массовым потребителем этих
смол.
Бэкеленд высказал мысль о применении фенольных смол в ка¬
честве клеев в 1909 г., а в 1912 г. он описал несколько случаев та¬
кого применения. Имеется ряд других патентов того времени, в ко¬
торых описывались возможные методы использования фенольных
смол в качестве клеев, предназначенных, в частности, для древе¬
сины. Однако только с 1930 г. фенольные смолы стали широко ис-
84

пользоваться как клеевые материалы в деревообрабатывающей про¬
мышленности
Английская авиационная промышленность одна из первых стала
использовать в крупных масштабах синтетические клеи для соеди¬
нения металлов. Научные работники, например, де-Брюип (в на¬
стоящее время технический директор фирмы Аэро Рисерч), сопоста¬
вили простоту склеивания изделий из древесины с рядом длитель¬
ных и сложных операций, требующихся для склеивания металличе¬
ских конструкций. В 1937 г. научные работники приступили к созда¬
нию клеев для оклеивания металлов, причем особый упор был сде¬
лан на клеи для соединения легких сплавов, которые трудно свари¬
вать и паять. Высокая водо- и грибостойкость фенольных смол по
сравнению с казеиновым клеем, прежде применявшимся п произ¬
водстве фанерных самолетов (еще в 1914 г.), сделала фенольные
смолы отправной точкой в этик изысканиях.
К 1941 г. был разработан клей, названный «ридакс». Опытная
панель обшивки с приклеенными к ней стрингерами была направлена
государственному авиационному заводу для испытания на продоль¬
ное сжатие. Было найдено, что прочность этой панели выше, чем
прочность аналогичной клепаной напели.
Последующие испытания как лабораторные, так и эксплуата
цнонные, «с несомненностью доказали превосходство метода склеи¬
вания перед другими широко распространенными методами крепле¬
ния» Самолеты с элементами, склеенными рида-ксом (крепление
стрингеров к обшивке крыла и фюзеляжа), в настоящее время ле¬
тают во всех частях света при всевозможных климатических усло¬
виях. Де-Брюин, выступая перед инженер а м и - исп ыт а тел ям 11 и кон¬
структорами самолетов фирмы Норт Америкэн Авиэйшн, сообщил,
что ни разу тте было обнаружено разрушения ни в одном из само-
•)
1 Еще в 1912 г. п России Г. С. Петров изобрел синтетический пластик
«карболит» н-н основе фенольной смолы. В последующие годы Г. С. Петровым,
А. Л. Вапшендточ и другими советскими .учеными были проведены .крупные
исследования в области фенопластов щ других полтгонденсяционшлх смол.
В 1939 г. А Г. Забрслданым. М. Т. Романовым и другими был разработан
вариант смоляного «лея (ВИАМ-БЗ) ига фегголо-формальдегилтюй смолы, затвер¬
девающей при комнатной температуре, который нашел широкое применение
в деревянном самолетостроении. Еще раньше бакелитовый лак с -высокой тем¬
пературой полимеризации и плевдчН'Ые клен па основе фенольных смол исполь¬
зовались в производстве фанеры. В настоящее время клеят- из фен-оло-альдегид¬
ных смол применяются в строительном деле.
В 1917 г. Г. С. Петров, А. А Пешсхонов, Г С. Бродский, А. С Файчшгтейн
и др., предложили синтетические «лен типа БФ (БФ 2, БФ 1, БФ 6 и д.р ),
представляющие собой спиртовые растворы модифицированных феноло фо-рмаль
дегодпмх смол. Этн клен .в значительной мере универсальны, некоторые из них
пригодны дли склеивания металлов. Клеевые соединения металлов на клее БФ 2
t близки по свойствам к соединениям на клее ридакс, оДнако последний, поводи¬
мому, более технологичен.
В отечественной практике применяется еще .ряд .клеев (марок Б-10, 88 и др.),
представляющих собой смесь фенольных смол с каучуками или термопластич¬
ными смолами. Примечание редактора.
8 Это утверждение автора является излишне категоричным. Примечание
редакюра
85

летных агрегатов, склеенных ридаксом, даже после длительного сро¬
ка эксплуатации самолетов.
В то же самое время промышленность Соединенных Штатов так¬
же вступила на путь разработки конструкционных клеев для соеди¬
нения металлов. В конце 1941 г., вскоре после опубликования ре¬
зультатов испытания соединений, выполненных клеем ридакс, было
сообщено о клее «сайклвелд», разработанном фирмами Крайслер и
Гудьир Тайе энд Раббер. Металлические конструкции с соедине¬
ниями клеем сайклвелд успешно выдержали вибрационные испы¬
тания и др. Имевшие место разрушения происходили по металлу, а
не по оклейке.
В сущности история создания этого клея датируется 1938 годом,
когда изолирующие материалы стали приклеивать к .крышам кузо¬
вов автомобилей. В 1940 г. улучшенный вариант этого клея был ис¬
пользован в покрытиях чемоданов, а также для кожухов вентилято¬
ров п частей предохранительных сеток в пассажирских железнодо¬
рожных вагонах. К 1941 г. клей сайклвелд был достаточно разра¬
ботан для использования его в самолетных конструкциях.
Вскоре было объявлено о появлении других клеев на основе
фенольных смол. Клей метлбонд, разработанный Хавенсом (фирма
Консолидейтид Валти Эйркрафт), оказался одним из лучших для
склеивания металлов в конструкциях самолета.
В литературе были опубликованы сведения о том, что прибли¬
зительно 500 м2, т. е. больше 'Д внешней поверхности бомбардиров¬
щика В-36, представляет собой сборные панели, склеенные с эле¬
ментами жесткости клеем метлбонд. Применение метлбонд, как и
сайклвелд, для соединения магниевых сплавов стимулировало про¬
мышленное применение этого легкого металла.
Совсем недавно появились другие конструкционные клеи для ме¬
таллов с феноло-формальдегидными смолами в качестве ооновных
компонентов. К, ним относятся клеи: пластилок (фирма Гудрич),
плиобонд (фирма Гудьир), FM-47 (фирма Б.чумингдейл Раббер) и
GA-29 (фирма Миннесота Маннинг), а также .многие другие.
За последние несколько лет были достигнуты значительные успе¬
хи в разработке теплостойких конструкционных клеев для металлов
(см. главу IV). Эти клеи должны быть .пригодны для эксплуатации
при температурах около 250°. Одним и'з основных связующих в
этик клеях обычно являются также фенольные смолы.
Состав 422 был разработан фирмой Шелл Дивслопмснг под
руководством Д. В. Элама и при содействии Военно-воздушных сил
США. Два интересных теплостойких клея были в течение 1952—
1953 гг. разработаны Г. Эпштейном и сотрудниками в Порт Амери¬
кан Авиэйшн.
НЕКОНСТРУКЦИОННЫЕ КЛЕИ
В качестве главных связующих компонентов нсконструкцисяшых
клеев обычно служат термопластич-ные и эластомерные материалы.
Клеи, чувствительные к давлению (липкие ленты), и цементирую¬
щие составы общего назначения также можно включить в катёго-

рию неконструкцнонных клеев. При составлении рецептуры клеев
используют шеллак, шеллак-креозот, воск, вар, канифоль, казеин,
гуммиарабик, силикаты и множество других натуральных и синте¬
тических материалов. Однако все эти клеи не имеют большого про¬
мышленного значения и в дальнейшем не разбираются.
§ 15. Клеи из термопластичных смол
Поливиниланетат применяется во многих видах в иеконструк-
ционных ктеях для склеивания .металлов с другими материалами и
металлами. Латунь с латунью или со слюдой склеивали бумагой,
покрытой поливинилацетатом, применяя нагрев до 95—150° и дав¬
ление от 22 до 70 кг/см3. Водные эмульсии, растворы и порошки —
другие возможные виды этого клея. В случае склеивания стали вод¬
ной эмульсией поливинил ацетата («Эльвацетат» 81-900) была до¬
стигнута прочность на сдвиг порядка 175 кг!см2.
Поливинилацетатные адгезивы использовались как связующие в
порошковой'металлургии и в полиграфической промышленности при
изготовлении специальных сортов туши. В одном немецком патенте
описывается использование ноливин'илацетатной смолы в качестве
■клея для наклеивания абразивных материалов на стальные диски.
Часто растворы поливипилацетага наносятся кистью или пуль¬
веризатором в виде покрытий, защищающих металл от коррозии, и
для улучшения адгезионных свойств отделочных покрытий. Такие
покрытия применялись в комбинации с луженой сталью в консерв¬
ных банках.
Большое .внимание уделяют поливинилацетатам при склеивании
металла со стеклом. Прочность полученных соединений весьма вы¬
сокая. Нередко наблюдались случаи, когда при отрыве металла от
стекла из последнего вырывались куски конхоидальной формы.
Отверждение клеевых швов, в которых в качестве клея приме¬
няются Поливинилацетатные смолы, обычно требует нагрева до тем¬
пературы 95	150е	и	соответствующего	давления. Имеются сведения
о способах повышения прочности таких соединений. Эти способы за¬
ключаются в добавлении небольшого количества цинка или хлори¬
стого ойова и таишша (6% ио вес>). Добавление некоторых соедине¬
ний хрома, диметилолмочевины или гликоля повышает стойкость
к воле.
В табл. 13 приведены некоторые результаты испытаний, полу¬
ченные Национальным консультативным комитетом по авиации.
Клеевой раствор, использованный при этом исследовании, состоял -из
20 вес. частей смолы полнвинилацетата АУЛ (фирмы Карбайд энд
Карбон Кэмикэлз) и 80 вес. частей ацетона. Образцы высушивались
* в печи, а затем отверждались нагревом при 120° в течение 2 час.
под давлением 0,2 кг,!см3. Поливинилхлорид слишком мало раство¬
рим для возможности использования его в качестве клея, если он
не сополпмеризуется с другими виниловыми мономерами. Сополиме¬
ры винилхлорида и винил ацетата, растворенные в кетонах или эфи¬
рах, применялись для склеивания виниловых пластиков с металлом
87

Таблица 13
Прочность соединений нержавеющей стали и дуралюмина клеем на основе
поливинилацетата
Материал
Показатель
нержаве¬
ющая
сталь
дуралю-
МИН
24Г.Т
Форма и размеры образца
Предел rip >чности при
сдвиге В К2!СМг
208
250
Двухсторонняя нахлестка дли¬
ной 25,4 мм. Толщина всех пла¬
стинок 2,54 мм (толщина средней
пласгпнкн нз дуралюмина 5,08 мм)
11редел прочности при
отрыве в ат/с.и2
253
230
Цилиндрические образцы встык,
площадь склеивания 645 мм*
Ударная вязкость
в кгс.«\
при сдвиге (удар по
кромке образца)
—
2,4
Одинарная нахлестка длиной
12,7 мл, шириной 12,7 мм. Тол¬
щина материала 2,54 мм
при изгибе (удар по' —
плоскости образца)
1
0,9
,
Примечания. 1. Температура испытания комнатная.
2. Испытания на удар производились на копре Шарим.
н в качестве клеев общего назначения. В ряде клеев с производными
винила сочетаются синтетические каучуки, например, хлорированные
или акрил он итрильные. Иногда добавляют также небольшие количе¬
ства фенольной смолы.
Акриловые смолы в качестве клеев для металлов применялись •
редко. Полиэтилакрилат использовался для приклеивания бумаги
и ткапи к металлам. Сополимеры акриловых эфиров с виниловыми
эфирами считают подходящими для приклейки всевозможных мате¬
риалов к металлам. Недавно были опубликованы сведения об
использовании полиакриловых смол для склеивания металлов; эти
смолы могут быть пригодными для конструкционного применения.
Сополимеры метакрилата с мстакриловой кислотой брались в смеси
с различным стекловолокном или диаточптовой землей. Были полу¬
чены значения прочности клеевых соединений на сдвиг при растя¬
жении. превосходящие правительственные минимальные требования
(см. табл. 7). Эту высокую -прочность можно объяснить наличием
в клее большого числа полярных карбоксильных групп.
Изучалась возможность использования в качестве клеев акрило¬
вых эфиров в комбинации с алкидиыми смолами. Технологические
трудности, короткая жизнеспособность этих клеев и более высокие
свойства других имеющихся -клеев побудили прекратить эти иссле¬
дования.
Нитроцеллюлоза, применяемая как клен для металлов, обеспечи¬
вает прочность на сдвиг 111 кг/см- для нержавеющей стали и
95 кг/см2 для дуралюмина при испытании образцов с двухсторонней
нахлесткой длиной 25,4 мм. Прочность при растяжении для соеди-
88

нения встык площадью склеивания 6,45 см- составляет 153 кг!см2 для
нержавеющей стали и 210 кг/см'1 для дуралюмииа. Клей на основе
нитроцеллюлозы, по данным Менгсра (патент США 1798097,
1931 .г.), пригоден также для склеивания кожи или древесного
шпона с железом и алюминием. Модифицированный пастообразный
клеи на основе нитрата целлюлозы использовался для склеивания
алюминиевой фольги с пробкой. Хозяйственный «Дукоцемснт»
(патент США 2223575, 1940 г.) фирмы Дюпон оказался подходя¬
щим для приклеивания к металлам проволочных тензодатчиков со¬
противления с бумажной основой, особенно для применения при
низких температурах.
Полистирол использовался в качестве связующих для порошко
пых магнитных стержней в телефонных катушках. Скотт описал
(канадский патент 420595) применение стирола в клеевом соедине¬
нии керамических частей с металлическими вкладышами электро-
фиттингов.
Псшиизобутилен и и и д о и к у м а ро-н о в ы е смолы особенно широко
используются как клеи, чувствительные к давлению, главным обра¬
зом тогда, когда применяются с подкрепляющим материалом, т. е.
в виде чувствительных к давлению клейких или «липких» пленок.
Их можно накладывать на различные металлические и неметалличе¬
ские поверхности простым прижиманием пальцами. Конечно,
клеевые соединения на таких смолах вполне справедливо не счита¬
ются прочными. Инденкумароновые смолы привлекают своими
свойствами! липкости., особенно если они гидрированы перед введе¬
нием в состав клея. Полиизобутиленовая смола сообщает необхо¬
димую когезионную прочность чувствительному к давлению клею,
который часто модифицируют добавлением в его состав небольшого
количества цнклизованного каучука.
§ 16. Клеи из эластомериых ма!ериалов
Многие из клеев общего назначения, применяемые и в случаях
нсконструкцнонной склейки, содержат в своем составе в качестве
основного компонента синтетический или натуральный каучук. Опуб¬
ликовано немало печатных работ с описанием этих материалов и
клеев. Поэтому в настоящем разделе будем касаться главным обра¬
зом общих понятий, делая основной упор на принципы и наглядные
примеры. Лучшие клен на основе каучука получают смешением
каучука с вулканизаторами, ускорителями и наполнителями в соот¬
ветствующей системе растворителей. Иногда также добавляются
пластификаторы и стабилизаторы.
Методы приготовления смесей могут быть различными: от сме¬
шения на вальцах, применяющихся для производства резины, до
1 простого размешивания в целях получения раствора в избранных
растворителях. Обычно во время этой операции добавляются вулка¬
низаторы, пигменты и наполнители1. Пластикация на вальцах осо¬
бенно желательна для разрушения эластомеров с высоким молеку¬
лярным весом и ускорения дальнейшего 'растворения. Вальцевание
89

также применяется с целью хорошего смешения ингредиентов клея.
Например, в 1939 г. Риней (английский патент 498 737) описал
клей для склеивания каучука с металлом, приготовленный смеше¬
нием на вальцах ряда ингредиентов: каучука, солей сильных кислот
и слабых кислот, например, уксусной кислоты.
Вальцы для каучука представляют собой два стальных валка,
вращающихся с различными скоростями в противоположных на¬
правлениях. так что каучук, помещенный между валками, подвер¬
гается действию больших сил сдвига. Валки по желанию могут
нагреваться или охлаждаться.
Если нужно приготовить клей, состоящий из эластомерных или
тсрморсактивпых материалов, например, фенольных смол, то имеет¬
ся два основных метода с использованием вальцевания. В первом
случае все ингредиенты можно смешивать на вальцах, причем
фенольная смола предпочтительно в виде порошка добавляется
после того, как эластомер вальцевался в течение короткого времени.
Во втором — эластомер подвергается вальцеванию с добавлением
вулканизаторов и- наполнителей или без них, а затем растворяется
в растворе фенольной смолы. Если вальцевание проходило без до¬
бавления наполнителей и модификаторов, то их можно добавить
в это время.
К другим методам смешения относится использование месильных
машин, похожих на машины, применяемые в пекарнях, смесителей
типа пахталки, шаровых мельниц и краскотерок. Последние 'особен¬
но подходят для перемешивания и смешивания жидкостей.
Наполнители, вулканизаторы
и. другие модификаторы
О значении наполнителей в клеях уже говорилось выше. Они
являются не только разбавителями связующего клея и усилителями,
как, например, газовай сажа, служащая для улучшения абразивной
стойкости резиновых шин, но могут выполнять и другие полезные
функции. Часто благодаря их влиянию повышается стойкость клеев
к жидкому топливу. Обычно же значительно снижается липкость
и тем самым улучшаются технологические свойства материала. По¬
вышенная вязкость, являющаяся результатом введения наполните¬
лей, особенно волокнистых вроде асбеста, позволяет, если жела¬
тельно, наносить более толстые слои клея.
Так же как и в клеях из терморсактивной смолы, свойства клеев
на основе эластомеров могут изменяться в зависимости от исполь¬
зованного наполнителя. Канальные, или «твердые», газовые сажи
дают более прочные и обычно более липкие клен. Однако такие
клеевые составы-— цементы очень склонны к желатинизации во
время хранения.
Ацетиленовые сажи применяются редко, за исключением слу¬
чаев, -когда от клеевого слоя требуется электропроводимость. Мяг¬
кие сажи дают тонкие цементы, которые удобны для нанесения их
кистью или окунанием. Эти цементы Очень устойчивы. В качестве
наполнителя часто используются глины, силикат кальция, например,
90

Силен EF фирмы Питтсбург Плэйт Гласс, и окиси металлов, таких
как железо, титан, хром. Окиси металлов дают довольно стойкие
клеевые композиции п по сравнению с другими наполнителями в
меньшей мерс снижают липкость.
Натуральный и синтетический каучуки можно вулканизировать
некоторыми: химическими агентами. Хотя имеются разногласия во
взглядах, тем не менее считают, что механизм вулканизации подо¬
бен механизму отверждения термореактивных смол, т. е. что в обоих
процессах происходит поперечное сшивание цепей. Наличие двой¬
ных связей С-С в эластомере или каучуке делает возможным свя¬
зывание полимерных целей. Двухвалентная сера может реагировать
через эти двойные связи и вызывать поперечное сшивание каучука.
Кроме серы, вулканизацию могут осуществлять другие химикалии,
например, меркаптаны, ароматические амины, некоторые реактивы
Гриньяра и перекиси. Перекиси особенно полезны в стойких
к жидкому горючему цементах, основанных па полисульфидных —
тиоколовых —■ каучуках.
Вулканизация не всегда обязательна в приготовлении «леев
с натуральными или синтетическими каучуками. Певулканизующийся
клей имеет более длительный срок храненйя, чем вулканизующийся
клей того же состава. Однако, поскольку вулканизация улучшает
свойства каучука, она также оказывает благоприятное воздействие на
соответствующие клеи. Дельмоунт дает перечень многих рецептов
для обоих типов клеев на основе каучука [10].
Часто вместе с вулканизаторами в состав клея вводится один
или несколько ускорителей. Они выполняют функцию катализато¬
ров при вулканизации, т. е. ускоряют реакцию. Катализатораmji
являются некоторые вещества, содержащие серу или азот, напри¬
мер, сероуглерод, меркаптотиазол, амины, ксантагенаты. Имеются
также и фирменные материалы, такие, как каптакс, таудз и бутил 8
(фирмы Бандербилт, Нью-Йорк). Многие ускорители требуют акти¬
вации такими материалами, как окись цинка и жирные кислоты,
например, стеариновая кислота. Жирные кислоты сильно понижают
клейкость, и поэтому, поскольку они не играют большой роли в вул¬
канизации, их стараются избегать. Бензойная кислота, которую часто
вводят взамен жирных кислот, имеет еще то преимущество, что она
одновременно служит стабилизатором.
Стабилизирующие агенты — это вещества, которые задерживают
желатиниаацию клеев на основе каучука. Примером являются неко¬
торые кислоты (бензойная, молочная) и хлорированные эфиры.
Стабилизатор повышает стойкость клеевой смеси к теплу, свету или
химическому разложению. Клеи «а основе каучука, соответственно
приготовленные и имеющие в своем составе наполнители (мине¬
ральные или- из мягкой сажи) или органические мягчители, обычно
ие нуждаются в стабилизации.
Мягчители — это органические материалы, которые в процессе
приготовления клея способствуют повышению дисперсности- напол¬
нителей п значительно увеличивают гибкость слоя вулканизованного
клея. Если желательно придать клею большую мягкость, то нсполь-
Oi

зуются синтетические фенольные, алкидные, инденкумароновые —
и естественные смолы. Дибутилфталат, трикрезилфосфат и другие
мягчитсли эфирного типа можно рассматривать как пластифика¬
торы. Они особенно эффективны, когда применяются в сочетании
с синтетическими смолами. Растворители с высокой точкой кипения,
т. е. с низкой летучестью, такие, как бензиловый спирт, ортодихлор¬
бензол и триэтилфосфат, составляют третью группу мягчителей.
Они особенно часто применяются в составе клеев, содержащих
канальную сажу. В ходе отверждения этого клея растворители1
улетучиваются, оставляя непластифицированную лтеику с более
высокой прочностью, чем у пленки, полученной иным образом.
Многие клеи на основе каучука также содержат материалы,
называемые антиокислителями. Они сообщают смеси еще большую
теплостойкость и стойкость к старению. Примером антиокислителей
служат смолы «Эджерайт» и «Эджерайт Д» фирмы Вандербилт,
Нью-Йорк.
Во время или после смешивания эластомеров и модификаторов
обычно добавляют растворители с целью получения раствора, при¬
годного для практических применений. Большинство резиноподоб¬
ных клеев содержит по меньшей мере 25%, а многие свыше 80%
растворителя. Растворитель или система растворителей, если при¬
меняются два или больше растворителей, выступает как дисперсион¬
ная среда, несущая твердые частицы дисперсной фазы и обеспечи¬
вающая осаждение равномерного клеевого слоя. Растворитель
должен не только в равной мере растворять ингредиенты клеевой
смеси, но и обладать соответствующей скоростью испарения. Он
должен испаряться довольно медленно, чтобы было возможно без
затруднений наносить клей на склеиваемые поверхности, особенно
на большие площади. Вместе с тем он должен улетучиться за доста¬
точно короткое время, чтобы после нанесения ктея не понадобилось
затягивать на слишком длительный период времени сборку покры¬
тых клеем элементов. Для осуществления этих двух противополож¬
ных требований часто применяется смесь из двух или нескольких
растворителей с средней или высокой точкой кипения, которая при¬
даст клею достаточную жизнеспособность, а растворители с низкой
точкой кипения способствуют быстрому высыханию.
Липкие клеи
Клеи, которые остаются неизменно липкими и которые, когда их
с соответствующим подкладочным материалом накладывают в виде
пленки, могут закрепляться на месте простым нажатием пальцами,
называются клеями, «чувствительными к давлению»1. Такие клей¬
кие пленки часто накладываются па металлы. Защитные клеевые
пленки применяются для предохранения некоторых мест при
окраске изделия, при химическом покрывании металлом, травлении,
а также для защиты материала или детали при обработке. Чувстви
1 У нас подобные клеи называются обычно «липкими» клеями, «липшими»
или «клейкими» пленками (лентами). Примечание редактора.
92

тельные к давлению клеи иногда применяются для временного
крепления металлических деталей, особенно если они легки но весу
или дополнительно удерживаются механическим путем: фиксирую¬
щими зажимными приспособлениями или средствами разъемного
крепежа и т. п.
Интересно применение липких клеев при отверждении клеев на
каучуковой основе или. термореактивных смол. Целлофановой лип¬
кой пленкой обертывают со всех сторон склеиваемые детали так,
чтобы придать изделию окончательный вид и удержать соединенные
элементы на месте. Затем собранное изделие нагревают для осу¬
ществления отверждения. Во время 'нагревания целлофан дает
усадку, сжимает склеиваемые детали и создаст в клеевом соедине¬
нии требующееся давление. Этот метод приложения давления нашли
очень удобным при креплении резины к металлу в изделиях слож¬
ной конфигурации. При использовании инфракрасных нагреватель¬
ных ламп он успешно применялся для вклейки небольших вклады¬
шей в изделия, слишком громоздкие для помещения их в печь.
Использование липких пленок для приклейки тонкой металличе¬
ской фольги уже было упомянуто ранее в связи с металлическими
ярлыками, например, «Металколз» фирмы С. Н. Сапплан в Кали¬
форнии. Для того чтобы отодрать ленту металколз от алюминиевого
листа (испытание ,по методу стандарта США ASTM Д903-46Т)
требуется сила, равная примерно 1,25 кг на 1 см ширины приклей¬
ки. В настоящее время металлические ярлыки применяются с ана¬
логичной целью вместо толстых металлических фирменных пласти¬
нок на тонких металлических покрытиях, трубах и трубопроводах.
Чувствительные к давлению клеи можно рассматривать нак осо¬
бый класс «леев на основе каучука. Они обычно состоят из
эластомера, смоляного компонента, придающего липкость, мягчи -
тс-ля и иногда наполнителя. Как и в обычных клеях на основе
каучука, эластомер обеспечивает в данном случае прочность сцеп¬
ления и находится в соединении п виде высоковязкой жидкости
(почти в твердом состоянии). .Синтетическая смола, улучшающая
смачивание и прилипание, служит обычно агентом, сообщающим
липкость. Функцией мягчигелей, как и ранее, является повышение
текучести клея. Часто снижение текучести бывает неизбежным вслед¬
ствие добавления наполнителей. Функцией наполнителей является
увеличение жесткости клея. Таким образом, мягчители облегчают
нанесение клеев «а подкладочные материалы, т. е. обеспечивают
возможность изготовления пленочных, чувствительных к давлению
клеев. Многие рецепты клейких пленок и методы их изготовления
описал Дельмоунт [10].
Можно приготовлять липкие клен не только из натуральных
и синтетических эластомеров обычного типа — органических, но
также из полисилоксановых эластомеров. Сохраняя свойства си¬
ликонового каучука, эти ют ей могут быть пригодны для ра¬
боты iB широком температурном диапазоне (от —55 до | 230°).
Примерами таких клеев являются ХС-269 и ХС-271 (фирма Доу
Корнинг).
93

Для получения лучших результатов эти клеи «запекаются» при
повышенных температурах "после нанесения на подкладку. Проч¬
ность на отдир чувствительных к давлению пленочных клеев, нане¬
сенных на нержавеющую сталь, в зависимости от температуры
испытания показана та фиг. 37.
300
Т“ГТ г
Ноглзионное разрушение
по стеклоткани)
% -
-60-00-20 О
20 00 60 ВО 100 120 100 160 180 200 220 200260
Температура испытания 8 °С
Фиг. 37. Прочность на отсл,-ипа i>e ..wu хнх пленок
ХС-269 и ХС 271 от нержавеющей стали при различных
температурах. Прочность при температуре 25а принята
за 100%.
Подложка из стеклткдни толщиной ~ 0,2 мм.
Термообработка клейкой пленки:	ХС 260 — о ъщн. при 122°.
ХС 271 — б мчк при С: .
Пленка паклядыкяегся на сталь при комнатной температуре.
Погонное отрывающее усилие при 2о” ранно 0.235 кг/см.
Применение этих клеев с подложкой из тефлона и других фтор-
замещенных углеводородов в настоящее время рассматривается как
возможное средство удачно соединить эти необычные пластики
с многими металлами и неметаллами.
Универсальные н е к о и с т р у к ц и о н н ы е
клеи на основе каучука
Промышленность выпускает большое количество клеев на
основе каучука, которые могут соединять самые разнообразные
материалы, включая металлы. Обычно эти соединения не имеют
высокой прочности и стойкости к различным жидкостям, но пригод
пы для многих случаев неответственного назначения.
Нсопреновый каучук часто используется как основа для этих
универсальных клеев вместе с соответствующими растворителями —
толуолом, ксилолом, четыреххлористым углеродом и др. Некоторые
клеи также содержат небольшой процент термореактивной смолы,
в частности, фенольной.
Примерами клеев, которые оказались довольно универсальными
по клеящим свойствам н «гибкими» по обращению с ними., явля¬
ются: ЕС-870 « ЕС-847 фирмы Миннесота Маннинг, 6136 фирмы
94

Раббер, 305 фирмы Блумингдейл Раббер, Плиобонд фирмы Гудьир
и Фэепрен фирмы Дюпон де Немур. Все перечисленные клеи отно¬
сятся к разряду универсальных неконструкционных клеев. При
осуществлении соединений с помощью упомянутых клеев обычно
можно использовать любой из указанных ниже методов.
1. «Влажное» или «мягкое» склеивание, при котором детали
с нанесенным на них «леем соединяются друг с другом, когда они
еще липкие, хотя растворитель из клеевой пленки частично уже
улетучился.
2. «Горячее» склеивание, когда детали с полностью высушенным
клеевым покрытием на их поверхности собираются и склеиваются
с применением нагрева и давления.
3. «Реактивизированное» склеивание, при котором высушенные
покрытия реактивизируются смачиванием растворителем или нагре¬
ванием непосредственно перед сборкой соединяемых деталей.
Некоторые типичные показатели свойств клеевых соединений,
которые можно ожидать при использовании универсальных некон-
струкционных клеев на основе эластомеров, приводимые ниже, по¬
лучены на клее 305 (фирма Блумингдейл Раббер):
прочность на отслаивание соединения ткани' с алюминием —
7—9 кг на один сантиметр погонной ширины;
предел прочности при сдвиге соединения алюминия с алюми¬
нием — 70—90 кг/см--,
прочность при сдвиге соединения стали с пластиком «мезони-
том» — разрушение по пластмассе.
Клеи для приклеивания к резине металла
Одним из самых важных назначений клеев па основе каучука
является соединение металлов с различными резиновыми материа¬
лами. Большинство торговых клеев на основе каучука позволяет
осуществлять эти соединения.
Требования к клею для присоединения резины к металлам мож¬
но сформулировать следующим образом:
1) клей должен обеспечить хорошую адгезию к металлу, что
может быть осуществлено при наличии большого количества поляр¬
ных групп;
2) клей должен обеспечить хорошую адгезию к резиновому эле¬
менту — желательно, чтобы в «лее присутствовали группы, которые
могут химически реагировать с резиной, т. е. вулканизующие;
3) клеевой слой в соединении должен обладать достаточной
когезионной прочностью.
В период до второй мировой войны удавалось приклеивать лишь
натуральный каучук к стали или чугуну н только в том случае,
когда применялись специальные меры по подготовке их поверх¬
ности. В начале второй мировой войны вследствие широкого при¬
менения алюминия в промышленности, особенно авиационной,
возникла настоятельная необходимость приклеивать -натуральный
и синтетический каучуки к алюминию. В настоящее время синтети¬
ческие каучуки всех типов можно приклеивать к любым металлам.
Э5

Клеевые соединения должны быть гибкими, а не жесткими, что¬
бы выдерживать вибрацию и деформацию изгиба. Эти: соединения
должны также выдерживать резкие колебания температуры
л удары.
Крепление резины к металлу часто осуществляется способом,
требующим предварительного латунирования металла. На металл
наносится тонкий слой латуни — сплав цинка и меди. Затем во
время вулканизации каучука в контакте с металлом, покрытым
латунью, последняя реагирует в приклеиваемой резине с остаточной
или нспрореагировавшей серой, приводя к образованию соединения
сульфид меди—резина.
Качество покрытия латунью играет большую роль в формиро¬
вании качественного клеевого соединения, осуществляемого этим
способом. Относительная скорость реакции серы, с одной стороны,
с латунью и, с другой, с резиной должна строго контролироваться
с целью получения оптимального клеевого соединения. Немаловаж¬
ное значение имеет количество ускорителя и серы. Некоторые уско¬
рители вредны для клеевого соединения, так как вызывают образо¬
вание сульфида на латуни вместо создания клеевого соединения
с резиной.
Домм (патент США № 2002263. 1935 г.) описывает типичный
пример крепления резины вокруг стальных предметов, таких, как
проволочная ар.мировка в бортах автомобильных шип. Сталь покры¬
вается тонким слоем цинка электролитически или погружением
в расплавленный цинк. Иногда можно применять кадмий, свинец
или олово, хотя лучше всего цинк и кадмий. Из двух последних
материалов цинковое покрытие дешевле и потому применяется
чаще.
При использовании ванны с расплавленным металлом темпера¬
тура его не должна быть настолько высокой, чтобы причинить
ущерб свойствам стальной проволоки или другого покрываемого
предмета. Полученное покрытие должно иметь толщину приблизи¬
тельно 2,5—6,5 мк. Немедленно, после того как предмет вынут из
цинковой ванны, излишек цинка удаляют вытиранием и проволоку
пропускают через разбавленный (около 5%) раствор едкого натра.
Затем проволоку промывают в теплой воде и помещают в ваипу,
где она покрывается медью. Обычно предпочитают процесс циани¬
рования. Слой меди должен иметь толщину около 0,1	0,4 мк.
После промывки и сушки детали готовы к склеиванию с каучуком,
который привулканизовывается непосредственно к цинковому по¬
крытию. Цинк ослабляет или предотвращает коррозию стали,
на которую он наносится, тогда как медь повышает адгезию к кау¬
чуку.
Хотя данный процесс был предназначен для стальных деталей, тем
■не менее его можно применять к изделиям из любого другого ме¬
талла, поверхность которых можно покрывать. Существуют много¬
численные варианты этого процесса. Таким же способом можно
приклеить к латунным поверхностям большинство полимеров, ко'го-
рые реагируют с серой.
■96

Указанный метод широко используски и рези попой промышлен¬
ности. Он усиленно рекомендуется для получения прочных и падеж¬
ных соединений, которые должны выдерживать самые разнообраз¬
ные условия работы изделия.
Во многих случаях необходимость нанесения латунного покрытия
для надежного прикреплении резины к металлу представляет
серьезное неудобство. Все больше нужды промышленности в соеди¬
нениях резины с металлом удовлетворяются с помощью клеев на
основе каучука. Некоторые типичные результаты для обоих методов
приведены в табл. 14. Эти клеи содержат натуральный или синтети¬
ческий каучук как основную составляющую. Обычно их наносят
в виде раствора, как было описано .выше.
Таблица 14
Прочность на отдирание от металла приклеенной резиновой полосы
(по данным Герстенмайера [24])
Отрывающее усилие в кг'.см
Металл
натуральный
каучук
GR-SI
Буна N
неопрен
Сталь SAE 1010, 1020
16,1 (А)
12,5 (А)
8,9 (Б)
12,5 (А,Б)
Закаленная сталь
8.9 (А)
7,1 (Б)
5,3 (Б)
7,3 (А,Б)
Конкий чугун
10,7 (Б)
8/9 (Б)
' 7,1 (Б)
8,9 (Б)
Литая сталь
13,4 (А)
10.7 (А)
7,1 (Б)
7,1 (А,Б)
Чугун
7,1 (Б)
5,3 (Б)
5,3 (Б)
5,3 (Б)
Нержавеющая сталь ти¬
па 303
12,5 (Б)
10,7 (Б)
—
8.9 (Б)
Латунь
14,3 (А)
10,7 (А)
3,6 (Б)
5,3 (Б)
Листовой алюминий
3,9 (Б)
7,1 (Б)
3,6 (Г)
5,3 (Б)
Алюминиевые отливки
7,1 (Б)
5,3 (Б)
3,6 (Г)
5,3 (Б)
Графит
8,9 (В)
5,3 (В)
—
—
Магний
7,1 (Б)
5,3 (Б)
—
—
Титан
8,9 (Б)
7,1 |Б)
—
—
А—процесс креплении (привулканизации) резины к металлу через латунное
покрытие.
С-клей на основе хлорированного каучука.
И—клей на основе цнклизованпого каучука.
Г— кЛей фенольно-каучукового типа.
1) Резина на основе бутаднен-сшролыгого каучука.
л Клеевые соединения резины с металлом, осуществленные методом
испарения растворителей из растворов, содержащих галогенизиро-
ваниый каучук — обычно хлорированный,— стойки к химикалиям
и к старению. Обрызгивание таких соединений соленым раствором
не оказывает иа них вредного действия, и в этом отношении они
7 Г. Эпштейн
97

имеют преимущество перед методом крепления резины посредством
нанесения латунного покрытия и вулканизации.
На фиг. 38 показано строение молекулы хлорированного каучу¬
ка. Хлор пропускается через раствор чистого натурального каучука
—CHCi—cci—сна — сна—сна—cci—сна - а ici —
сн3	сп3
Фиг. 38. Структурная формула хлорированного каучука.
в четыреххлористом углероде. Сначала хлор реагирует с двойными
связями углерод-углерод звена изопрена. Далее хлор замещает
водород в цепи молекулы каучука, выделяя HCI. Когда прекра¬
щается выделение газа, реакция считается законченной. Конечный
продукт представляет собой белый порошок, который обычно при¬
меняется с ароматическими растворителями.
Один из первых клеев этого типа был приготовлен хлорирова¬
нием натурального каучука. Позднее клеи специального назначения
приготовлялись хлорированием различных синтетических каучуков.
Клеи этого типа являются самыми распространенными для соеди¬
нения резины с металлом. Обычно в клеевую композицию добав¬
ляется или неопреповый каучук, или пластификатор для улучшения
эластичности клеевого слоя, который в противном случае получается
хрупким. Натуральный каучук не является полностью совместимым
с хлорированным каучуком, поэтому при склеивании натурального
каучука с металлом необходимо принимать некоторые меры пред¬
осторожности.
Неопрен, Буна N, полнеульфиды и другие синтетические каучуки
часто используются при изготовлении клеев на основе синтетиче¬
ского каучука, 'Предназначаемых для оклеивания резины с метал¬
лом. При склеивании резины из какого-либо синтетического каучука
с металлом обычно рекомендуется применять «цемент» на основе
того же каучука. Принято выбор каучука делать исходя щ особых
свойств того или иного каучука. Например, можно взять каучук
Буна N, если требуется стойкость соединения к маслам. Конечно,
нежелательно применять клей, который не дает соединение', столь
же стойкое к маслам, как склеиваемая резина. Полисульфиды —
тиоколовые каучуки - чаще всего применяются в качестве гермети
ков для баков с жидким топливом в самолетах и других конструк¬
циях. Эгш каучуки широко используются как герметики в виде
пленки для швов фюзеляжа и непроницаемых баков с жидким топ
ливом. Типичными примерами таких клеев являются ЕС-801
и ЕС-1293 (фирма Миннесота Майннпг).
Процесс обработки каучука сильными кислотами называется
«циклизацией» (см. главу II). Прочность соединения клеем на
основе циклизоваиного каучука зависит от степени циклизации
и жесткости отвержденного цемента. Жесткость последнего можно
изменять добавлением в раствор употребленного цемента каучука
или пластификаторов. Часто применяются также усиливающие на¬
полнители и вулканизаторы.
98

Если каучук обрабатывается фенолом или родственными ему
соединениями, например, «резолом, нафтолом и т. п., то происходит
экзотермическая реакция, в результате которой получается продукт,
являющийся прекрасным клеем. Только часть производных фенола
реагирует с каучуком. Остальную часть можно использовать в реак¬
ции с альдегидами, например, с формальдегидом или фурфуролом.
Эта группа клеев весьма подходит для соединения с металлами
резин из синтетического каучука нитрильного типа.
При работе с клеями на основе каучука можно использовать
любой из трех способов:
1) удаление растворителя из клеевого слоя (клеевой .раствор
содержит 20—50% твердых продуктов в соответствующих летучих
растворителях);
2) отверждение после расплавления (клей расплавляется, когда
детали собраны вместе, при нагреве и под давлением);
3) вулканизация (отверждение клея завершается после сборки;
требуется нагрев и .небольшое давление).
КЛБИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
§ 17. Клеи на основе полиуретанов и полисилоксанов
Те же принципы, что рассмотрены выше в случае фенольных
и эпоксидных клеев, остаются в силе при составлении клеев для
металлов на основе других термореактивных смол. Несомненно, чго
в этом отношении полиуретаны и полисплоксапы по значению стоят
на втором месте после фсноло-формальдегидпьгх и эпоксидных смол.
Полиуретан ы. Отверждение полиуретанов может вызывать¬
ся простым нагреванием с добавлением небольших количеств воды,
или кислот, или оснований в качестве катализаторов. Следует избе¬
гать очень сильных оснований, иначе может начаться бурная экзо¬
термическая реакция. Вполне удовлетворительной оказалась добав
ка нескольких процентов N-метилморфолиш.
Клеевые композиции можно составлять с введением растворите¬
лей и без них. Выбор растворителей должен ограничиваться раство¬
рителями, не имеющими активных атомов водорода, которые могли
бы реагировать с полиуретаном. Пригодны растворители из арома¬
тических и хлорированных углеводородов, но ни в коем случае
нельзя брать спирты или альдегиды.
Пока прочность клеевых соединений на полиуретановых клеях
не достигла уровня правительственных требовании США к кон¬
струкционным клеям для металлов (табл. 7). Прочность на отрыв
составляет только 112 кг/см2 при склеивании стали и 56 кг/см- при
оклеивании магния, хотя на дуралюмине 24ST получили значения 1
срытие 140 кг/см2.
1 В Советском Союзе разрабежач отечественный полиуретановый клей марин
ПУ-2. Этот кдрп в случае горячего склеивания (нагрев при температуре 105±.Т
в течение 4 час.) дает п.ри чгагатайии па равномерный оцрыв в комнатных усло¬
виях для соединений как дуралюмина, так и стали предел прочности порядка
200—300 кг/смг. Примечание .редактора.
7*
00

Вероятно, наибольшая потенциальная ценность полиуретанов
«включается н возможности применения их для неконструкциоиного
склеивания благодаря их сродству с очень многими материалами
и способности отверждаться при комнатной температуре, если вве¬
ден соответствующий катализатор. Установлено, что они пригодны
для приклеивания ацетилцеллюлозы, метилметакрилата, .резины,
стекла и многих других материалов к стали, алюминию н другим
металлам. Опубликовано много патентов, где указано, что в резуль¬
тате модификации клеев на основе каучука изоцианатами пли
полиуретанами можно добиться повышения адгезии. Обычно моди¬
фикаторы в количестве нескольких процентов вводят в состав клея
непосредственно перед употреблением. В некоторых случаях можно
добавлять от 20 до 30% модификаторов.
Растворы в бензине полиуретана с катализатором применяют
для склеивания без подогрева материалов, чувствительных к повы¬
шенным температурам, таких, как ацетилцеллюлозы. Тонкий слой
клеевого раствора, нанесенного на склеиваемые поверхности, подсу¬
шивают при обычных атмосферных условиях (для отверждения
имеет значение содержание влаги в воздухе) до тех пор, пока не
испарится растворитель и пленка не станет липкой. Соединяемые
части затем собирают при контактном давлении и оставляют по
крайней мере на 2 часа. Для полного отверждения требуется от 18
до 24 час. Третичные амины оказались особенно подходящими
катализаторами для отверждения при комнатной температуре.
Полисил окса и ы. Полисплоксаповые смолы обычно при¬
меняются в сочетании с полиснлоксановыми эластомерами при
создании клеев для приклеивания силиконовой резины к металличе¬
ским поверхностям. Часто осуществляют крепление металла и с
невулканизованным силиконовым каучуком.
Молекулярное строение полисилоксанов не способствует хорошей
адгезии со всеми металлами, кроме меди. Металл, находясь в со¬
прикосновении с нолисилоксанами1, контактирует только с инертны
ми алкильными или арильными группами. И действительно, сили¬
коновые жидкости плохо смачивают металлические поверхности
и часто применяются как агенты, ослабляющие сцепление. Основные
поставщики кремшгйорганичсских материалов в США — фирмы
Дженерал Электрик и Доу Корнинг — в настоящее время получили
несколько гру-итовок, которые заметно повышают адгезию полиси¬
локсанов к металлам. Поверхности металла обрабатывают раство¬
рами дисиланов. Молекулы дисилаяюв имеют строение R„Si2X (6—п),
где R радикал алкила, X — галоид, ап — целое число от 1 до 4.
Применяют, например, 1%-ный раствор диметнлтстрахлорди-
силапа в толуоле, который наносится кистью на поверхность чистого
стального листа. После нескольких минут воздушной сушки поверх¬
ность промывают водой, чтобы удалить все следы кислоты, которая
могла образоваться *, и тщательно высушивают. П о л ис и л о кс а н о в ы й
1 Имеется в виду соляная кислота, образующаяся в процессе гидролиза
диметдлтетра.хлорднеилаща. Примечание редактора.
100

клей, тит невулканизованный силиконовый каучук, ициин и i им*м им
подготовленную поверхность, далее осуществляют сборку. Г,.нл1
нсние отверждается при нагреве и обычно небольшом да пленим.
Период времени отверждения может быть от нескольких минут До
нескольких часов, в зависимости от применяемого полисилокоана.
Температура отверждения от 120 до 260°.
Клеевые соединения силиконовой резины с металлом являются
теплостойкими, как и сами1 резины, и эластичными при очень низ¬
ких температурах. Прочность соединения нередко лимитируется
прочностью приклеиваемой резины.
Такие соединения часто применяют там, где желательна терми¬
ческая стойкость силиконовой резины, например, в противопожар¬
ных стенках, изолирующих отсеки с двигателями от остальной части
самолета, в местах монтажа приборов, в прокладках и других
случаях.
Клеи на основе полисилоксановых смол, несмотря на их стой
кость к теплу, еще не получили признания как клеи конструкцион¬
ного назначения, включая соединения металлов с металлами1
В настоящее время интенсивные работы в этом направлении про¬
должаются.
§ 18. Конструкционные клеи для изделий,
работающих при очень низких температурах
Весьма ограниченные исследования -были проведены с клеями,
пригодными для работы при очень низких температурах. Испытания
на сдвиг при растяжении склеенных внахлестку образцов из алюми¬
ния. погруженных в жидкий азот, при температуре ■—184° пока¬
зали,’ что клеи метл бонд MN3C (фирма Нармко Рэзинз энд
Коутшггз) и ЛТ-7 (фирма Монсанто Кэмнкл) сохраняют доволь¬
но высокую прочность при низких температурах. Клей АТ-7 яв¬
ляется полиуретановым клеем, который может отверждаться при
комнатной температуре, если применить подходящий 'Катали¬
затор.
Па фиг. 39 показана пленка клея метлбонд В, накладываемая для
заделки отверстий с внешней стороны алюминиевых баков и камер,
которые должны работать под высоким давлением при температу¬
рах ниже —184°.
Исследования в Массачузетском технологическом институте
(США) соединений металлов, выполненных феиольно-ви-ниловьгн
1 В Советском Союзе известен, например, кремненитроглифталевый кле "•
марш 192-Т, разработанный А. II. Крешковым, С. И. Малковым и др на ооиоще
сочетания эфиров ортокремневой нислоты с нитроцеллюлозой я глифталевой
смолой. Этот клей применяется, в частности, для приклейки проволочных теноо-
датчиков. х
Ряд обещающих опытных клеев на основе кремннйоргаяическнх соединений
находится в стадии исследования и опробования. Примечание редактора.
101

клеем BJ-16320 (фирма Бакелит), показали, что последующая вы¬
держка этих соединений при температуре —-240° в жидком гелии
Фит. 39. Применение пленочного клея метлбонд, MN3C для заделки
отверстия в сосуде, предназначенном для работы при температу¬
рах ниже -—li84° и под давлением 10,3 ат.
в течение нескольких часов не оказывает вредного воздействия на
прочность соединения, когда оно затем испытывается при комнат¬
ной температуре.

ГЛЛВЛ IV
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТЕПЛОСТОЙКИЕ КЛЕИ
§ 19. Проблема теплостойкости клеев
Свойства клеев и клеевых соединений, как и воех остальных ма¬
териалов, в большой степени зависят от окружающей температуры.
Па свойствах, связанных с твердостью и жесткостью, например,
пределе прочности при растяжении, повышение температуры, как
правило, отражается очень неблагоприятно. Свойства, связанные
с податливостью, деформируемостью материала клеевого слоя,—
показатели прочности клеевого соединения на отдир, на изгиб или
удар,— могут несколько улучшаться при повышении температуры.
Обычно достигается максимум при некоторой промежуточной тем¬
пературе.
Такие факторы, как разница в коэффициентах термического
расширения склеиваемых материалов и клея, приобретают в клеевом
соединении особенно важное значение при экстремальных значениях
температуры. Возникающие в результате этого внутренние напряже¬
ния могут быть сравнительно большими и достаточными для того,
чтобы вызвать физическое разрушение клеевого шва; разрушение
происходит на поверхности раздела системы клей—склеиваемый
элемент.
При высоких температурах порядка 250° и выше многие мате¬
риалы, включая и пластики, будут разлагаться. Это разложение,
естественно, сопровождается потерей прочности. Из всех имеющих¬
ся в распоряжении материалов на основе синтетических смол только
термореактивные являются наиболее теплостойкими благодаря
поперечносвязанной молекулярной структуре. Поэтому их -приме¬
няют при разработке специальных клеев, пригодных для использо¬
вания при повышенных температурах.
Эти новые клеи предназначаются главным образом для авиа¬
ционной и связанных с нею отраслей промышленности и использу¬
ются в самолетах как с поршневыми, так и реактивными двигате¬
лями, а также в управляемых летающих снарядах.
Вполне естественно, что в данной книге влияние температуры
рассматривается применительно к авиации. В полете внешняя по¬
верхность самолета, его обшивка, благодаря движению нагревается
и приобретает более высокую температуру, чем температура окру-
103

жающего воздуха. Самолет, летящий со скоростью 'Примерно
400 км/час, благодаря трению воздуха в полете развивал бы на
поверхности температуру не выше 65й. Благодаря же наличию тер
мических противообледенительных устройств часто наблюдаются
температуры 75 + 20°. Величина ее зависит от конструкции и распо¬
ложения противообледенительгюй установки.
Большинство конструкционных клеев, применяемых в современ¬
ном самолетостроении, будет сохранять достаточную прочность при:
этих температурах, лишь незначительно ухудшая показатели проч¬
ности клеевых соединений. Однако самолет с реактивным двигате
лсм или высокоскоростной летающий снаряд, имеющий скорость,
соответствующую числу Маха выше единицы подвергся бы более
сильному нагреванию, так как температура его обшивки изменяется
пропорционально квадрату скорости. Подсчитано, что летающий
снаряд, имеющий скорость, равную 2—-3 числам Маха, нагревается
до 260 315°, и полагают, что в ближайшем будущем встретятся
с температурами обшивки порядка 500°.
Джиддингсом (фирма Бристоль Эйрплэйн) в лекции, прочтенной
им в Кембридже (Англия) на летгшх курсах по технологии клеев
на основе синтетических смол, было сделано следующее заявление:
«Самолет, который должен летать со сверхзвуковой скоростью —
при числах Маха больше 1,5, не был бы подходящим объектом для
применения клеевых соединений, сделанных на клее ридакс».
Использование тонких обшивок и конструкций с силовыми об¬
шивками выдвинуло 'Новые повышенные требования к методам
крепления, которым клеи могли бы полностью удовлетворять. В вы¬
сокоскоростной авиации каждый килограмм веса, который возможно
сэкономить, значительно повышает эффективность летательного
аппарата, его радиус действия. В герметизированных отсеках за¬
клепки и выполненные точечной сваркой швы приводят к утечке
воздуха.
К аэродинамике внешних поверхностей самолетов и особенно
управляемых летающих снарядов предъявляются высокие требова¬
ния. В таких случаях для соединения обшивки с подкрепляющими
элементами склеивание является наилучшим методом крепления.
Однако очень часто имеющиеся в продаже и в распоряжении
промышленности клеи не пригодны для данной цели из-за недо¬
статочно высокой теплостойкости и падения механической прочности
при повышенных температурах. Следовательно, нужно создать
такие клеи, которые полностью удовлетворяли бы требованиям,
предъявляемым к клеям, необходимым для производства современ¬
ных летательных аппаратов.
Некоторые из рассматриваемых ниже клеев пригодны для
склеивания изделий, работающих при температурах до 260—315°.
Область применения этих клеев должна ограничиваться конструк¬
циями, где низкая прочность па отдир, присущая клеевым соедине-
1 Числом Маха 'называется отношение скорости движения тела в какой-либо
среде, в данном случае в воздухе, к скорости распрострааения звука в той же
среде. Примечание редактора.
104

ниям на этих клеях, не является решающей. Клеевые соединения не
рекомендуются для деталей, длительно работающих при высоких
температурах, вследствие термического распада клея и резкого паде¬
ния прочности соединения.
Некоторые правительственные учреждения в Соединенных Шта¬
тах Америки получили полномочия по составлению программ
научно-исследовательских работ и программ разработки клеев
в течение последних пяти лет. Эти программы имели целью: опре¬
делить свойства уже имеющихся клеев для металлов при повышен¬
ных температурах — 200е и выше — и разработать новые клеи,
пригодные для склеивания
металлов в конструкциях,
работающих при 200° и
выше. Требования к проч¬
ности обычно составляли
70 кг./см2 при 204° при ис¬
пытании на сдвиг стан¬
дартного образца внахле¬
стку (Технические требо¬
вания Военно-воздушных
сил США Мил-А-8331, см.
табл. 7).
На фиг. 40 и в табл.
15—19 показано измене¬
ние прочности при сдвиге
соединений на различных
клеях для металлов в за¬
висимости от температу¬
ры. Эти клеи обычно не
пользуются в конструкциях, элементы которых находятся в усло¬
виях умеренных температур, чаще всего не выходящих за пределы
диапазона от —50 до 60 или 70°.
В табл. 15 приводятся данные по температурной зависимости
прочности фенольно винилового термореактивного клея FM-47. Этот
клей появился в результате усовершенствования клеев FM-45
и «пликозайт». Он применяется фирмой Гленн Мартин в производ¬
стве самолетов-снарядов В-61А Матадор.
Таблица 15
Прочность на сдвиг при различных температурах клеевых соединений,
выполненных клеем FM-47
50	/00	150	200
Температура испытания в °С
Фиг. 40. Влияние температуры испытания
ша прочность при сдвиге клеевых соедине¬
ний, выполненных эпоксидными клеями
Эпод VI (кривая /) и Эпон VIII (кривая2).
Образцы с свинарной ияхлесткой итготпплеиы из
нержавеющей стали толщиной 0.8 jh.«. Длина на¬
хлестки 12.7 мм.
Температура испытания в °С
-56
24
71
!
1 93
121
119
Предел прочности при сдвиге в кг/см*
182
295
281
. 211
119
49
Примечание. Таблица составлена по данным фирмы Блюмингдэйл
Раббер [25].
В табл. 16—19 приведены подобные данные, полученные в ра¬
боте Эйкнсра, Олсона и Бломквиста и изложенные в Техническом
отчете Национального совещательного комитета по авиации в США
105

[48. В сравнительных условиях были испытаны 14 клеев различных
марок для склеивания металлов, чтобы выяснить поведение клеевых
соединений, выполненных этими «леями, при охлаждении и нагреве.
Испытания велись «а стандартных образцах из алюминиевого
сплава 24ST3 толщиной 1,6 мм с длиной нахлестки 12,7 мм.
Ключ к табл. 16—19, раскрывающий, какие клеи условно обозна
чены той или иной буквой, дан в табл. 38 на стр. 173. В табл. 37
приведены режимы склеивания этими клеями, примененные при
изготовлении опытных образцов в соответствии с рекомендациями
поставщиков клея.
Таблица 16
Изменение предела прочности при сдвиге (в кг'см*) клеевых соединений
некоторых имеющихся в продаже конструкционных клеев в зависимости
от температуры испытания (нагружение немедленно по достижении
требуемой температуры)
Шифр
клея
Температура испытания в °С
—56 |
27
93
177
232
315
А
I
394
214
130
91
67
4,5
В
115
190
134
70
71
10,6
С
108 I
249
160
19
9
3,5
D
116
292
165
4
1,5
1,5
П
243
271
87
18
7
4,5
F
112
166
52
9
5,5
1,5
G
209
108
—
15
6,5
—
11
—
88
—
-
1,5
—
1
—
347
51
—
—
—
J
—
321
269
—
—
—
К
—
227
56
9,5
—
—
L
—
189
13
—
—
—
М
-
233
18
—
—
—
N
228 j
246
106
05
37
8
Режимы теплового воздействия при испытании были различны¬
ми. Одни образцы испытывались при различных температурах,
преимущественно повышенных, непосредственно после достижения
ими заданной температуры. Указанный вид испытания весьма важен
для оценки пригодности клея к использованию его в беспилотных
самолетах-снарядах.
Другие образцы выдерживались при разных температурах испы¬
тания (каждая группа образцов при своей температуре) в течение
суток, после чего они снова испытывались при той же температуре
или при комнатной. Наконец, четвертая серия испытаний заключа¬
лась в выяснении влияния трех циклов замораживания и прогрева
до 204° в течение 21 часа каждый цикл на прочность при разных
106

Таблица 17
Таб шца 18
Изменение предела прочности при
сдвиге (в к?/смг) клеевых соеди¬
нений некоторых конструкцион¬
ных клеев в зависимости от тем¬
пературы испытания (образцы ис¬
пытывались при указанных ниже
температурах после 192-часовой
выдержки при таких же
температурах)
Шифр
Температура испы¬
тания в ° С
клея
71
121
177
232
Л
142
96
78
0
В
—
116
101
1
С
129
103
54
14,5
D
174
129
45
6,5
Е
220
128
40
22,5
F
123
107
40
5,5
G
-
—
44
60,5
N
109
141
104
08
Изменение предела прочности при
сдвиге (в кг/см-) клеевых соеди¬
нений некоторых конструкцион¬
ных клеев в зависимости от тем¬
пературы испытания (образцы ис¬
пытывались при температуре 27°
после выдержки в течение 192 час.
при указанных в таблице
температурах)
Шифр
Температура испы¬
тания в “С
клея
71
121
177
232
Л
173
110
99
0
В
—
100
162
0
с
272
323
349
18
1)
302
332
176
16
Е
108
212
180
85
F
252
310
242
58
G
—
—
229
85
N
263
235
207
25
температурах. Указанные виды
испытаний весьма важны для
оценки пригодности клеев в изде¬
лиях с длительным сроком экс¬
плуатации, в частности, в скорост¬
ных самолетах, пилотируемых лет¬
чиками.
Чтобы клей можно было при¬
менять в изделиях, работающих
при повышенных температурах,
необходимо, чтобы он выдержи¬
вал срезающее напряжение по
меньшей мере в 70 кг/см2 при ра¬
бочих температурах. Это соответ¬
ствует обычно величине п 30—
40% прочности при комнатной
температуре. Представленные дан¬
ные показывают, что исследован¬
ные промышленные клеи не удов¬
летворяют этому требованию.
За последние годы интенсив¬
ные исследовательские работы
привели к получению клеев, кото¬
рые отвечают указанному требо-
Таблица 19
Изменение предела прочности при
сдвиге (в лт/сл'-) Клеевых соеди¬
нений некоторых конструкцион¬
ных клеев в зависимости от тем¬
пературы испытания (образцы
подвергались трем циклам старе¬
ния при температуре 204° в тече¬
ние 21 часа и выдержке при тем¬
пературе —56° в течение 3 час.)
Шифр
клея
Температура
та и ит в
ИСПЫ-
°С
—56
27
204
А
8
14,5
8
В
95
117
78
С
111
178
18
D
53
37
14
Е
128
97
24
F
134
142
15
G
—
251
36
107

ванию н пригодны для эксплуатации при повышенных температурах.
Целевое назначение этих прочных и стойких при повышенных тем¬
пературах клеев — соединение разнообразных силовых п несиловых
детален в реактивных самолетах и самолетах-снарядах. Несомненно,
что эти клеи окажутся пригодными при изготовлении других типов
изделий, выпускаемых автомобильной, железнодорожной, судострои¬
тельной и другими отраслями промышленности.
§ 20. Клей НАЛ «Хай-Темп»
Клеевая композиция на основе феноло-альдегыдной смолы, на¬
званная клеем НАА «Хай-Темп», была разработана автором данной
книги, инженером фирмы Порт Америкэн Авиэйшп. Название клея
складывается из начальных букв наименования фирмы и начальных
слогов английских слов «высокая температура».
Этот клей удовлетворяет существующим требованиям на клеи
для конструкции управляемого летающего снаряда. Выдвинутые
требования к прочности на
сдвиг 70 кг!см2 после '/г-часо-
вой выдержки при 260° были
значительно превышены. Па
фиг. 41 показаны изменения
прочности при сдвиге в записи
мости от температуры испыта¬
ния для этого клея. Заслужи¬
вает внимания то обстоятель¬
ство, что прочность при 260°
приблизительно 105 кг/см2, т. е.
на 50% выше выдвинутого тре¬
бования. Фактически требуемая
прочность 70 кг/см2 превышает¬
ся до тех пор, пока температу¬
ра не достигнет 315'. Таким об¬
разом, клей НАА «Хай-Темп»
пригоден для конструкционных
применений при температурах вплоть до 315°. В табл. 20 приведены
некоторые свойства этих клеевых соединений. Детали и узлы летаю¬
щих снарядов конструируются фирмой в расчете на применение это¬
го клея.
Из табл. 20 видно, что результаты испытаний клея НАА «Хай-
Темп» «а изгиб не отвечают требованиям технических условий ВВС
США, согласно которым образцы клеевых соединений должны
выдерживать нагрузку, равную 68 кг, но соответствуют результатам,
полученным для большей части других теплостойких клеев. Это
отклонение должно быть учтено при составлении технических уело
вий «а теплостойкие конструкционные клеи.
Прочность соединений на клее НАЛ «Хай-Темп» на отднраине
соответствует прочности соединений, полученных на эпоксидных
клеях, например, на клее Эпон VIII, и значительно меньше лроч-
0	100	200	300
Температура испытания в X
Фит. 41. Прочность при сдвиге соедине¬
ний па клее НАА «Хай-Темп» в зависи¬
мости от температуры испытания.
Перед кагружсиием образцы Еьтдсржнвались
при температуре испытания в течение 30 мин.
108

Таблица 20
Механические свойства соединений, выполненных клеем НАЛ «Хай-Темп»
Статический сдвиг при -растяжении.
1. Соединение -плакированного дуралюмииа 24ST3 толщиной 1,6
Температура испытания Предел прочности при сдвиге
в °С	в	кг/с.н2
24	141
260	112	(иногда до	126)
315	70
371	46
2. Соединение нержавеющей стали 17-7 толщиной 0.5 мм.
24	141
260	112	(иногда	до	141)
372	55
3. Соединение нержавеющей стали 18 8 толщиной 0.5 мм.
24	168
260	150
371	51
4- Соединение 'метанового сплава RC-130A толщиной 1,3 мм.
24	134
260	70
о.	Кипячение щ воде в течение 1 часа или погружение в хромосернокислую
оанну на	1	час	при температуре	71—77°	образцов шз	дуралюм-ин-а внахлестку	не
оказывает влияния на прочность	клеевого	соединения	-при сдвиге	при	испытании
в условиях температур 25 или 260°.
6. Нагрев двухкратный но 5 час. каждый цикл i put температуре 260° снизил
прочность образцов при -комнатной температуре на 30%, Образцы, нспытаишые
при 260' после дополнительной получасовой выдержки при этой температуре,
-сохранили 90% от первоначальной прочности при •температуре 260°.
Длительная прочность при сдвиге
Услоння испытания	Результат
Температура Напряжение сдвига	испытания
в °С	в	к?:смг
24	70—77	9 час. без разрушения
260	70—77	То	же
Сдвиг в плоскости склейки
менее 0,66 мм
Статический изгиб
Температура	Результат	испытания
испытания	Наибольшая	нагрузка	Максимальное схегценке
в °С	в	кг	в	мм
24	51	0,6
260	51	1,2
ности соединении, выполненных клеем метлбонд MN3C или ридак-
сом. Она составляет примерно 20% от прочности соединений -на двух
последних клеях. Поэтому клееные изделия в дальнейшем следует
обрабатывать осторожно. Необходимы также конструктивные меры
усиления таких соединений. Интересно, что после выдержки в тече¬
ние 5 час. при температуре 260° прочность при неравномерном
109

отрыве клеевых соединений иа клее НАЛ «Хай-Темп» возросла
почти в три раза, оставаясь, однако, ниже уровня, свойственного
клеям ридакс и метлбонд.
Усталостная прочность соединений металлов па клее НАА «Хай-
Темп» превышает требования спецификации Мид-А-8331, т. е. со¬
единение выдерживает более 10в перемен нагрузки при наибольшем
напряжении цикла 45,5 кг/см2.
НАА «Хай-Темп» является двухкомпонентным «леем: он состоит
из двух частей — жидкой грунтовки из смолы и стеклоткани, про¬
питанной смолой в качестве внутренней прослойки. Жидкость на
носят .кистью или пульверизатором на чистые поверхности склеивае¬
мых металлических элементов. Если применяется пульверизация, то
клей разбавляют ацетоном до 10—25% сухого остатка. Затем на
одну из покрытых грунтовкой поверхностей накладывают прокладку
из стеклоткани. После, кратковременного иодсушива-ггия на воздухе,
или в печи элементы собирают и отверждают под давлением и при
нагреве. Отверждение осуществляется под давлением 3,5—7 кг!см-
при подогреве до температуры 135° в течение 1—1'/2 часов.
При использовании клея «Хай-Темп» имеет существенное значе¬
ние точное .выполнение рекомендованной технологии! склеивания.
Допустимы лишь очень небольшие изменения, если они необходимы.
Особенно строго нужно соблюдать указанные режимы циклов воз¬
душной и печной сушки. Сушка на воздухе продолжается в течение
1 часа. В конце печной сушки, которая обычно длится 1 час при
температуре 80+33, клей должен быть в состоянии «отлила». Это
состояние характеризуется такой стадией отверждения пленки на¬
несенного на поверхность клея, при которой она утрачивает лип¬
кость, но тем не мсиее настолько мягка л пластична, что на лей
остается отпечаток ногтя.
Важность двухстадийного процесса отверждения подтверждается
тем, что когда несколько известных промышленных фенольных
клеев были применены таким образом, это привело почти к трех¬
кратному (!) возрастанию прочности клеевых соединений метал¬
лов при испытании в условиях температуры 250° [69].
Па подготовку склеиваемых поверхностей перед нанесением на
них клея, как всегда, надо обращать серьезное внимание. Рекомен:
дуется применять методы, предложенные Мэдиосонской лаборато¬
рией лесных материалов.
Алюминиевые сплавы, как обычно, следует погружать в теплую
(65- 75°) сернокислую ванну с добавкой бихромата натрия. При¬
менение других специальных травящих растворов ведет к значи¬
тельным колебаниям прочности клеевых соединений.
Нержавеющие стали обычно погружают на несколько минут
в разбавленную смесь плавиковой и азотной кислот. Удовлетвори¬
тельные результаты получены также при легкой пескоструйной
обработке поверхности стали и обезжиривании ее растворителями.
Таким образом, можно сделать вывод, что метод обработки поверх¬
ности нержавеющей стали при склеивании клеем НАА «Хай-Темп»
не влияет иа результаты испытания.
110

Другое дело — склеивание титановых сплавов. Их следует перед
склеиванием подвергать анодной обработке или- обработке в кислой
ванне. Данные, приведенные в табл. 20, были получены для образ¬
цов, подвергнутых специальной анодной обработке. Более низкие
значения — 25 кг/см3 при комнатной температуре и 18 кг/см- при
260и—были получены для образцов, поверхность которых была
обработана по способу «Иридайт № 14». Это указывает па важность
поверхностной обработки и на необходимость присутствия окисной
пленки на склеиваемых поверхностях деталей из титановых сплавов.
Помимо применения в качестве клея для склеивания металлов,
НАЛ «Хай-Темп» использован еще в двух интересных случаях.
Был разработан электрический тензометр сопротивления для
измерения деформаций при повышенной температуре, который со¬
стоит из двух слоев тонкой стеклоткани, пропитанной жидким компо¬
нентом клея НАА «Хай-Темп», и стандартного проволочного тензо-
датчика. Проволоку помещают между двумя кусками стеклоткани,
пропитанными НАА «Хай-Темп». Затем собранный пакет уплотняют
и прихватывают с помощью горячего угюга. После этого производят
окончательное отверждение в прессе таким же образом, как при
осуществлении клеевых соединений металлов. Предварительные
испытания показали, что эту систему можно применять для опреде¬
ления напряжений в конструкциях при температурах до 315°.
Жидкий компонент клея ПАЛ «Хай-Темп» также применялся для
защитного покрытия против коррозионного действия сильных кислот
при высоких температурах.
§ 21. Клей СНТ
Недавно клей НАЛ «Хан Темп» был модифицирован примени¬
тельно к оклеиванию трехелойиых конструкций ив .металлов и тепло¬
стойких пластиков для приклейки обшивок к заполнителю. Когда
пытались применить клей НАА «Хай-Темп» в таких конструкциях,
то по внешнему виду торцсв клеевых соединений, потекам клея
и по характеру вскрытой после отдираиия обшивки поверхности
склеивания заметили, что данный клен не обеспечивает надежного,
непрерывного клеевого соединения.
Добавлением соответствующих наполнителей с целью уменьше¬
ния текучести клея при1 нагреве добились повышения качества
клеевых соединений за счет образования необходимых наплывов
клея у стенок ячеек сотового заполнителя, прочно связывающих
заполнитель с обшивкой. Этот клей, названный клеем СНТ (клей-
цемент высокотемпературный), применяется так же, как и клеи
ПАА «Хай-Темп». Жидкий компонент наносят на поверхность метал¬
ла шпателем, лонапкой или кистью. Здесь также используется
прокладка из стеклоткани. Сотовый заполнитель предварительно
грунтуют погружением в жидкий клей НАА «Хай-Темп». Клей СНТ
непосредственно па сотовый заполнитель не наносится. Если склеи¬
ваются металлические «сэидвичевые» конструкции, то нанесенные
слон клея подсушивают на воздухе в течение 30 мин., затем обипш-
111

ки и сотовый заполнитель собирают вместе -и клей в соединении
отверждают иод вакуумным или болсс высоким давлением по
двухступенчатому процессу — выдержка делается при температуре
82° в течение 1 часа и столько же при температуре 135°.
При испытании клееных трехслойных панелей с сотовым запол¬
нителем на изгиб при температуре 260° было обнаружено, что раз¬
рушение обычно происходит в сердцевинном материале заполни¬
теля. Напряжения в обшивке достигали уровня напряжений, значи¬
тельно превышающих расчетную норму. Это объясняется тем, что
клеевое соединение и материал сердцевины хорошо выполняли свои
функции, связанные с работой заполнителя как промежуточного
подкрепляющего или стабилизирующего элемента.
Так, при испытании «а изгиб по четырехточечной схеме нагру¬
жения (см. § 27) пролет между опорами 356 мм и между нагружаю¬
щими ножами 122 мм образца панели толщиной 16 мм из дуралю-
миновой обшивки толщиной 0,8 мм и сотами из алюминия толщи¬
ной 0,08 мм с ячейкой в 6 мм было установлено, что разрушение
произошло от сдвига по сердцевине, но не по клеевому соединению
обшивки с заполнителем. Разрушение имело место при достижении
напряжения сдвига (при температуре 260°) в 14 кг/см-, т. е. на 30%
выше, чем при подобных же испытаниях других клеев, результаты
которых были опубликованы. Аналогичные результаты были полу¬
чены в опытах с панелями, склеенными клеем СНТ, ооговый запол¬
нитель которых имел иные параметры (толщина ячеек сот 0,04 мм,
диаметр ячейки 12,7 мм), обшивка была более тонкой (0,4 мм).
Испытания проводились при различных соотношениях изгибающих
и касательных напряжений, варьируемых путем изменения пролета
между нагружающими ножами от 63 до 228 мм.
Напряжение сжатия в трехслойных панелях с обшивками из
стеклотекстолита в момент испытания на изгиб при температуре 260е
достигало 2100 кг,!см2. После 5-часового прогрева при той же тем¬
пературе напряжения сжатия, максимально выдерживаемые обшив¬
кой, составляли 2300 кг/см2.
При испытании на равномерный отрыв обшивки от сотового за¬
полнителя были получены значения напряжения растяжения, кото¬
рые достигали 25 кг/см2 площади обшивки.
Применение клея CUT позволяет повысить прочность и стабиль¬
ность клееных панелей с сотовыми алюминиевыми и стеклотексто-
литовымн заполнителями на 20—30% по сравнению с панелями,
склеенными другими клеями. Этот клей применяют в производ¬
стве деталей конструкции самолетов-снарядов, которые должны об¬
ладать достаточно высокой прочностью при повышенных темпе¬
ратурах.
Было установлено, что клей СНТ как клей для склеивания мо¬
нолитного металла с металлом превышает требования, выдвинутые
■к теплостойким клеям для управляемых летающих снарядов. Проч¬
ность на срез при температуре 260е составляет 90 кг/см2, если
испытание проводится после получасовой выдержки при темпера¬
туре испытания. После 5-часовой выдержки образцов, склеенных
112

■кле-см СНТ в термостате при температуре 260°, прочность при
сдвиге сохраняет 80% первоначальной.
Хотя этот клей по прочности хуже, чем НАА «Хай-Темп», все
же его предпочитают употреблять для склеивания металлов в тех
Фиг. 42. Металлическая панель с общинной
из нержавеющей стали, приклеенной клеем
СНТ к стрингерам, при испытании- «а сжа¬
тие.
случаях, когда трудна подгонка склеиваемых деталей и желателен
клей со свойствами заполнителя зазоров (толстая фуга). На фиг. 42
показана панель со стрингерами, приклеенными к обшивке из не¬
ржавеющей стали клеем СНТ.
§ 22. Клей 422
При содействии Военно-воздушных сил США компания Шелл
Дивелопмент (Эмервиль, Калифорния) разработала клей, пригод¬
ный для склеивания металлических элементов, предназначенных для
работы при высоких температурах. Этот чел ей является смссыо
фенольных и эпоксидных смол, содержащей большой процент алю¬
миниевой пудры. В табл. 21 показано изменение в зависимости от
температуры испытания прочности на сдвиг при растяжении алю¬
миниевых образцов, соединенных внахлестку клеем 422. В табл. 22
приведен перечень некоторых выдающихся характеристик этого
теплостойкого конструкционного клея.
8 Г. Эпштейн

Таблица 21
Изменение прочности при сдвиге образцов из алюминиевого сплава,
склеенных внахлестку клеем 422, в зависимости от температуры
Температура испытания в °С
| 25
149
2)4
260
Предел прочности при сдвиге в kzIcm1
j 169
162
123
98
Примечание.	Таблица	составлена	по данным фирмы	Шелл	Диве-
лопмент, сообщенным	Д.	В.	Эламом	и М.	Нэплсом на объединенной	кон¬
ференции представителей Военно-воздушных сил и предприятий авиацион¬
ной промышленности США в конце 1952 г.
Таблица 22
Механические свойства соединений, выполненных клеем 422
Статический сдвиг при растяжении.
1. Соединение дуралюмина с дуралюммвом.
Температура	Предел	прочности
испытания	ири	едпиге
в “С	в	кг,см'1
25	153	(бывает и выше)
260	98
2. Соединение нержавеющей стали с мержаиеющей сталью.
- 56	122—142
25	134—192
260	88—116
3. Соединение питана с титаном.
25	112
26и	*42
4. Выдержка в атмосферных условиях под открытым кебом (образцы
внахлестку из дуралюмина).
Предел прочности при сдвиге в кг/см2
Температура	Первоначальные	_1
испытания	значения
8 °С
После 2 месяцев
25	172	166
260	110	ИЗ
5.	Выдержка в жидкостях в течение 8 суток. Образцы внахлестку из дуралю-
мипа испытывались при температуре 25°.
Жидкая среда	Предел	прочности	при	сдвиге
в	hi/см1
Этиленгликоль	153
Противооблсденительиая жидкость	161
Гидравлическая смесь 	 155
Жидкое топливо		150
Без жидкости (контрольные)	152
Примечание Данные таблицы взяты из	доклада Д. В Элама на
конференции в Дэйтоне в 1952 г.
114

Клей 4-22 поставляется в виде пленки. Основа пленки — стекло-
ткань, пропитанная смолой, которая образует двухстороннее смоля¬
ное покрытие. Пленку необходимо сохранять в замороженном со¬
стоянии, так как срок ее хранения очень ограничен. Нельзя хранить
этот пленочный клей свыше трех недель. В настоящее время про¬
должается работа по повышению допустимого срока хранения
клея 422. Рекомендуемый режим склеивания 170° в течение 30.мин.
Фирма Пармко Рэзинз энд Коатингз готовится к выпуску этого «клея
в продажу под названием «Нармко 302».
§ 23. Клей FPL-710
Блэк и Бломквист в одном из номеров журнала «Модерн
плэстикс» [39] дали краткое изложение технического отчета
№ 54Д01 Национального совещательного комитета по авиации
в США (НАКА), посвященного исследованию теплостойкого клея
марки FPL-710 для соединения металлов. Название клея слагается
из первых букв американского наименования Мэдиссопской лабора¬
тории лесных материалов («Форест продактс лэборатори»), разра¬
ботавшей этот клей. Приведенные данные представляют интерес
в том отношении, что они характеризуют некоторые трудности и
своеобразные явления, частично еще не выясненные полностью,
с которыми сталкиваются при разработке клеевых композиций с по¬
вышенной теплостойкостью.
В итоге ранее выполненных работ -на основе фенольных и эпо-
ксилиновых смол был получен клей FPL-710. Он имеет следующий
состав в весовых частях:
бакелит ВУ97СО (раствор СО %-ной концентрации)	 100
смола Эпон 1007 (растворенная в метилэтилкетоне)	 20
гексаметилентетрамин	 4
Клей отверждается при температуре 160° в течение 30 мин.
Клеевые соединения металлов на клее FPL-710 отличались удов¬
летворительным сопротивлением сдвигу при температуре 315°
и стойкостью против старения при температуре 230°. Основным
недостатком клея была известная хрупкость клеевых соединений,
недостаточные усталостная прочность и прочность при изгибе.
Оптимальная толщина клеевого слоя (около 0,05 мм) была слиш¬
ком незначительна для успешного применения его в практике
самолетостроения.
Приведенное исследование имело вадачей (найти пути улучшения
характеристик «лея FPL-710 при высоких и низких температурах,
снизить его хрупкость, повысить прочность клеевых соединений при
изгибе и неравномерном огрыве и сделать клей более технологич¬
ным. Изучалась возможность склеивания этим «леем не только
алюминиевых сплавов, но также нержавеющей стали и титана.
Указанные ниже экспериментальные результаты относятся к об¬
разцам с односторонней нахлесткой длиной 12,7 мм т толщиной
1,6	мм. Испытания «а сдвиг велись со скоростью нагружения
270 кг/см2 в минуту, а на изгиб — со скоростью 90 кг в минуту на
8*
115

образец. При испытании при повышенных температурах образцы
прогревают в течение 3—5 мин. и нагрузку прикладывают тотчас
но достижении требуемой температуры. Температура регулируется
с точностью +2°.
Поверхность образцов из алюминиевого сплава 24ST3 подвер¬
гают обработке погружением иа 5	10 мни. в раствор серной кис¬
лоты (10 вес. частей) и бихромата натрия (1 вес. часть) в воде
(30 вес. частей) при температуре 60—70°. После этого обработан¬
ные поверхности промывают холодной проточной водой, затем горя¬
чей водой ши паром и просушивают на воздухе.
С целью улучшения технологичности клея был приготовлен
вариант пленочного клея FPL-710. Клейкую ленту приготовляют
путем погружения ленты толщиной 0,25 мм из стеклоткани в жид¬
кий клей FPL-710. Ленту просушивают на воздухе и затем при
температуре 80°. Режимы пропитки и сушки до сих пор окончатель
но не разработаны. Испытания показали, что образцы, склеенные
клейкой лентой, которая была подвергнута старению в течение
12 месяцев при комнатной температуре, не снижают прочности по
сравнению с образцами, склеенными свежеприготовленной лептой.
Прежние испытания клеевых соединений из 24ST3 на жидком
клее FPL 710 показали [39], что предел прочности при сдвиге при
температуре 315° колеблется в очень широких пределах — от 7 до
70 кг1см*. Данное наблюдение было вновь подтверждено (см.
табл. 23).
Таблица 23
Влияние термической обработки на прочность соединений внахлестку
образцов из плакированного алюминиевого сплава толщиной 1,6 мм,
склеенных клеем FPL-710
Режим первоначаль¬
ного отверждения
Последующая термиче¬
ская обработка
Предел прочности при сдвиге
при 315° в кг 1см?
время
в МИН.
температура
в °С'
время
в час.
температура
в °С"
средн.
миним.
M3KCHVI.
30
160

33
6
81
30
160
3
232
59
38
90
30
160
192
232
88
'Т'Т
/ /
104
В связи с этим были изучены факторы, влияющие на такое рез¬
кое изменение прочности, а именно: метод подготовки поверхности
металла, расход клея на единицу поверхности, степень старения,
давление при склейке, условия запрессовки. Кроме того, исследо¬
вались влияние состава клея, изменения соотношения фенольной
и эпоксилиновой смол.
Установлено, что соединения, склеенные внахлестку клеем
FPL-710 и подвергнутые старению в течение 192 час. при 230°, об¬
ладают прочностью на сдвиг выше 70 кг/см2 при температуре 315°.
Зто указывает на преимущества последующей термической обра¬
116

ботки клеевых соединений, первоначально отвержденных при обыч¬
ных условиях. Прочность соединений, не подвергавшихся термиче¬
ской обработке, значительно ниже. В табл. 23 показано влияние
термической обработки; на прочность клеевых соединений образцов
из плакированного алюминиевого сплава.
Прочность при сдвиге соединений на жидком клее FPL-710
(без дополнительной тепловой обработки) при температуре испы¬
тания 315°, когда склеены тонкие материалы, например, 0,8 мм,
ниже, чем при склеивании более толстых материалов, например,
1,6	мм. Соответствующие значения пределов прочности — 10,5 кг! см2
против 33 кг/см2. Интересно отметить, что при температуре 232°
и ниже разница в прочности между этими соединениями сглажи¬
вается. Аналогичная картина наблюдается и для образцов из не¬
ржавеющей стали: образцы толщиной 0,4 мм дают прочность
30 кг/см2, а образцы толщиной 1,5 мм — 56 кг/см2 при испытании
в условиях нагрева до 315°.
Если увеличение жесткости склеиваемых элементов при постоян¬
ной жесткости клея позволяет увеличить прочность клеевого соеди¬
нения при сдвиге, то резонно предположить, что при заданных
склеиваемых э.1смснтах можно добиться повышения прочности со¬
единения подбором соответствующей жесткости, при сдвиге клеевого
слоя. Варьирование эффективной жесткостью клеевого слоя при
сдвиге может быть осуществлено за счет введения дополнительной
прокладки в клеевой слой — наполнителя, что обычно связано
с утолщением -клеевого шва и косвенным увеличением податливости
клеевого слоя, которые предупреждают чрезмерную концентрацию
напряжений. Высказанные предположения оправдались.
Последующие испытания соединений металлических образцов,
склеенных «лейкой лентой, которая состоит из куска стеклоткани,
пропитанной жидким клеем FPL-710, показали, что прочность со¬
единений при 315° действительно значительно повысилась.
Особенно хорошие результаты были получены при использова¬
нии в качестве подложки для нанеосния клея мата толщиной
0,25 мм из стеклоткани, пропитанной фурфуролом.
Применение клейкой ленты обеспечило получение более одно¬
родных результатов н повысило прочность клеевых соединений,
испытанных при 315° без предварительной термической обработки,
по сравнению с соединениями, полученными при использовании
жидкого клея и испытанными в аналогичных условиях. Однако
прочность соединений, полученных с применением жидкого клея
и подвергнутых термической обработке, была выше, чем у соеди¬
нений, полученных с применением клейкой ленты.
Преимуществом клейкой лепты является легкость нанесения, что
особенно важно для массового производства, а также возможность
получения клеевых соединений толщиной 0,20—0.25 мм, тогда как
жидкий «лей дает соединения толщиной 0,05 мм. Результаты испы¬
таний при различных температурах клеевых соединений, получен¬
ных с применением жидкого клея и «лейкой ленты, приведены
в табл. 24.
117

Таблица 24
Результаты испытаний клеевых соединений образцов, склеенных
внахлестку клеем FPL-710
Метод нанесения
Термическая
обработка
Предел прочности при сдвиге
в кг;см*
время
темпера¬
Температера в °С
в часах
тура в°С
-56
15
232
315
Кистью
192
232
125
130
194
121
114
130
33(6 ; 81)
87 (77-г 104)
Пульверизатором
192
232
174
172
127
112
39 (5 : 57)
114(114 ; 115)
Клейкая лента
192
232
116
96
186
105
ИЗ
93
63(434-81)
75 (69- 80)
Пр и м е ч а н и е. Приведены средние значения: значения в скобках
указывают пределы прочное;и для отдельных образцов.
Эти результаты показывают, что жидкий клей, нанесенный
кистью или пульверизатором, дает соединения, обладающие высо¬
ким сопротивлением тепловому разрушению. Образцы, состаренные
в течение 192 час. при 230° н испытанные при температурах от —56
до 315°, сохранили около 50% своей первоначальной прочности при
комнатной температуре. При всех температурах испытания проч¬
ность их превышала 84 кг/см2 — значение прочности для клея НАА
«Хай-Темп».
Влияние старения при нагреве на прочность образцов из алюми¬
ниевого сплава, склеенных жидким клеем FPL-710, иллюстрируют
данные табл. 25. Исследование влияния состава клеевой композиции
показало, что количество гексаметилентстрамина влияет на стой¬
кость клеевых соединений против старения в течение 192 час. при
290° (табл. 26). Наибольшей стойкостью обладают композиции, со¬
держащие 5% гексаметилентетрамина (4 вес. части гексаметилен-
тетрамина на 100 вес. частей сухого остатка фенольной смолы
и 20 все. частей смолы Эпон), однако оптимальное содержание
его точно не установлено.
Причина довольно низких характеристик клея FPL-710 после
старения при 290° по сравнению с высокими характеристиками, по¬
лученными во время испытания при 230°, была тщательно исследо¬
вана. Как известно, плакированный алюминиевый сплав 24ST3 со¬
держит в плакированном слое приблизительно 0,1% меди и 0,7%
связанного кремния и железа. Эти металлы даже в незначительных
количествах являются эффективными катализаторами окисления
и разрушения органических материалов и могут вызвать термиче¬
ское разрушение клея FPL-710 во -время 200-часовой выдержки при
118

Таблица 25
Влияние старения при повышенной температуре на прочность образцов
из алюминиевого сплаЕа, склеенных жидким клеем FPL-710
Условия выдержки
Предел прочности прн
сдвиге при 27° С в кг/см*
Температура в °С
Время в час.
211
232
192
138
290
192
25
Таблица 26
' Влияние гексаметилентетрамина
на прочность клеевых соединений
290э. Испытания соединений ла¬
туни, склеенных 'внахлестку кле¬
ем FPL-710 и подвергнутых старе¬
нию при 290° в течение 200 час.,
показали, что клей полностью раз¬
рушился и обуглился. Это указы¬
вает па то, что находящаяся в ла¬
туни медь вызывает термическое
разрушение клеевого соединения.
Для предупреждения разруше¬
ния применяют различные стаби¬
лизирующие добавки, которые
вводят в состав клея. В качестве
стабилизаторов были исследова¬
ны, в частности, комплексообразующие соединения. Влияние стаби¬
лизаторов на устойчивость клеевых соединений против термического
разрушения приведено в табл. 27.
Таблица 27
Влияние различных стабилизаторов на стойкость клея FPL-710
при старении (200 час. при 290°)
Количество
гексамстилеи-
тетрамина
в %
Предел прочности
при сдвиге после
старения в течение
192 час. при 290°
в кг,смг
0
20
5
47
7,5
25
Стабилизатор
Предел прочности
при сдвиге (при
комнатной темпе¬
ратуре) в кг-см2
_
47
Щавелевая кислота
8
Винная кислота
23
Цитрат меди
31
0-аминофенол
22
8-оксихинолцн
67
Салициловая кислота
62
Стабилизатор
Предел прочности
при сдвиге (при
комнатной темпе¬
ратуре) в кг/сма
Салициловый аль¬
55
дегид
Ацетилацетои
69
Ацетонилацетон
68
Т риа цегони лаце-
67
тоиат
Катехол
69
Галловая кислота
57
Этилеидиалшн
59
119

Стабилизатор вводился в количестве 1 % по отношению к весу
твердых веществ в композиции клея FPL-710. Наиболее эффектив¬
ными оказались 8-оксихинолин, ацетилацетон, ацетонилацетон,
триацстонилацетонат алюминия и катехол. Необходимо дополни¬
тельно определить оптимальное соотношение гексаметилентстрамина
и стабилизатора в композиции, что позволит повысить стойкость
клеевых соединений против термического разрушения.
Исследовалась возможность применения жидкого клея FPL-710
с добавкой 5% гексаметилентстрамина для склеивания титана и не¬
ржавеющей стали, которые обладают большей жаростойкостью, чем
плакированные алюминиевые сплавы. В основном было определено
влияние различных методов подготовки склеиваемых поверхностей
на прочность соединений и сопротивление старению (табл. 28).
Наиболее эффективным методом обработки титана перед склейкой
является погружение в ванну, состоящую из 9 объемных частей
концентрированной азотной кислоты, 1 части 50 % -ной плавиковой
кислоты и 30 частей воды. Металл погружают «а 20 мин. при 50°,
промывают и просушивают. Поверхность нержавеющей стали очи¬
щают раствором, состоящим из 50 вес. частей концентрированной
соляной кислоты, 2 частей 30%-ной перекиси, водорода, 10 частей
раствора формалина и 45 частей воды. Металл погружают на
16 мин. в указанный раствор, температуру которого поддерживают
равной 60—65°.
Таблица 28
Влияние методов очистки на прочность клеевых соединений
титана и нержавеющей стали
Металл
Метод очистки
Предел прочности при
сдвиге при комнатной
температуре в кг:см2
Титан RC-30 полутвер¬
Серная кислота, бихро¬
58
дый толщиной 0,8 мм
мат натрия
Азотная кислота, плави¬
142
ковая кислота
Нержавеющая сталь
Серная кислота, бихро-
129
типа 302 отожженная
маг натр .я
толщиной 0,4 мм
Зачистка наждаком
156
Очистка лаковым разба¬
122
вителем
Обезжиривание мета¬
123
силикатом
Соляная кислота, пере¬
187
кись, формалин
Сопоставление прочностных характеристик соединений на клее
FPL-710 различных металлов дано в табл. 29.
На основании данных этой таблицы можно сделать ряд интерес¬
ных выводов.	'
120

Таблица 29
Прочность при сдвиге клеевых соединений титана, нержавеющей
стали и алюминиевого сплага
Металл
Толщина
в мм
Условия старения
Предел прочности при
сдвиге в чг см*
время
в час.
темпера¬
тура в °С
—56°
27°
3 5°
68
141
Титан RC-30
0,8
192
290
—
3,4
—
Нержавеющая сталь ти¬
0,4
—
—
176
187
30
па 302
192
290
—
104
—


125
194
33
Алюминий 24ST3
1,6
192
290
—
47
—
Соединения, полученные при склеиванин титана клеем FPL-710,
неустойчивы против старения при 290° и обуглились после 192-часо¬
вой выдержки. Эта потеря прочности могла быть вызвана обработ¬
кой поверхности титана перед склеиванием смесью азотной и пла¬
виковой кислот, но для объяснения этого явления требуется допол¬
нительное более подробное исследование.
Сопротивление старению клеевых соединений нержавеющей ста¬
ли очень высоко по сравнению с клеевыми соединениями алюминия.
Кроме того, они обладают высокой прочностью при —56°.
Замена в составе клея FPL-710 смолы бакелит ВУ 9700 двумя
другими фенолыгыми смолами Дурез 15956 и 16227 позволила улуч¬
шить растеканию клея. Однако прочностные характеристики клея не
улучшились, за исключением прочности при 315°.
Для устранения хрупкости клеевых соединений плакированного
алюминиевого сплава 24ST3 в состав клея вводили синтетический
каучук или другие эластомеры. Затруднения заключались в плохой
совместимости компонентов клея и в ухудшении прочности при вы¬
сокой температуре. Хорошие результаты были получены при добав¬
лении' 50 частей каучука Буна N (Хайкар OR-15) к 200 частям смо¬
лы бакелит ВУ 9700 и 15 частям смолы Эпон 1001 в метилэтилке-
тоне.
Пленочный клей FPL-710 успешно применяется для склеивания
стеклотекстолитового сотового заполнителя со стальной обшивкой
при изготовлении достаточно прочных и температуростойких трех¬
слойных материалов.
§ 24. Другие клеи для изделий,
работающих при повышенных температурах
Клей GAx29 (фирмы Миннесота Майнинг энд Мфг) представ¬
ляет собой клей на основе фенольной смолы м акрилонитрильного
эластомера. Он обладает высокой прочностью при комнатной те-мпе-
121

ратуре — предел прочности при сдвиге 280 кг/см2. Прочность пони¬
жается с повышением температуры, но остается свыше 70 кг/см2 до
тех пор, пока температура не будет доведена .приблизительно
до 200°. Однако при повышенных температурах этот клей, видимо,
проявит заметную ползучесть под нагрузкой.
Клей GA-29 обычно используется п виде жидкости, которая лос
ле нанесения се на металл отверждается при температурах 149—
165° при давлении 3,5 7,0 кг/см2. Клеевые покрытия должны вы
сушиваться на воздухе в течение 30 мин. при комнатной темпера¬
туре и 60 мин. при 82° до сборки и последующего отверждения.
Хотя этот клей не обладает той степенью прочности при темпе¬
ратурах выше 200°, которую имеют клеи НАА «Хай-Темп», СНТ
и 422, тем не менее ему присущи более высокие свойства сопротив¬
ления в условиях нагружения на изгиб или действия ударных на¬
грузок, что является преимуществом, если требуется, например, ин¬
тенсивная обработка изделия. Из этих соображений в настоящее
время проектируются конструкции, где клей GA-29 (или аналогич¬
ный клей) будет применяться по кромкам на периферии, а клеи НАА
«Хай-Темп», СНТ или 422 —■ в центральных участках площади
склеивания в основной массе конструкций К
Клей метлбонд 4021 (фирмы Нармко Рэзинз энд Коатингз) обес¬
печивает прочность на сдвиг при растяжении 100—130 кг/см2 при
испытании в условиях температуры 177°. Этот клей состоит из двух
частей: жидкого состава для грунтовки и сухой пленки. Жидкую
грунтовку «Метлбонд 2021» (10% твердых продуктов) наносят на
склеиваемые поверхности. Для получения пленки толщиной 0,07—
0,10 мм наносят достаточное количество слоев. Покрытия высуши¬
вают на воздухе в течение 15 мин. после каждого нанесения. Затем
их сушат на воздухе 1 час и, кроме того, в печи при 82е в течение
15 мин. Клеевую пленку клея «Метлбонд 402», нарезанную по соот¬
ветствующему размеру, накладывают затем «а загрунтованную по¬
верхность. Элементы собирают, и клей отверждается в течение
1 часа при 177° под давлением в 7 кг/см2. Давление в 3,5 кг/см2
при склеивании также оказалось удовлетворительным. Подобно
клею GA-29 клей метлбонд 4021 проявляет более высокую проч¬
ность на изгиб и удар, чем прочные теплостойкие клеи, и, следова¬
тельно, его можно использовать во многих случаях.
Другие теплостойкие клеи применялись в машиностроительной
промышленности для приклеивания тормозных фрикционных накла¬
док. Испытания в условиях эксплуатации подтвердили превосход¬
ство таких оклеенных изделий во всех отношениях перед изделия¬
ми, где для крепления использованы заклепки. В машиностроении
чаще всего используются фсиольно-эластомсрные соединения, осо¬
бенно в виде пленочного «лея.
* Эта идея заслуживает серьезного внимании. Она является частным случаем
общего принципа равноирочн-ости иеделий и материалов, следствием представ¬
лений о целесообразное™ достижения совпадения «поля напряжения» и «поля
сопротивления», развиваемых Я. Б. Фридманом и другими советскими учетными.
Примечание редактора.
122

Клеи пластилок, например, 601 и 605 фирмы Б. Ф. Гудрич и клей
сайклвелд II-2 корпорации Крайслер являются типичными. Для
■отверждения этих клеев требуются температуры в пределах 150—
205° при давлении около 14 кг/см2. Циклы времени отверждения мо¬
гут быть от нескольких минут до 1 часа, в зависимости от темпера¬
туры и давления.
Прочностные требования при склеивании деталей тормозов, оче¬
видно, являются менее решающими, чем требования, предъявляемые
к теплостойким клеям в авиационных конструкциях. Испытания на
отрыв и на срез клеевых соединений металлов показали, что эти
клеи при высоких температурах де обладают прочностью, свойст¬
венной недавно разработанным специальным конструкционным
клеям.
Коннектикутская фирма Хард Раббер в настоящее время пытает¬
ся разработать теплостойкий конструкционный клей на основе си¬
ликоновых смол и эластомеров, которым присуща теплостойкость
по самой их природе. Продолжают изыскания клеев для работы при
повышенных температурах и другие американские фирмы, в том
числе Норт Америкэн Авиэйшн, Мэдиссонская лаборатория лесных
материалов, Шелл Дивелопмеит и Нармко Рэзииз энд Коатингз.

ГЛАВА V
КОНСТРУКЦИЯ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИИ
И ИХ ИСПЫТАНИЯ
Для успешного использования имеющихся клеев .и материалов-
конструктор должен быть достаточно информирован об их свой¬
ствах. Без таких сведений трудно правильно выбрать клей и спроек¬
тировать оптимальное для конкретного задания клеевое соединение.
Фактические данные по механическим и физико-химическим
свойствам клеев и типовых или стандартных соединений, выполнен¬
ных различными клеями, значительно облегчают выбор клея. Одна¬
ко, до того как клей будет применен в реальной конструкции,
необходимо провести ряд предварительных испытаний. Одни испы¬
тания нужны еще в стадии проектирования изделия, чтобы иметь
полное представление о характеристиках соединений, которые мож¬
но получить, используя выбранный клей. Другие — нужны в стадии
изготовления ивделия, чтобы оценить качество, кондиционность пар¬
тии клея, идущей в производство.
Конфигурация клеевого соединения часто является решающей,
поэтому должна тщательно продумываться. Прочность клеевого
соединения зависит не только от клея, но и от самого склеиваемого
металла, его толщины, типа соединения: одинарная или двойная на¬
хлестка, соединение па-ус, соединение встык и т. п., и от многих дру¬
гих факторов.
После того как произведен расчет клеевых соединений и клееное
изделие не только полностью спроектировано, но н изготовлено в
натуре, всегда необходимо оценить качество клеевого соединения
или всего собранного изделия, т. е. произвести, поверочные кон¬
трольные испытания.
§ 25. Выбор клея
Чтобы выбрать клей, подходящий для данного случая примене¬
ния, следует провести анализ, основанный на учете требований
прочности, условий работы изделия, рода склеиваемых материалов
и производственных возможностей. Необходимо принять во внима¬
ние также особенности технологического процесса, связанного с
употреблением данного клея, его стоимость и оценить технико эко¬
номические показатели производства клееных изделий.
124

Стоимость нсконструкционных клеев может колебаться в преде¬
лах 0,5—2,0 долларов за литр. Конструкционные клеи значительно
дороже, их цена находится в пределах 2—8 долларов за литр. Пред¬
полагают, что специальные теплостойкие клеи будут лишь, немногим
дороже конструкционных. Однако при применении клеев для изго¬
товления различных конструкционных деталей затраты на сам клей
в общем балансе мизерны. Производственные издержки на оснастку,
клеильно-прессовое оборудование более важны, особенно по срав¬
нению с некоторыми другими способами креплений (см. гл. I).
Из прочностных характеристик и эксплуатационных условий
определяют, является ли необходимым использование конструкцион¬
ного клея. При выборе марки конструкционного клея весьма важно
учесть рабочие температуры. В табл. 30 приведены некоторые клеи,
пригодные для изделий, работающих в различных диапазонах тем¬
ператур. Для удобства они подразделены на четыре группы.
Клеи, рекомендуемые для температур от —55 до 315°, следует
брать только тогда, когда клеевым соединениям приходится выдер¬
живать температуру свыше 150°. При обычных температурах эти
теплостойкие клеи не обладают такими же высокими прочност¬
ными и технологическими свойствами, как некоторые друше (см.
гл. IV).	'
После того как исходя из температурных условий работы изде¬
лия установили класс клеев, которые могут применяться, дальней¬
ший отбор должен обусловливаться требованиями прочности, предъ¬
являемыми к данному соединению. В пределах одной группы клеев,
классифицированной по признаку служебных температур, свойства
клеев различных марок по сопротивлению изгибу, растяжению, на
выносливость, ползучесть и т. п. могут значительно колебаться.
Обычно эпоксидные клеи обладают худшими характеристика^ ппи
испытании на изгиб и отдир, чем клеи на основе смсси фенольных
смол и эластомеров или фенольных и поливиниловых смол. Зато
часто наблюдается обратная картина в отношении ползучести при
ПОСТОЯ1ШОЙ нагрузке.
Затем технолог и конструктор должны учитывать производствен¬
ные возможности. Состояние поставляемого клея будет определять
метод нанесения — пульверизатором, кистью или иными способами.
Дтя жидких клеев весьма желательно использовать способ нанесе¬
ния клея с помощью пульверизатора.
Другой важный фактор при выборе клея — имеющееся в распо¬
ряжении оборудование для отверждения клеевого соединения. Если
нет устройства для нагрева склеиваемых деталей, то надо брать
клей, отверждающийся при комнатной температуре. Из конструк¬
ционных клеев этому условию могут удовлетворять только эпоксид¬
ные и некоторые полиуретановые клеи. Необходимо учитывать и
возможность осуществления давления запрессовки при склеивании.
При ограниченной возможности приложения давления нужно под¬
бирать клей, отверждающийся именно при этом давлении. Эпоксид¬
ные клеи — самые подходящие для случаев нивкого или так назы¬
ваемого контактного давления. Для получения клеевого соединения
125

Таблица 30
Различные конструкционные клеи и рекомендуемые области допустимых
температур эксплуатации изделий, склеенных этими клеями
Интервалы допус¬
тимых температур
эксплуатации в “С
Наименование и марка
клея
Фирма-изготовитель
от —185 до 95
Метлбонд MN3C
АТ-7
Нармко Рэзип энд Коатингз
Монсанто Кэмикэл
от —55 до 95
Эпон VI, VIII
Армстронг А-1, А-6
Ридакс К-6
Аральдит 1.AN-111
Бостик 7026
Скотч-уэлд филмз
AF-6, AF-10, AF-I3
FA1--I5, FM-47
Сайклвелд С-3
Шелл Кэмикэл
Армстронг Продактс
Сиба
Сиба
Б. Б. Кэмикэл
Миннесота Майнинг
Блумингдейл Раббер
Крайслер
от - 55 до 150
GA-29 (теперь ЕС-1245)
РА-101
Ме1лбонд 4021
Пластилок 601
Сайклвелд Н-2
Миннесота Майнинг
Блумингдейл Раббер
Нармко Рэзин энд Коатингз
Б. Ф. Гудрич
Крайслер
от —55 до 315
НАА „Хай-Темп“
СНТ
422
Норт Америкэн Авиэйшн
Норт Америкэн Авиэйшн
Шелл Дивслопменг
надлежащего качества некоторые клеи требуют давления до
20 кг/см2.
Очевидно, что хорошо оборудованное предприятие сможет де¬
лать более свободный и широкий выбор клеев, чем предприятие с
ограниченными возможностями. Краткие сведения об основных тех¬
нологических параметрах ряда клеев можно почерпнуть ив свод¬
ных таблиц 2 и 37.
Конфигурация соединений и расположение клеевых швов в
каждом отдельном изделии также могут являться ограничивающи¬
ми факторами. Недоступность областей склеивания заставляет при ¬
менять клей, требующий только контактного давления. Аналогич¬
ными соображениями руководствуются и при использовании на¬
грева.
126

Очень важным фактором, особенно при массовом производстве,
может быть время, необходимое для нанесения клея и отверждения
клеевого соединения.
Наносить клей на больших участках пульверизатором скорее, чем
■кистью или валком. Некоторые клеи могут потребовать нанесения
их в несколько слоев, и, следовательно, будут необходимы длитель¬
ные периоды сушки без подогрева на воздухе или с подогревом в
печи. Клеи в виде тонких листов, лент или пленок удобны в случае,
когда склеиваются плоские ровные поверхности. Если этим спосо¬
бом склеивать поверхности сложной конфигурации, то для укладки
клеевой пленки потребуется слишком много времени.
Время отверждения будет зависеть от сорта клея, а также от
температуры отверждения. В случае применения клеев, отверждаю¬
щихся при комнатной температуре, склеенные детали не должны
подвергаться внешней нагрузке иногда даже в течение нескольких
дней. Эта выдержка должна соблюдаться как для незаконченных
деталей, идущих на дальнейшую технологическую обработку, так и
для готовых изделий перед началом их службы.
Итак, основные соображения, которыми должен руководство¬
ваться инженер при выборе конструкционного клея для определен¬
ного назначения, заключаются в учете следующих факторов:
1) температурные условия работы изделия;
2) заданная прочность соединения;
3) производственные возможности (в частности, способы нанесе¬
ния и отверждения клеев).
ИСПЫТАНИЯ КЛЕЕВ И КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИИ
При выборе клея необходимо обязательно предварительно знать
его свойства. Клей оценивают по результатам его испытаний. Ниже
рассматриваются наиболее важные виды испытаний клеев и методы
их проведения.
§ 26. Испытания конструкционных клеев
для склеивания металла с металлом
Поскольку необходимы данные по свойствам только клея, то для
изготовления клееных образцов для испытания используют исклю¬
чительно плакированный листовой дуралюмин 24ST3 толщиной
1,6	мм. Образцы изготовляют с нахлесткой в 12,7 мм для всех ис¬
пытаний, кроме усталостных, — нахлестка в 9,5 мм и ударных, где
используются блочные образцы. Образцы желательно вырезать из
большой панели, чтобы получить по крайней мере несколько образ¬
цов шириной 25,4 мм. Обычно края панели (10—15 мм с каждой
сюроны) обрезаются.
Перед испытанием необходимо замерить и записать толщину
клеевого слоя. Эта толщина определяется как разница между тол¬
щиной образца или детали в месте склейки и общей толщиной двух
соединяемых металлических пластин.
127

После испытания .следует осмотреть образцы и записать харак¬
тер разрушения. Разрушение может произойти или по металлу или
по клеевому соединению. Если разрушение произошло по клеевому
соединению, то оно может быть или когезионным, т. е. внутри клее¬
вого слоя, или адгезионным — на поверхности раздела клей ме¬
талл. Следует отметить, не было ли явно недостаточного контакта
между склеиваемыми элементами. Относительная величина этого
дефекта - нелроклей — в процентах от общей площади оклеивания
может иметь большое значение, се также следует зафиксировать.
Детали методики испытания и прочностные требования к клеям
могут быть различными. Тем не менее испытания и условия их про¬
ведения, рассматриваемые ниже, являются типичными и их следует
придерживаться.
Нагревательная камера или печь должна поддерживать требуе¬
мую температуру образцов, испытываемых при температурах выше
комнатной. Для испытания при температуре, например, —55° обра¬
зец обычно помещают в холодильник с сухим льдом, снабженный
устройством для регулировки циркуляции воздуха и температуры.
Для испытания при температуре —185" в качестве хладоагсита ис¬
пользуют жидкий азот.
Образец помещают в зажимное устройство испытательной ма¬
шины так, что концы зажимных губок находятся приблизительно на
расстоянии 50 мм от каждой кромки нахлестки, и закрепляют не¬
подвижно. Растягивающую нагрузку прикладывают с равномерной
скоростью, так чтобы вызываемое в соединении напряжение сдвига
возрастало па 85	100	кг/см- в минуту. Для стандартных образцов
с нахлесткой в 12,7 мл это соответствует увеличению нагрузки на
27—32 кг в минуту. Разрушающее усилие фиксируется. Такое ис¬
пытание проводят при различных температурах.
По военным спецификациям США, действующим в настоящее
время, требуется проведение испытаний клеев на сдвиг при темпе¬
ратурах —55+0,6°, 23+0,6° и 82+0,6°. Однако в случаях специаль¬
ного назначения нужно учитывать температуры за пределами этого
диапазона. Когда проводят испытания при очень низкой темпера¬
туре, например, при —185°, или при повышенных температурах —
260°, то обычно выдерживают образец в течение 15—30 мин. при
температуре испытания перед приложением нагрузки.
Согласно действующим в данное время воен-ным техническим
условиям (табл. 7) клей должен обладать следующей прочностью
на сдвиг:
Эти значения относятся к средним результатам для испытанных об¬
разцов.
Испытания на сдвиг
23° не менее
82° .
-55° „
176 кг'/см*
88
176
128

С таким же успехом можно предъявить следующие требования
к прочности клеевых соединений при крайних (экстремальных) тем¬
пературах:
—185° не менее	 84,5 кг/см-
260° »	„		 70,3
Усталостные испытания
Согласно существующим техническим условиям испытания об¬
разцов клеевых соединений на усталость проводятся только при
комнатной температуре 23_|_0,6°. Если требуются данные при дру¬
гих температурах, то испытания соответствующим образом моди¬
фицируются.
Циклические осевые растягивающие усилия, вызывающие в клее¬
вом соединении внахлестку напряжение сдвига, прикладывают к
образцу с частотой не свыше 3600 циклов в минуту. Зажимы испы¬
тательной машины должны захватывать образец примерно на рас¬
стоянии 25 мм от краев нахлестки и жестко закреплять его.
Минимальная прочность по действующим военным специфика¬
циям США (табл. 7) составляет 45,6 кг/см- на базе 10 • 10в циклов
при 23и. Если один из трех испытанных образцов не удовлетворяет
этому условию, то испытывают еще три образца. Если какой-нибудь
из них разрушится при заданном напряжении раньше срока, то
этот клей считается непригодным для применения в авиационных
конструкциях.
Испытания на длительную прочность
и ползучесть
Образцы с клеевым соединением нагружают иа сдвиг при рас¬
тяжении постоянной натр)узкой и выдерживают .в напряженном со¬
стоянии вплоть до разрушения или до тех пор, пока не истечет
200 час. Деформацию образца под нагрузкой д области нахлестки,
т. е. ползучесть, замеряют m записывают через определенные про¬
межутки времени.
Действующие в настоящее время требования
Военно-воздушных сил США
Условия испытания
температура i длите ль- (напряжение
'ность натру-' сдвига
в жения в час.j в кг'см'2
Показатели испытания
23±0,6
200
112
Соединение не разрушается
23±0,6
200
112
Общая деформация не более 0,5 мм
82±(>,6
200
56
Соединение не разрушается
82±0,6
200
56
Общая деформация не более 0,65 мм
У Г. Эпштейн
129

Испытания на изгиб
Образец внахлестку с длиной нахлестки 12,7 мм кладут на две
опоры, отстоящие одна от другой на расстоянии 38 мм, и нагру¬
жают по середине длины. Площадь «лсивания цонтрируют отно¬
сительно нажимного клина, для чего обычно прочерчивают линию
через ширину образца в центре нахлестки. Нажимной клин—■ >нож -
и опоры скругляют по радиусу 3—6 мм. Скорость нагружения
90,6	кг в минуту. Прочность на изгиб характеризуется нагрузкой
в кг, требующейся для разрушения стандартного образца.
Согласно требованиям Военно-воздушных сил США разрушаю¬
щая нагрузка должна быть не менее 68 кг при испытаниях на изгиб
при температуре 23,1+0,6°. Одна фирма, выпускающая изделия для
работы при повышенных температурах (до 260°), требует, чтобы
клей выдерживал минимум 45,4 кг при испытании в условиях тем¬
ператур как 23+0,6°, так и 260+5,6°.
Испытания на удар
Прочность на удар клеевого соединения характеризуется мини¬
мальной силой, требующейся для разрушения при сдвиге клеевого
соединения образца с одного удара 1.
Применяемые испытательные машины (копры) обычно состоят в
основном из зажимного устройства для жесткого закрепления об¬
разца, маятника с бойком, имеющим плоскую ударяющую поверх¬
ность, и дуговой шкалы с указательной стрелкой. Скорость движе¬
ния головки маятника в момент соприкосновения с образцом чаще
всего составляет 3,3 м/сек. Ударная прочность данного образца
подсчитывается как энергия в кгем, затраченная при однократном
ударе па разрушение клеевого соединения при сдвиге, разделенная
на площадь соединения в см2. Энергия, израсходованная >на разру¬
шение образца,— это разность между начальным запасом работы
маятника и запасом работы, остающимся у маятника после испы¬
тания образна. В случае необходимости делаются соответствую
щие поправки на трение в опорах п сопротивление воздуха.
Спецификация американских Военно-воздушных сил Мил-А-8331
(июнь 1953 г.) не содержит требований к ударной прочности клее¬
вых соединений. Однако другие спецификации включают такие
испытания. При оценке пригодности клея для авиационных кон¬
струкций в спецификации Военно-воздушных сил 14164 (в-настоя¬
щее время замененная спецификацией Мил-А-8331) предъявлялись
1 Приведенное определение но существу относится к пределу прочности при
динамическом нагружении, отличающемся от статического скоростью приложения
нагрузки, длительностью ее действия. Между тем ащтор далее говорит об обыч¬
ных ударных испытаниях на маятниковом «он ре, в которых определяется иная
характеристика, хотя и связанная с первой, а именно: ударная вязкость (работо¬
способность при ударе), имеющая иной физический смысл и другую размерность.
Примечание редактора.
130

следующи-с требования в отношении прочности на удар клеевого со¬
единения:
Температура
испытания
в °С
23
—55
Работа разрушения
стандартного
образца в кгем
136
68
Внесение изменений в форму образца или методику испытания,
можно полагать, даст совершенно другие результаты. Стандарт
ASTM Д950-47Т регламентирует образец в форме металлической бо¬
бышки длиной 25,4, шириной 25,4 и толщиной 9,5 мм, приклеенной
к металлической призме длиной 44,4, шириной 25,4 и толщиной
19,1 мм. Торец бобышки подгоняется заподлицо с торцем призмы,
таким образом образуется клеевое соединение площадью
6,4	см2.
Испытания с т о й -к о с т и в различных ж и д .к и х
средах
Стандартные образцы клеевых соединений внахлестку испыты¬
вают на статический сдвиг при температуре 23+0,6° после выдерж¬
ки в одной из следующих сред:
1)	водный раствор поваренной соли (опрыскивание)—30 су-
2) погружение в водопроводную воду — 30 суток;
3) погружение в жидкость для системы охлаждения (этилен
гликоль) — 7 суток;
4) погружение в противообледенительпую жидкость — 7 су¬
ток;
5) погружение в жидкую смесь для гидросистем — 7 суток;
6) погружение в углеводородное горючее ■— 7 суток.
Требования к прочности на сдвиг после каждой такой выдерж¬
ки минимум 140 кг/см2.
Во многих случаях образцы выдерживают в других условиях.
Практикуется, например, погружение на 7 суток в жидкое топливо
для реактивного двигателя (JP-4), кипячение в воде в течение
2 час., погружение на 10 мин. в горячий очистительный раствор
бихромата и серной кислоты или погружение на 2 часа в ацетон.
В качестве примера в табл. 31 приведены данные, характеризующие
стойкость клеевых соединений на клее аральдит к действию неко¬
торых растворителей. Если клей предназначается для использова¬
ния в изделиях, где от клеевых соединений требуется высокая проч¬
ность при повышенной температуре (до 260°), то у обравцов, под¬
вергнуть^ выдержке в той или иной жидкости, часто необходимо
определить прочность при сдвиге в условиях именно этих повышен¬
ных температур.
ток;
9*
131

Таблица 31
Стойкость клеевых соединений на клее аральдит против
действия растворителей*
Растворитель
Длитель¬
ность вы¬
держки
в сутках
Прочность 1
при сдвиге j
в 9-й ;
Растворитель
Длитель¬
ность вы¬
держки
в сутках
11роч-
ность при
сдвиге
в %
Контрольные об¬
100
Вода, 90°
30
58
разцы
Бензин
10
100
Вода, 20°
10
92
1
Бензин
30
84
Вода, 20°
30
92 1
Ацетон
10
96
Вода, 90°
10
62
Спирт метиловый-
10
92
>) По данным С. Л1осса [57].
Другие виды испытаний
Испытание клеевых соединений на отдиранне в настоящее время
рассматривается как дополнительный способ оценки клеев, полу¬
чивший широкое признание. В осноеном он заключается в отрыве
тонкого алюминиевого листа от более толстого, к которому он был
приклеен. На основании собственного опыта автор считает, что под¬
линная ценность такого испытания состоит в применимости его для
контроля проивводственных операций — обеспечения надлежащей
подготовки поверхности склеиваемых металлов и удовлетворитель
ного отверждения клея в соединении.
Несомненно, прочность па изгиб дает более надежное определе¬
нию так называемой «гибкости» .клея. Прочность на отдир выра¬
жается силой, измеренной в кг, требующейся для раздирания опи¬
санного образца по склейке. Небольшие изменения в склеиваемых
металлах (по толщине, величине предела текучести, состоянию по¬
верхности и т. п.) ив толщине клеевого слоя вызовут большие
колебания в прочности на отдир. Плохую подготовку поверхности
легко заметить, но, если такое испытание проводится для оценки
клея, оно имеет малую ценность. Кроме того, отрывающие усилия
имеют относительно низкие значения (10—30 кг), следовательно,
трудно добиться высокой точности эксперимента 1.
Практикуются также испытания на срез при сжатии массивных
блочных образцов, на растяжение (равномерный отрыв) и на сдвиг
при растяжении образцов соединений с двойной нахлесткой. Испы¬
тания соединений с двойной нахлесткой делаются для того, чтобы
сгладить трудности, связанные с центрированием приложенных уси¬
лий, и свести до минимума побочные отрывающие напряжения у
концов нахлестки.
1 Это справедливо только в том случае, если нет возможности воспользо¬
ваться маломощной испытательной машиной Примечание редактора.
132

Некоторые фирмы, особенно те, которые прежде работати с
клеями для древесины, предпочитают применять образцы л виде
алюминиевых блоков толщиной 6,3 мм, склеенных между собой по
площади 12,9 см-. Надрезы глубиной 6,3 мм делают на двух проти¬
воположных сторонах образца таким образом, что получается
сплошная площадь склейки 38,1 мм длиной и 50,8 мм шириной.
Затем прикладывают растягивающую нагрузку со скоростью 360 кг
в минуту (70,3 кг/см2) до тех пор, пока внутри соединения не про¬
изойдет разрушение от сдвига. Видоизменение этого метода заклю¬
чается в приготовлении образца из склеенных тонких металлических
полос, к каждой из которых приклеивают толстые деревянные бло¬
ки, после чего проводят обычное испытание па срез.
Показатели прочности клеев при растяжении (равномерный от¬
рыв) обычно устанавливают приложением растягивающей силы «к
дискам или' брускам, склеенным встык. Значения пределов прочно¬
сти при отрыве 1 обычно получаются выше значений предела проч¬
ности при сдвиге. Нередко предел прочности при отрыве составляет
величину порядка 700 кг/см2. Факторы, оказывающие влияние на
предел прочности при отрыве, большей частью те же, что » дей¬
ствующие на прочность при сдвиге. Соблюдение жссташх требова¬
ний к точности изготовления образцов и центрирование их при ис¬
пытании на отрыв особенно важно, чтобы не допустить возникнове¬
ния побочных крутящих моментов, а также, изгибающих или отры¬
вающих сил во время нагружения, В конструкциях редко применя¬
ются соединения встык, разве только в сочетании с соединениями
внахлестку. Следовательно, для оценки клеев испытания иа сдвиг
значительно более практичны, чем испытания на отрыв
Когда оценивается клей для склеивания металла с неметалличе¬
скими материалами, например, деревом, пластиками, резиной, стек¬
лом и т. п., в описанные выше испытания нужно .внести очень не¬
большие изменения. Если исследуют клей для соединения необыч¬
ной конструкции, то можно провести соответствующие специальные
испытания. Однако чаще всего это не является необходимым, сети
имеются все другие прочностные данные. Подобные испытания нуж¬
ны в тех случаях, когда изучают влияние типа соединения или раз¬
личных конструктивных параметров (длина нахлестки и др.) на его
прочность.
§ 27. Испытания конструкционных клеев,
предназначаемых для изготовления слоистых конструкций
с легким заполнителем
В настоящем параграфе речь идет об испытаниях клеев, исполь¬
зуемых для приклеивания двух наружных облицовочных слоев или
обшивок к заключенной между ними сердцевине из пенопласта, со-
тового или иного заполнителя, в производстве трехслойных мате¬
1 Имеется в виду фавномерный отрыв. Примечание редактора.
г Это утверждение автора излишне категорично. См., например, [56], а также
отечественные работы [25], [26]. Примечание редактора.
143

риалов типа «сэндвич». Для оценки этих клеев, помимо испытаний,
описанных в предыдущем параграфе, применяют другие виды испы¬
таний, специфичные для материалов и конструктивных элементов
рассматриваемого типа: испытание на отрыв обшивки, испытание на
сдвиг, испытание на изгиб и испытание на отдирание обшивки.
Если оценивается клей, то обычно необходимо для каждого вида
испытаний использовать только одну унифицированную форму об¬
разца. В связи с относительно недавним появлением конструкций
типа сэндвич стандартизация методов их испытаний находится еще
в стадии разработки. Самым важным и общим критерием оценки клея
для слоистых конструкций с заполнителем является то, чтобы соедн-
Фшг. 43. Образец трехслойнюй .панели с сотовым заполнителем
после испытания на отрыв обшивки.
нение обшшвки с заполнителем не разрушалось до того, как в ос¬
новных силовых элементах конструкции (в обшивках) не будут до¬
стигнуты требуемые по расчету напряжения. В некоторых случаях
испытаний разрушение может произойти либо в обшивке, особенно
при сжатии в испытании на изгиб, либо в заполнителе ■ главным
образом при сдвиге в испытаниях и а срез или изгиб. Нельзя брако¬
вать клей, если разрушение в этих элементах трехслойной конструк¬
ции произошло при напряжении более низком, чем требовалось.
В этом случае необходимы дальнейшие испытания с образцами трех¬
слойных конструкций, изготовленных из более прочных материалов.
Приводимые далее описания испытаний панелей типа сэндвич
носят обязательный характер. Рассмотренные соображения являют¬
ся типичными для всех разновидностей сэндвичевых конструкций,
независимо от того, какие берутся материалы для облицовки и серд¬
цевины.
Испытание на отрыв обшивки. Трехслойную панель
обрезают до удобного в обращении стандартного размера 75X^5 мм
(фиг. 43). Две обшивки образца приклеивают к металлическим бло¬
кам, приспособленным для установки в испытательной машине. При
134

этом применяют либо тот же самый клей, что для соединения об¬
шивки с заполнителем, т. е. испытуемый клей, либо другой. При
наклейке упомянутых металлических блоков очень важно осущест¬
вить точную установку склеиваемых частей, чтобы обеспечить при
испытании хорошее центрирование — приложение растягивающей
силы в центре площади склейки и в направлении, перпендикуляр¬
ном к плоокости обшивок.
Затем образцы испытывают на растяжение при любой заданной
температуре и обычно при стандартизованной скорости нагружения,
например, 270 кг/мин. Поскольку при оценке клеев используется
един и тот же ссрдцевшшый материал, то результат испытания мож-
Фкг. 44. Образец трехслойяой напели с сотовым заполнителем после
■ислытавия ва сдвиг. Повреждение произошло не в клеевом соединении
между обшивкой и заполнителем, а от сдвига в материале заполнителя.
но выразить как разрушающее усилие, приходящееся на единицу
площади (предел прочности при отрыве обшивки в кг/см2).
Следует применять достаточно прочный, плотный, сердцевинный
материал, чтобы разрушение происходило в соединении обшивки с
сердцевиной (выявление истинной прочности соединения). Если
разрушится сердцевина, выдержанная нагрузка должна быть доста¬
точно высокой, чтобы полностью удовлетворять уровню напряже¬
ния отрыва, требующемуся от соединения (поверочные испытания).
Испытание и а сдвиг. Из трехслошгой панели вырезают
стандартный образец размером примерно 75X150 мм и склеивают
с двумя металлическими пластинками (фиг. 44). Образцы испыты¬
вают приложением растягивающей силы, так же как при стандарт¬
ных испытаниях на сдвиг образцов клеевых соединений листовых
металлов внахлестку.
Клей, применяемый для склеивания крепежных пластин с обшиз-
ками образна, должен быть довольно жестким, чтобы при нагруже¬
нии во время эксперимента не имела места сильная деформация.
Для приготовления образцов, идущих на испытания при температу¬
ре ниже 100°, оказались пригодными клеи Эпон VI «ли Эпон VIII.
135

1
Для испытаний при температуре выше 100° применяют клеи НАЛ j
«Хай-Темп» или СНТ.
Испытание на изгиб. Стандартный образен размером
75X400 мм, вырезанный из сэндвиче вой плоской панели, .кладут об¬
шивкой на две опоры, расположенные вблизи его концов, и нагру¬
жают сверху. Нагружение применяют в одном месте (обычно по¬
средине дчипы образца) или в двух местах. Эти схемы нагружения
с учетом опорных реакций иногда называются соответственно трех-
и четырехточечным нагружением. Если однородная балка нагруже¬
на по первой схеме, то по всей ее длине (между опорами) наряду с
напряжениями от изгиба действуют касательные напряжения от
перерезывающей силы; и тс и другие имеют максимальную величи¬
ну около места приложения сосредоточенной нагрузки. При нагру¬
жении по второй схеме на участке между точками приложения на¬
грузки касательные напряжения отсутствуют, а изгибные напряже¬
ния постоянны (испытание на «чистый» изгиб).
В случае испытаний образцов неоднородных трехслойных мате¬
риалов картина распределения напряжений усложняется. Однако и
в этом случае вторая схема предоставляет больше возможностей
для варьирования распределения напряжений по объему образца.
Зная показатели прочности материала обшивки на сжатие и мате
риала заполнителя на сдвиг при различных температурах, можно
выбрать места приложения нагрузки при испытании так, чтобы обес
печить получение данных относительно прочности клеевого соеди¬
нения обшивки с заполнителем (как для случая, когда максималь¬
ные напряжения сосредоточены в обшивках, так и когда максималь¬
ные, близкие к разрушающим, напряжения локализованы в запол¬
нителе) .
На фиг. 45 изображена установка для испытания образцов трех¬
слойных панелей на изгиб. На фигуре виден один из возможных
вариантов разрушения образцов — отслаивание сжатой обшивки от
сердцевины. Установка для проведения испытаний образцов трех¬
слойных панслеп на чистый изгиб в условиях повышенных темпера
тур показана на фиг. 46.
Испытания на отдирание обшивки. Для слоистых
конструкций с заполнителем соответствующее испытание на отдир
состоит в определении силы в кг, требующейся для отстаивания от
заполнителя одной из обшивок стандартной напели. Лучше выра¬
жать результат испытания в виде погонного усилия отдира в кг/см.
Изменения в подготовке под склеивание поверхности обшивки резко
подчеркиваются этими испытаниями. Это обстоятельство ограничи¬
вает 'применение рассматриваемого метода для оценки клеев.
Другие испытания трехелойных материалов.
При оценке конструкций типа сэндвич были использованы и многие
другие виды испытаний. Ясно, что их можно применить для оценки
клея, которым склеена данная конструкции. К этим испытаниям от¬
носятся:
1) испытания иа длительную прочность и ползучесть при изгибе;
2) испытания на сжатие;
136

Фиг. 46. Установка для
испытания образцов трех¬
слойных панелей с сото¬
вым заполнителем на чи¬
стый изгйб в условиях по¬
вышенной температуры.
137

3) испытание при кручении;
4) усталостные испытания.
При испытаниях образцов трсхслойных материалов на длитель¬
ный изгиб к образцу прикладывают нагрузку, вызывающую в мате¬
риале сэндвича напряжения, меньшие пределов прочности при обыч¬
ном кратковременном статическом испытании. Устанавливают вре¬
мя, в течение которого образец выдерживает приложенную нагруз¬
ку, и максимальный прогиб. Пример простой установки; для такого
рода испытаний показан на фиг. 47.
Фиг. 47. Испытание образцов трехслойных материалов с заполните¬
лем иа длительную прочность и ползучесть при изгибе.	j
На сжатие образцы трехслойных материалов с заполнителем
испытывают как в направлении, перпендикулярном плоскости об¬
шивок, — «раздавливание», так и в направлении, параллельном пло¬
скости обшивок, — «продольный иегиб». Эти испытания иллюстри¬
руются фигурами 48 и 49. При испытании на сжатие перпендику¬
лярно к обшивке рекомендуется снимать диаграмму нагрузка — де¬
формация. При испытании на сжатие вдоль обшивки наблюдают за
поведением образца при испытании и характером разрушения, ко-	J
торое может быть весьма разнообразным.
Испытания на вибрацию ведут различными; способами, стремясь	|
воспроизводить условия, близкие к реальным условиям службы кон-	\
струкции. На фиг. 50 в качестве примера показано испытание об-	}
разца трехслойного материала на усталость при изгибе.	;
Общие замечания. Одного испытания на отрыв обшивки	|
едва ли достаточно для оценки клея, предназначаемого для склей-	-
вапия обшивки с заполнителем в трехслойной конструкции. Очень	j;
хрупкнй клей мог бы_ успешно выдержать это испытание, но ока-	|
заться непригодным «а практике. Испытания на отдираиие обшивки	|,|
138	|

Фнг. 48. Испытание трехслойного материала на сжатие в направле¬
нии, перпендикулярном обшивке. Рекомендуемые размеры образца
75X75 мм
Фяг. 40. Схема испы¬
тания трехслошюй па¬
нели с заполнителем
на сжатие вдоль об¬
шивки. Рекомендуе¬
мые размеры: шири¬
на 75 мм, высота
150—250 мм.

часто рекомендуются в качестве дополнительных для выявления та¬
кой непригодности. Напряжения, возникающие в соединении обшив¬
ка—заполнитель во время испытания на сдвиг, конечно, также не
воспроизводят вес типичные действительные условия нагружения
•конструкции. Испытание на изгиб, видимо, самое надежное и прием¬
лемое для оценки клея в соответствии с требованиями практики.
Фиг. 50 Испытания образца трсхслошюго материала на усталость при пере¬
менном изгибе.
Удобно воспроизводить тенденцию обгиивкн к выпучиванию и от¬
слаиванию при продольном сжатии. При таком испытании клеевое
соединение подвергается как растягивающему, так и сдвигающему
напряжениям. Одна ведущая фирма придерживается (по крайней
мере в настоящее время) двух испытаний для оценки клеев, пред¬
назначаемых к использованию в слоистых металлических конструк¬
циях для соединения обшивки с сотовым заполнителем: испытание
на сдвиг образцов внахлестку из дуралюмииа и испытания на «чи¬
стый» изгиб образцов трехслойной панели с сотовым заполнителем.
§ 28. Испытания неконструкционных клеев
При оценке пригодности клея для склеивания неметаллических
материалов с металлом описанные выше испытания не всегда яв¬
ляются возможными или самыми лучшими. Для жестких материа¬
лов, таких как стеклотекстолит, указанные методы вполне подходят.
Однако для гибких материалов, например, резины, для которых
обычно применяют нссиловые клеи, требуются изменения в методах
испытаний. Ниже приводятся два самых подходящих вила испыта¬
ний неконструкционных клеев.
Испытание на отдир по ASTM Д42-47Т-В. Полосу ре¬
зины или другого легкогнущегося материала шириной 25,4 мм, дли-’
НО

ной 200 мм н толщиной 6,4 мм склеивают клеем, который испыты¬
вается, с полосой из низкоуглеродистой стали SAE 1020 той же ши¬
рины и длиной около 175 мм. Затем металлическую полосу жестко
крепят па опоре, связанной с -одним из зажимов испытательной ма¬
шины, а резину вставляют в другой зажим и отдирают под утлом
в 90° при постоянной скорости движения ходового зажима машины
(100 мм/мин). Отрывающие усилия должны фиксироваться, лучше
всего автоматически записываться на диаграмме.
Аналогичное испытание, особенно пригодное для клеевых соеди¬
нений топкой фольги и материалов, обладающих низкой прочно¬
стью, описано в ASTM Д903-46Т. Фольгу или другой материал от¬
гибают назад и отдирают под углом 180° со скоростью
150 мм!мин.
Испытание на отрыв по ASTM Д429-47Т. Цилиндриче¬
ский образец из резины или другого- материала диаметром 40,5 мм
и толщиной 12,7 лог вклеен между двумя стальными (SAE 1020)
пластинками такого же диаметра толщиной 9,5 мм. К двум сталь¬
ным пластинам с постоянной скоростью 25 мм/мин прикладывают
растягивающее усилие вплоть до разрушения.
§ 29. Испытания прочности клеевых соединений
без их разрушения
Испытание клеевых соединений без разрушения -имело бы огром¬
ную ценность для контроля качества соединений при изучении фак¬
торов, отрицательно влияющих на прочность соединения, и для под¬
бора состава клеев. Такое испытание могло бы базироваться на
определении физических или химических свойств соединения и увяз¬
ки их с прочностью; большинство исследователей шло этим путем.
Попытки вводить радиоактивные ■материалы и аналогичные методы
оказались пригодными только для выявления в клеевом шве непро-
клея. Только при установлении свойств клея или изделия, изготов¬
ленного с его помощью, можно получить сведения относительно
степени отверждения клея в клеевом соединении и его состояния.
Несомненно, самым удачным меразрушающим методом испыта¬
ния последнего времени является метод, разработанный в Массачу-
.зетском технологическом институте. Нашли, что динамический мо¬
дуль образцов, изготовленных склеиванием встык металлических
прутков, оказывается пропорциональным прочности соединения при
растяжении. Предпочтительнее применять продольные колебания
ультразвуковых частот. Этот метод успешно использовался как для
силовых, так и иесиловых клеев типа резиновых.
Попытки использовать «диэлектрическую постоянную» (или ем¬
кость) таких соединений встык оказались неудачными, может быть,
из-за краевого эффекта и, возможно, даже из-за влияния .малых
колебаний влажности воздуха и его температуры юо время
замера.»
Научные работники фирмы Дженерэл Электрик добились .неко¬
торого прогресса в применении метода, связанного с тсплопереда-
141

чей как критерием прочности клеевого соединения. Повидимому,
прочные клеевые соединения обладают несколько иной теплопровод¬
ностью. чем неотвердевшие или поврежденные. Однако, так же как
в случае определения емкости, краевые эффекты и другие перемен¬
ные, вероятно, будут серьезно осложнять этот метод для любых це¬
лей, кроме определения непроклея.
Ученые Кэйзовского технологического института изучают факто¬
ры, влияющие на адгезию между материалами. Некоторые ш этих
факторов могут быть полезны при разработке методов неразрушаю-
щих испытаний, подходящих для контроля качества. Одним из фак¬
торов, уже выясненных, является электрический потенциал, возни¬
кающий при раздирании или отрыве клеевого соединения.
КОНСТРУКЦИЯ и РАСЧЕТ КЛЕЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ
Самыми распространенными типами клеевых соединений в кон¬
струкции являются соединения внахлестку и встык. Характер клее¬
вого соединения определяется как его конфигурацией, так и родом
прилагаемой к нему нагрузки.
§ 30. Соединения встык
Клеевое соединение этого вида получается при соединении тор¬
цевых плоскостей двух элементов. Образец на растяжение. — типич
ный пример соединения встык, называемого также соединением
«впритык» или «вторец».
Когда такое соединение располагается плоскостью склейки пер¬
пендикулярно ж линии действия растягивающих или сжимающих
усилий, теоретически напряжения концентрируются в той или иной
мере около периферии клеевого соединения. Напряжения могут рас¬
пределяться однородно под нормальной нагрузкой только в двух
исключительных случаях: если отношение <>. : Е (коэффициента
Пуассона к модулю нормальной упругости) одинаково как для клея,
так и склеиваемого материала и если клей имеет отношение jx : Е.
близкое к нулю.
В первом случае напряжения растяжения или сжатия вызовут
одинаковые поперечные деформации в клеевом шве и в склеивае¬
мых материалах. Это условие было бы удовлетворено, если бы клей
обладал теми же физическими; свойствами, что и склеиваемые ма¬
териалы. По отношение ц : Е клея всегда значительно больше-, чем
у любых склеиваемых металлов, потому что у клея и больше, а Е
меньше, чем у любого конструкционного металла. Второе условие
потребовало бы использования клеевого материала с коэффициен¬
том Пуассона, равным нулю, или с бесконечно большим модулем
упругости. В этом случае клеевой слой не будет деформироваться
в поперечном направлении, т. е. в плоскости сктейки, если соеди¬
нение подвергается растяжению или сжатию.
Таким образом, ни одпо из указанных условий никогда не встре¬
чается на (практике, когда склеиваются металлы. Следствием этого
142

являются неравномерное распределение нормальных напряжений и
некоторая концентрация напряжений сдвига по краям соединения на
поверхности раздела металл—клей.
При определенных условиях большое значение имеет геометрия
соединения встык. Это особенно справедливо, если такое соедине¬
ние должно во время работы подвергаться воздействию повышен¬
ных температур. Напряжения, возникающие вследствие различия
коэффициентов термического расширении склеиваемых металличе¬
ских элементов и клея, сходны с напряжениями, рассмотренными
выше, в том, что они локализуются около кромок клеевого шва.
В клеевых соединениях встык прутков или дисков температурные
напряжения для данного металла и клея будут тем слабее, чем
меньше диаметры склеенных элементов. В результате вследствие
разницы в коэффициентах термического расширения для разруше¬
ния клеевых стыковых соединений прутков малых диаметров по¬
требуется более значительное изменение внешних температур. Экс¬
периментально это было подтверждено в работе Массачузетского
технологического института для фенольно-винилового клея при
склеивании алюминиевых и стальных деталей.
Если нагрузить стыковое клеевое соединение на чистое растя¬
жение (равномерный «чистый» отрыв), то можно получить прекрас¬
ные показатели прочности. Значения свыше 700 кг/см2 были полу¬
чены при испытании эпоксидных клеен и клеев на фенольной
основе.
Определяя условия «чистого» равномерного отрыва, пренебре¬
гают вторичными ■напряжениями сдвига и концентрацией нормаль¬
ных напряжений у кромок клеевого шва, которые обусловлены раз¬
личием в упругих или термических константах и вскрываются анали¬
зом внутреннего напряженного состояния клеевого шва. Обычно
исходят из элементарной картины распределения напряжений и тре¬
буют, чтобы при чистом отрыве к соединению не прикладывалось
касательных усилий, равнодействующая растягивающих усилий про¬
ходила через центр тяжести площади склейки и напряжения от рас¬
тягивающих усилий распределялись по площади склейки равно¬
мерно.
Однако идеальные условия чистого отрыва в действительности
редко встречаются. Бывает трудно подогнать механической обра¬
боткой склеиваемые части так, чтобы избежать их смещения и по¬
явления напряжений изгиба при нагружении. Подобные смещения
могут происходить в в процессе оклеивания деталей. Наконец, воз¬
никновение дополнительных изгибных напряжений может быть выз¬
вано условием приложения внешней нагрузки. Будь хоть малейшая
тенденция к изгибу или отдиру, стыковое соединение резко снижает
свою несущую способность. Это снижение проявляется тем слабее,
чем больше площадь склейки.
Таким образом, соединения встык должны применяться только
в комбинации с соединениями внахлестку или в том случае, когда
должны склеиваться относительно большие поверхности. Многочис
ленные применяемые практически клеевые соединения металтов
1-13

имеют конфигурацию, которая представляет собой сочетание соеди¬
нений внахлестку и встык. Некоторые примеры такого рода клеевых
соединений показаны на фиг. 51.
Соединения со
стыковочным
Врезные элементом
( шпцнтоЬые) ( планкой,
Нахлестка соединения Втулкой и т.п)
Соединения Шй
Внахлестку
и Встык
Тавровые
соединения
аческие
( трубчатые)
соединения
Фиг. 51. Рекомендуемые конструктивные формы клеевых
соединений.
§ 31. Соединения внахлестку
Расчет прочности клеевого соединения
Клеевое соединение в одинарную нахлестку соединение, в ко¬
тором два элемента накладываются концами друг на друга и склеи¬
ваются вместе (фиг. 52). Это самый распространенный тип клеевого
соединения, применяемого в промышленности.
< /
я ?
ними и
ь 6
и
-Л—р
> 1
Фиг. 52. Клеевое соединение внахлестку, подвергае¬
мое действию сдвигающих сил Р.
Соединения внахлестку располагаются в изделии так, чтобы вос¬
принимаемые ими внешние усилия действовали преимущественно в
плоскости клеевых швов. Такие усилия в основном вызывают в клее¬
ном шве напряжения сдвига, но одновременно в нем имеются и дру- |
гие напряжения. В то время как в склеенных внахлестку металли-
ческих элементах возникают напряжения растяжения, в клеевом со¬
единении, кроме напряжений сдвига, могут появиться у краев пло-
144

щади склейки отдирающие напряжения, т. е. напряжения растяже¬
ния в направлении, перпендикулярном плоскости склейки. Учет
этих «вторичных» напряжений существенен при расчете клеевых со¬
единений внахлестку.
Если применяется тонкий листовой металл, например, толщиной
0,5 мм или меньше, то растягивающее напряжение в оклеиваемых
элементах .может быть достаточно большим, чтобы вызвать в метал¬
ле разрушение. Форма нахлестки, т. с. се ширина и длина, и проч¬
ность клея определяют для металла данной толщины время наступ¬
ления разрушения. Ясно, что если разрушение произошло по метал¬
лу, но при -нагрузке менее расчетной или заданной, то деталь сле¬
дует переконструировать, введя в нее более толстый или прочный
металл. Если разрушение металла происходит после того, как на¬
много превышены требования к прочности конструкции, можно пере¬
конструировать соединение, применив клеевое соединение с нахлест¬
кой меньшей длины.
Разрушение в клеевом соединении может локализоваться в
клеевом шве (когезионное разрушение) или может нроивойти на
линии раздела металл—клей (адгезионное разрушение). Характер
разрушения зависит от состояния поверхности, толщины и рода ме¬
талла, а также от природы клея и толщины клеевого шва. В клее¬
вых соединениях внахлестку разрушение преимущественно должно
быть когезионного характера. В противном случае следует обра¬
тить самое серьезное внимание на проверку и, возможно, пересмотр
обработки поверхности, выбор металла и т. п. Скорее всего причи¬
ну можно найти в недостаточном контроле за чистотой подготовляе¬
мой к склеиванию поверхности или просто в отсутствии его.
Как было отмечено выше, в клеевом соединении внахлестку мо¬
гут возникать растягивающие напряжения, перпендикулярные пло¬
скости) клеевого шва. Голанд и Рейсснср, а равно и другие исследова¬
тели [11] показали, что это растягивающее напряжение больше по
концам нахлестки и уменьшается по мере приближения к се сере¬
дине. Такие напряжения приводят к явлениям отрыва в клеевом со¬
единении и заметному снижению прочности на сдвиг. Среднее на¬
пряжение сдвига в клеевом соединении внахлестку - это приложен¬
ная -нагрузка, разделенная на площадь склейки; «предел» прочности
соединения при сдвиге — это величина указанного среднего напряже¬
ния в момент разрушения.
Когда склеенные внахлестку элементы подвергаются действию
растягивающих сил, то напряжения растяжения в каждом из них
имеют максимальные .значения у границ клеевого соединения. Та¬
ким образом, на фиг. 52 склеенный элемент I испытывает наивые-
шее напряжение в зоне А, а элемент // — в зоне В. Если склеенные
элементы работают в пределах упругости, то и деформация, соот¬
ветствующая этим напряжениям, будет самой большой в точках
А и В. Подобная дифференцированная деформация имеет место в-о
всех типах соединений внахлестку — клеевых, заклепочных, свар¬
ных. В результате у концов нахлестки имеет место концентрация на¬
пряжений, самое низкое напряжение наблюдается в центре С.
10 г. Эпштейн
145

Склеиваемые элементы с низкими модулями упругости подвер¬
жены при данной нагрузке большей деформации, следовательно,
клей у концов нахлестки таких соединений подвергается большим
растягивающим (или отрывающим) напряжениям, чем при элемен¬
тах с более высоким модулем. Таким образом, упругие свойства
склеиваемых элементов играют решающую роль при определении,
прочности, формы и размеров клеевого соединения внахлестку.
Различные другие факторы влияют на относительную степень
локализации напряжений при нагрузках на сдвиг. Например, клен с
более низким модулем сдвига, т. е. более «гибкие» или податливые,
будут легче распределять локализованные напряжения. Исчерпы¬
вающий анализ этих факторов дап Фолькерсеном, а равно другими
авторами [11], их выводы суммированы ниже.
Как уже отмечалось, напряжения в клеевом соединении вна¬
хлестку, вызванные нагрузкой, обычно не распределяются равно¬
мерно по склеенной поверхности. Максимальное -напряжение нахо¬
дится у концов нахлестки. Отношение этого максимального напря¬
жения -maj( к среднему напряжению	называемое коэффициен¬
том концентрации напряжения п, зависит от геометрических и фи¬
зических параметров. Этот коэффициент является функцией длины
нахлестки I, модуля сдвига G и толщины d клеевого слоя, модулей
упругостей Ei и Е.2 и толщины и <S2 обоих оклеиваемых элемен¬
тов. Указанная зависимость выражается формулой (1):
л =	55-=—	coth	1 ,	(1)
где
ч:рвд	к
■ >— ,/А
k V w
k
(2)'
д-^,	(3)
ЭД'/_ M^l+^E-^2	/4)
ад
Когда оба склеиваемые элемента идентичны, что бьтвает в большин¬
стве случаев, то выражение (2) приобретает вид
—=/j	—G—.	-	(5)
k I 2 ESd
Зная входящие в эти формулы характеристики механических
свойств клея и склеиваемых материалов, размеры данного соедине¬
ния и «истинный» предел прочности при срезе соединения на дан¬
ном клее, ранее определенный опытным путем, можно подсчитать
прочность на сдвиг рассчитываемого соединения:
Р—х F -™ах lb
сред'	’
где Ъ — ширина -нахлестки.
146

Де Брюин ввел в употребление так называемый «коэффициент
соединения», равный [' S/1, чтобы заранее определять прочность на
сдвиг данной системы клей—склеиваемый элемент, в которой дли¬
на нахлестки и толщина склеиваемого элемента могут варьировать.
Если клей и условия отверждения сохраняются постоянно теми же
самыми и только Sul изменяются, то можно построить график
прочности! на сдвиг в зависимости от «коэффициента соединения».
Такой график дан на фиг. 53 для клея НАА «Хай-Темп». Отдельная
кривая требуется для каждой температуры испытания. Де Брюин
составил аналогичный график для клея ридакс. По таким кривым
легко установить предполагаемую прочность при сдвиге соединения
внахлестку, если определены толщина склеиваемого элемента и
длина нахлестки. Наоборот, для заданной прочности можно устано¬
вить требующуюся толщину склеиваемого элемента или длину на¬
хлестки, если известна одна из двух последних переменных
(S или /).
Де Брюин в целях облегчения подсчета коэффициента соедине¬
ния | S/1 для всех возможных значений S и / использует номо¬
грамму. Эта номограмма и подобная ей подходят для соединений с
односторонней нахлесткой любых материалов.
К- Фрей [46], используя результаты эксперимента, обработанные
с помощью «коэффициента соединения», и приняв, что оптималь¬
ные размеры клеевых соединений внахлестку соответствуют слу¬
чаю, когда напряжения сдвига в клеевом соединении достигают
уровня разрушающих, а напряжения растяжения в склеенных эле-
мешгах достигают значений предела текучести, дал свою расчетную
номограмму, построенную для клея аральдит (фиг. 54).
Недостатком имеющихся в настоящее время методов расчета
прочности клеевых соединений на сдвиг служит лежащее в их осно¬
ве предположение о том, что вое элементы клеевого соединения и
прежде всего клеевой шов работают в пределах упругости. Методы
расчета охватывают только область кратковременных статических
нагрузок. Понятно, что эти замечания не распространяются на «рас¬
четные» диаграммы, являющиеся простым отображением результа¬
тов серии ранее проведенных испытаний различных клеевых соеди- :
нений.
Влияние различных конструктивных факторов
иа прочность клеевого соединения внахлестку
Из зависимости коэффициента концентрации напряжения от ве¬
личины l/k видно [см. формулы (1) — (5)], что концентрация напря- '
жения:	j
1) возрастает с увеличением длины нахлестки;	!
2) не зависит от ширины нахлестки;
3) медленно -возрастает с повышением модуля сдвига клея и
4) медленно падает с повышением модуля упругости металла,
толщины металла и толщины клеевого слоя.
В соответствии с результатами теоретического анализа прочно¬
сти клеевого соединении внахлестку оптимальной конструкцией
10*
147

^ 160
>-
У «t>
§•!
о г
<a.s>
%
<tt Qo
<D 5
»f
140
120
100
80
60
W
/
/
/
>
/
/
у
/
/
0JD2
0,10
0,04 0J06 0,08
Значения i/s/l
Фиг- 53. Среднее разрушающее на¬
пряжение сленга для клеевых соедш-
непнй внахлестку ям клее НАА «Хай-
Темп» в зависимости от коэффициен¬
та >/" S.U. Толщина S и длина на¬
хлестки I измерены в мм.
1—температура испытания 25°, 2—темпера¬
тура испытания 260®.
I V*
ре пг	5	мм
бг кг/мм*
Фиг, 54. Диаграмма для
определения оптимальных
размеров простого соедгимс-
нга пнахчествду листов из
легких сплавов нд клее
* аральднг 1.
qt—предел текучести склеивае¬
мого металла. S — толщина
склеиваемых листов. / — длина
нахлестки. Яв — погонное растя-
гинающее усилие, отвечающее
пределу текучести металла.

соединения внахлестку является такая конструкция, в которой длина
нахлестки очень небольшая, клей нежесткий, «гибкий», клеевой слой
толстый, оклеиваемый материал жесткий и толстый (идеальное со¬
единение получается, если коэффициент концентрации напряжений
п=1, т. е. при однородном распределении напряжений).
Вполне понятно, что общая прочность соединения возрастает
прямо пропорционально ширине нахлестки (не смешивать с преде-
Фмг. 55. Предел прочности пки сдвиге
клеевого соединения внахлестку па клее
НАА «Хай-Темп» в зависимости ог дли¬
ны нахлестки.
1—температура испытания 25°, 2—температура испы¬
тания 26СР
лом прочности соединения при сдвиге или погонным разрушающим
усилием), протяженность которой может значительно превышать
«длину» нахлестки.
Там, где Л 0, коэффициент концентрации напряжений п—
= —— >1, напряжения едпига распределяются равномерно. Эго по-
тсред
ложение может достигаться по мере того, как длина нахлестки /
становится вес меньше. Изменение предела прочности на сдвиг в
зависимости от длины нахлестки I показано на фиг. 55 для «лея
№

НА А «Ха-й-Темп» при колшатной температуре и при 260°1. Подоб-
■нн-е кривые были построены и для клея ридакс.
Величина К уменьшается не только при укорочении нахлестки,
но и по мере уменьшения жесткости клея п отвержденном состоя¬
нии, характеризуемой модулем сдвига G.
Формальный анализ напряжения и клеевом соединении внахлест¬
ку мог бы привести конструктора к убеждению, что он должен пре¬
дусматривать очень толстый и нежесткий клеевой слой. В действи¬
тельности это далеко не так. Клеи, которые отличаются чрезвычай¬
ной гибкостью, легкой деформируемостью, обычно соответственно
слабы и проявляют чрезмерную ползучесть под постоянной нагруз¬
кой. Это является одной из причин, почему клеи тина резиновых «не¬
пригодны для силовых случаев применения, но подходят для склей¬
ки общего «назначения.
Что касается толщины клеевого слоя, то на опыте хорошо из¬
вестно, что клеевые соединения с толстым клеевым швом обладают
пониженной прочностью. Для объяснения причин повышения проч¬
ности склейки с уменьшением толщины клеевого шва были предло¬
жены различные теории, которые вкратце сводятся к следующему:
1. Ориентация молекул клея (Мак-Бэйн и сотрудники). «Цепи
ориентированных молекул», распространяясь по всему клеевому
слою, обеспечивают прочность клеевого соединения. Ориентации
способствуют поверхностные силы склеиваемых элементов. Интенсив¬
ность этих сил изменяется обратно пропорционально расстоянию от
металла и, следовательно, является самой высокой на поверхностях
раздела и самой низкой в центре клеевого сдоя. Чем толще клеевой
слой, тем слабее клеевое соединение.
2. Различия в физической структуре (Константинова)'2. Кристал¬
лическая или иная структура клея в отвержденном состоянии изме¬
няется с изменением толщины слоя.
3. Теория дефектов (Байкерман). Чем тоньше клеевой слой, тем
меньше статистическая вероятность появления дефектов или повреж¬
дений определенной величины внутри клеевого слоя и, следова¬
тельно, тем выше прочность соединения.
4. Снижение пластического течения во время испытания (Орован
и Стсгер). Заключение материала клея между двумя жесткими
склеиваемыми элементами- уменьшает степень пластического тече¬
ния, которое может произойти, когда материал находится под на¬
грузкой. Разрушение в клеевом шве происходит в точке наивысшею
пластического течения. Такое ограничение (стеснение) развития
пластических деформаций в топких клеевых слоях значительно боль
1 Не надо забывать, что .прочность соединения при сдвиге п отличие о 1
соответствующего предела прочности с увеличением длины и та хлестки не падает,
а, наоборот, «возрастает—• сначала быстро, затем все медленнее, асимптотически
приближаясь к некоторому предельному уровню, часто лимитируемому проч-
чюстью на jpaspbiB склеенных элементов. С увеличением длины нахлестки пло¬
щадь склейки растет быстрее нежели уменьшается среднее разрушающее
напряжение. Примечание редактора.
2 Имеется в в,иду статья В. П. Константиновой И2]. Примечание редакторе..
150

те, чем i) tu.vriiix, u<nи>чу прочное п. тсикот «лесчюго uma более
высокая.
5.	Распределение тп/греипи.х нш1ря>н*нпА (Меиссн&р и Болдов,
Хэкстра и ФритцинзПричегг). Тенденции! клея ежямгтк’я (или да¬
вать усадку) во время отверждения и иод нагрузками ипрсчают
препятствия на поверхности раздела k.'kTi—металл, так как |ипме-
ры этих плоскостей являются постоянными. Эти огриинчи гели вызы¬
вают внутренние .напряжения внутри клея. Чем тоньше клеевой
слой, тем меньше материала, нуждающегося в охранении от усадки,
и.	следовательно, тем ниже эти напряжения.
Другим фактором, который часто не учитывают, являются внут¬
ренние напряжения, возникающие в результате отверждения термо¬
реактивного клея при нагреве и под давлением. Когда давление
снимается (по окончании отверждения), клей проявит тенденцию
перейти в новое состояние, отвечающее изменившимся внешним
условиям:	пониженной	температуре	и пониженному давлению.
Однако ограничения, накладываемые склеиваемыми элементами,
гермозят это действие, и на поверхностях раздела возникают напря¬
жения. Подобным же образом напряжения .в клеевом шве могул
появиться во время охлаждения вследствие различия в коэффициен¬
тах термического расширения клея и склеиваемых элементов. Ана¬
логичные рассуждения можно применить и к явлению улетучивания
растворителя из клеевого шва в ходе отверждения. Более топкие
•клеевые слои будут обладать меньшими па пряжениями для данной
площади склейки. Следовательно, такие соединения являются более
прочными, чем соединения с более толстым клеевым швом.
По мнению автора, изменение прочности па сдвиг в зависимости
от толщины клеевого слоя обусловлено тем, что одновременно дей¬
ствуют факторы, которые учитываются в двух теориях — пластиче¬
ского течения и внутренних напряжений. Это явление наблюдалось
в образцах, испытанных как иа сдвиг, так и на растяжение. Сооб¬
щалось о многочисленных экспериментальных подтверждениях этого
явления для различных типов клеевых материалов, иапрпмер, пара¬
фина, шеллака, полистирола, полиэтилена, метилметакрилата.
Мейсеиер и Меррилл сообщили об этом явлении при испытании
клеевых соединений встык стальных образцов, обработанных па то¬
карном станке. Когда в качестве клея был использован полиметил -
метакрилат, предел прочности на растяжение колебался от
225 кг/см2 при толщине клеевого слоя 0,25 мм и до 26 кг/см2 при
толщине клеевого шва 4,56 мм. При использовании в качестве клея
полистирола без наполнителя предел прочности при растяжении ко¬
лебался от 147 кг/см2 при толщине клеевого шва 0,51 мм до нулевой
прочности при толщине клеевого шва 2,79 мм. Аналогичная связь
была подмечена Краусом и Мэнсоном, которью отметили влияние
на это явление температуры. При повышенных температурах коле¬
бания прочности в зависимости от толщины клеевого шва становят¬
ся менее резко выраженными. Это легко объяснить, вспомнив, что
при повышенных температурах клей становится более вязким и,
таким образом, может рассеять 'внутренние концентрации напряже¬
151

ния. Действительно, Г. Сильвер показал, что в случае использования
вязких клесв прочность клеевого шва может существенно понысипъ-
ся с увеличением толщины клеевого слоя. В табл. 32 показаны
данные Сильвера для нескольких клесв, применяемых при склеи¬
вании латуни со слоистым фенольным пластиком.
Закон понижения прочности с увеличением толщины клеевого
слоя сохраняется и у более жестких резорхщоновых клеев, которые
могут быть пригодны для конструкционного применения. Обратное
явление наблюдается у вязких клеев — тиоколовых, виниловых
•и т. п., обычно не пригодных для
использовании в колструкцинх.
Вернемся к рассмотрению
других конструктивных факто-
рО'В, влияющих на .прочность
клеевых соединений внахлестку.
Согласно теории соединения
внахлестку из толстых жестких
склеиваемых элементов более
желательны, чем соединения
внахлестку с тонкими и легко¬
растяжимыми элементами. Это
заключение подтверждено экс¬
периментами.
Типично .повышение прочно¬
сти клеевого соединения с уве¬
личением толщины склеивае¬
мых элементов, наблюдаемое -
в клее метлбонд. Средние зна¬
чения прочности на срез возра¬
стают со 125 кг/см2 при тол¬
щине склеиваемых элементов
0,5 мм до 211 кг/см* при тол¬
щине склеиваемых элементов 1.0 мм и, наконец, достигают 260 кг/см*
при толщине склеиваемых элементов 3,3 мм. Эти результаты даны
для образцов из алюминиевого плакированного сплава 24ST шириной
25,4	мм с нахлесткой 12,7 мм при испытании в условиях комнатной
температуры.
Эта же зависимость иллюстрируется графиками па фиг. 56- 58,
построенными по результатам испытаний клея ридакс Г59[.
Мак-Бэйн и Ли, а также другие йсследователи обнаружили
и изучали влияние механических свойств склеиваемого элемента
на прочность клеевого соединения. Было наглядно показано, что
металлы с самыми высокими значениями модулей упругости и проч¬
ности (самая низкая сжимаемость и малый атомный объем) обеспе¬
чивают наиболее прочные соединения ив тех, которые можно полу¬
чить с иомощрю данного клея.
Влияние рода склеиваемого материала на прочность клеевого
соединения иллюстрируется в табл. 33, приводимой Прсйсверко.м,
Мейерхаусом и Дейцем {63]. Имеются данные [28], подтверждающие
152
5000
\ йООО
54
S000
О а)
2 5
fc: о;
Й *5.
Р С
а
2000
W00
—\-
\ 'Ч|
1=
27мм
г м
II
%Чми ■
1=
^ I
/г,7«м
О I 2	3	4	5
Толщина в мм
Фиг. 56. Максимальные напряжения
растяжения, которые .могут быть в
склеенных клеем ридакс элементах в
зависимости от толщины металла и
длины нахлестки /.
А — алюминиевый сплав ДТД687, В — алю-
миниеный cir.niк ДТД746, В — алюминиевый
сплав ДТДлО, Г — спецификация ДТД775 иа
клей ридакс.

Таблица 32
Влияние толщины клеевого слоя на ударную вязкость при сдвиге
образцов клеевых соединений
Тип клея
Толщина клеевого
слоя в мм
Ударная вязкость
в кгсм
Буна N-винил
0,03
22,1
0,07
41,5
0,11
51,2
0,35
71,9
0,46
113,5
0,55
127,0
0,87
142,2
Буна N-фенольная смола
0,03
35,9
0,05
38,7
0,12
56,7
0,22
71,9
0,63
123,0
0,77
130,0
Винил-бутираль
0,03
0,7
0,06
18,0
0,40
56,6
0,71
73,2
Тиокол
0,05
76,0
0,12
97,0
0,19
103,8
0,37
142,2
0,78
168,5
1,16
220,0
Резорциновый (грунт каучук—
казеин)
0,05
0,13
0,20
0,45
0,58
0,84
97.0
83.0
84,4
78,8
80,3
93.0
Резорциновый (грунт Буна N-
пшл)
0,12
0,36
0,59
0,88
71.9
71.9
59,4
54,0
153

на примере оклеивания плакированных алюминиевых сплавов с раз¬
личными пределами текучести, что на прочность клеевого соедине¬
ния влияют именно механические свойства склеиваемых материа¬
лов, а не только физико-химическая природа склеиваемых поверх¬
ностей.
Все указанные выше данные
приводят к выводу, что стандарт¬
ный образен внахлестку следует
использовать при испытании для
Si 800
3
ag боо
2Эч\
Get*'
<4 ООО
Й а
I» 200
а
l-tZ7
~
ми.
_1
)UMM

1=12,7 мм
г г и
Толщина в мм
Фиг. 57. Погонные разрушающие
усилии для соединения внахлестку
на клее ридакс в зависимости от
длины «нахлестан I и толщины ме¬
талла.
г з
Толщина в мм
Фиг. 58. Предел прочности при
сдвиге соединения внахлестку на
клее ридакс в зависимости от тол¬
щины металла н длины нахлест¬
ки I.
Таблица 33
Прочность при сдвиге соединений клеем аральдит 1
различных металлов
Склеиваемые металлы
Температура
испытания
в °С
Предел прочности	текучести
клеевого соедипе- *
ний при сдвиге
в кг!см2
металла при рас¬
тяжении в кг!см2
Антикородаль (подобен
—60
750
2970
• дуралюмииу Д16АТ)
-20
649
2970
20
570
2970
60
430
2970
100
292
2970
Железо
20
'489
2410
Сталь хро.моникелевая
20
542
3050
Медь
20
496
2550
Бронза фосфористая
20
535
6230
Латунь
20
463
2720
Примечание. Образцы с двухсторонней нахлесткой. Длина нахлест¬
ки 5 мм. Режим склеивания: температура 210°, время отверждения 1 час,
давление около 50 кг/см2. Нагружение статическое.
154

установления относительных достоинств испытываемых клеев.
Изготовители и поставщики клея, пе сообщая сведений о конфигура¬
ции образцов, иа которых сип проводили испытания, или пытаются
обмануть неопытного потребителя или сами не осведомлены о раз¬
личных факторах, влияющих иа прочность. Можно получить, напри¬
мер, почти любое высокое значение прочности на сдвиг экстраполя¬
цией длины нахлестки в направлении к нулю Вот почему солидные
поставщики всегда подробно информируют о размерах образцов,
принятых для испытания клея.
Соединение в одинарную на¬
хлестку, рассмотренное выше,
является простейшим и наибо¬
лее широко применяемым ви¬
дом соединения материалов.
Иногда применяют различные
модификации этого типа клее¬
вого соединения либо по при¬
чине специальной конфигура¬
ции склеиваемых деталей, на¬
пример, коаксиальные соедине¬
ния при сращивании труб, либо
для получения более эффектив¬
ных соединений.
Соединения с двойной или
двухсторонней нахлесткой сни¬
жают тенденцию к изгибу
вследствие эксцентриситета на¬
грузки. Прочность такого со¬
единения может быть почти в
два раза больше прочности со¬
ответствующего соединения в
одинарную или одностороннюю
нахлестку, как это показано на
фиг. 59.
Это положение остается в
силе для соединении внахлест¬
ку усовых и со скошенными кромками (как одинарных, так и двой¬
ных). Такие соединения весьма эффективны, но их трудно изготов¬
лять. Если оба склеиваемые элемента из одного и того же материа¬
ла, то достаточно одинарного усопого соединения. Когда склеивают
два элемента из различных материалов, то лучше делать двойное
усовое соединение с углом скоса в каждом пропорционально модулю
упругости материала. Такие соединения обладают повышенной проч¬
ностью, потому что можно добиться практически постоянных значе-
1 Практически увеличение предела прочности при сдвиге клеевого соедине¬
ния с односторонней нахлесткой при уменьшении длины нахлестки ограничено,
так как начинают все в большей мере сказываться отрывающие агапряжения
вследствие эксцентриситета приложения растягивающих усилий (равного пример¬
но полусумме толщины склеенных полос). Примечание редактора.
Длина нахлестки в мм
Фиг. 59. Сравнение прочности на сдвиг
при растяжении клеевых соединений с
односторонней и двухсторовней нахлест¬
кой. Образны из плакированного дуралю¬
мина толщиной 1 мм.
I—односторонняя нахлестка, 2-двухсторонняя
нахлестка.

ний напряжения и деформации по всей площади нахлестки, придавая
поперечному сечению элемента форму в соответствии с распределе¬
нием усилий вдоль соединения.
Метод испытания склеивания на двойной срез по Джонсону
« модифицированный метод Мак-Бэйна по сути дела заключаются
в испытании на срез стыковых клеевых соединений.
Коаксиальные соединения, 'Применяемые при подгонке труб раз¬
личных диаметров, требуют или клеев-заполнителей или высокой
точности размеров соединяемых труб (низкие допуски). Необходимо
избегать зазоров свыше 0,25 мм.
На основании испытаний, проведенных фирмой Порт Америкэн
Авиэйшн, можно сделать заключение о том, каких характеристик
можно добиться от такого соединении. Стальной вал диаметром
6 мм был склеен с обоймой подшипника клеем Эпон VI (фирмы
Шелл Кэмикэл). Радиальный зазор составлял 1,5 мм. Нагрузка
прикладывалась по оси вдоль вала (на выталкивание вала из
обоймы). Предельное напряжение сдвига превышало 316 кг/см-.
Другие испытания этой же фирмы показали, что при использова¬
нии клея на основе эпоксидных смол толщины клеевого слоя (т. е.
зазоры) в соосных соединениях могут составлять 0,025—0,16 мм,
не влияя на прочность при сдвиге.
§ 32. Другие виды клеевых соединений
и дополнительные конструктивные соображения
Когда два соосных полых цилиндра одинаковых размеров соеди¬
няют встык по диаметру и подвергают воздействию крутящего мо¬
мента, то в клеевом соединении получается очень однородное рас¬
пределение напряжений. Соединение подвергается воздействию
юлько напряжений сдвига (чистый сдвиг). Возникающие при кру¬
чении напряжения определяются выражением
 м
L 2 T.R4 '
где М — крутящий момент;
R — средний радиус;
t — толщина стенки цилиндра.
Известно, что соединении клеем ридакс цилиндров из низкоугле¬
родистой стали дают разрушающее напряжение при сдвиге прибли¬
зительно 560 кг/см2. Это соответствует максимальной прочности на
срез, которую можно было бы ожидать от соединения внахлестку,
если бы напряжения распределялись равномерно.
Рассматриваемое соединение по конфигурации является в сущ¬
ности соединением встык, но нагруженным иа сдвиг при кручении.
Соединения с очень толстыми клеевыми швами (свыше 0,75 мм)
можно причислить к разряду соединений с зазорами, так как клей
заполняет большой промежуток или зазор между склеиваемыми
поверхностями. При этом важно избежать больших внутренних на¬
пряжений. В таких соединениях следует использовать клеи густые
156

с большим процентом наполнителей, чтобы снизить коэффициент тер¬
мического расширения, и не содержащие летучих, чтобы предотвра¬
тить образование пустот или пористости.
В соединениях внахлестку толстые клеевые швы нежелательны
вследствие увеличения эксцентриситета приложения нагрузки, что
связано с возрастанием отрывающих напряжений и снижением
прочности соединения на сдвиг. Вместе с тем «зазорозаполняющие»
клеи обладают большими преимуществами. Их использование поз
воляст выполнять соединения плохо подогнанных деталей, хотя и
ослабленной прочности, в то время как другие клеи надежно не
скрепляют их, давая почти сплошной «пепроклей» или растрескиваясь
в толстой фуге.
Появление конструкций типа сэндвич с применением в качестве
сердцевинного материала сот привело к возникновению нового вида
клеевого соединения, так называемого «филлет джойнт». .Тонкостен¬
ные металлические соты, например, ив алюминия толщиной от 0,02
до 0,35 мм, позволяют склеивать соты с обшивками по весьма
небольшой площади их поперечного сечения. Если боковые поверх¬
ности стенок ячеек сот не охвачены склейкой, то едва ли удастся
получить прочные клеевые соединения обшивки с сотовым материа¬
лом. Клей должен войти внутрь ячеек, прочно прикрепляя обшивку
к стенкам сот. Эффективными являются угловые клеевые швы тре¬
угольной формы с поперечном осчснин (см. гл. VII).
Как было указано, прочность клеевого соединения в большой
степени зависит от свойств оклеиваемых металлов — модуля проч¬
ности, пределов текучести и прочности, коэффициента термического
расширения, коэффициента Пуассона и т. п. Кроме того, как увидим
в главе VI, сам характер подготовки поверхности перед склеива¬
нием может являться важным и решающим фактором. На практике
часто оказывается желательным использование в конструкции спе¬
циально обработанного и чем-либо покрытого металла. В табл. 34
показаны изменения прочности соединения, которые происходят,
когда перед склеиванием дуралюмни анодируется, а сталь подвер¬
гается химическому воронению.
Следует избегать поверхностей сильно шероховатых. В углубле¬
ния могут попасть пузырьки воздуха, что приведет к возникновению
ненужных внутренних напряжений, особенно при повышенных тем¬
пературах.
Когда используют очень хрупкие клеи (с низкой прочностью на
изгиб или отдирание) или склеивают очень тонкие металлические
элементы, часто желательно механически скреплять края склеивае¬
мых деталей, чтобы предотвратить всякую возможность начала
отрыва у наружных кромок во время сборочных операций или при
эксплуатации. В большинстве случаев для этой цели применяют
временные или постоянные заклепки и даже почечную сварку.
При выборе формы клеевого соединения следует помнить, что
оно лучше всего ведет себя при сдвиге и хуже при неравномерном
отрыве. При нагружении на чистый сдвиг вся или почти вся область
клеевого соединения сопротивляется силе, которая стремится нару-
157

Таблица 34
Влияние состояния поверхности металла на прочность
соединения клеем Эпон VI
Склеиваемый материал
Предел прочности
при сдвиге в кг/см2
Предел прочности
при отрыве в кг/см2
Дуралюмин плакирован¬
ный
183
233
Анодированный дуралю¬
мин
186
242
Сталь
271
216
Вороненая сталь
108
183
Нержавеющая сталь
236
—
Г1 р и м е ч а н и е. Температура испытания 54°.
шить сцепление, срезать клеи и разъединить склеенные части.
С другой стороны, отдирающее усилие концентрирует растягиваю¬
щее напряжение главным образом вдоль очень узкой полосы клея,
расположенной перпендикулярно направлению силы. Таким обра¬
зом, инженер должен всегда про¬
ектировать свою конструкцию
так, чтобы клеевое соединение ра¬
ботало (если это возможно) пре¬
имущественно на сдвиг.
Если же клеевым соединениям
придется подвергаться неравно¬
мерному отрыву, отдираншо, то
следует предусматривать меры по
усилению этих соединений. Приме¬
нительно к соединению обшивки с
элементом каркаса к числу этих
мер относятся: ужесточение об¬
шивки за счет механических
свойств материала или увеличения
ее толщины приклеиванием мест¬
ных накладок, подкрепление заклепками или точечной сваркой, под¬
бор соответствующей формы поперечного ссченйя элемента кар¬
каса — смягчение перехода от полки профиля к обшивке.
На фиг. 60 показаны рекомендуемые соотношения геометриче¬
ских параметров соединения обшивки с элементами каркаса тавро¬
вой формы — стрингером, нервюрой, лонжероном. На фиг. 61 пока¬
заны различные профили, приклеенные к обшивке. Из них профили
г и д дают прочное при отрыве соединение с обшивкой, остальные —
менее прочное. Соединение обшивки с нервюрой типа а является
примером конструкции, где не учитывают специфику клеевых соеди¬
нений.
Фиг. 60. Рекомендуемые размеры по¬
перечного сечения элементов, склеи¬
ваемых с обшивкой. Полки таврового
профиля, уменьшающиеся по толщи¬
не по на правлению « «р-омкам клее¬
вого шва, предотвращают коробление
и обеспечивают получение прочного
соединения (33].
158

В клепаных конструкциях обычно применяют стрингеры откры¬
тых профилей, например _j—-образные (фиг. 61,6), хотя известно,
что закрытые профили, например, Y-образные (фиг. 61,с), более
устойчивы при продольном сжатии. Препятствием к их использова¬
нию служили, с одной стороны, трудность обнаружения начала кор¬
розии в закрытой области, а главное — резкое увеличение числа
потребных заклепок. Применение процесса оклеивания позволяет
с успехом использовать такие профили. Однако при выборе формы
профиля лучше сочетать возможность обеспечения устойчивости
к продольному изгибу и экономии в .весе с достаточно высокой
прочностью -на отдирапие обшивки. В самолете «Комета», некото¬
рых вертолетах и бомбардировщике В-36 в качестве элементов
ж-есткости применены профили типа, изображенного на фиг. 61,6.
Фиг. 61. Открытые и закрытые профили элементов каркаса, приклеиваемые
к обшивке.
При расчете прочности клееных изделий следует учитывать влия¬
ние не только различных конструктивных факторов — тип соедине¬
ния, толщину склеиваемых металлов, длину нахлестки и др., но
и производственных — характер обработки поверхности, отклонения
от установленного режима склеивания, колебания в свойствах
самого клея и т. д., а также с осторожностью назначать величину
расчетного напряжения в клеевом соединении. Если провести мас¬
совые испытания образцов, склеенных клеем одной и той же марки,
то полученные результаты обнаружат значительное рассеяние, обыч¬
но подчиняющееся закону нормального распрсделе шя Гаусса. Про¬
изводственные детали часто -имеют клеевые соединения мснсс
прочные, чем соединения, полученные па малых образцах в лабо¬
раторных условиях.
В табл. 35 приведено соотношение между фактическими значе¬
ниями прочности при сдвиге на стандартных образцах, склеенных
клеем метлбонд, которые получены при испытаниях в различных
условиях, минимальными приемочными (контрольными) требова¬
ниями к клею и расчетными величинами прочности при сдвиге со¬
единений внахлестку на этом клее, принятыми авиационной компа¬
нией Валти (США).
Ыа фиг. 62 показано влияние длительности нагружения на проч¬
ность клеевых соединений на клее метлбонд [33]. Чем дольше дей¬
ствует нагрузка и выше температура эксплуатации, тем меньше
прочность клеевого соединения.
159

Таблица 35
Предел прочности при сдвиге соединений алюминиевого сплава 24ST
и магниевого сплава FS-IH на пленочном клее метлбонд в кгр м1
Условия испытания
.Минималь¬
о
3 к
я Е
Склеивае¬
Основа клеевой
повы¬
ные требова¬
мой металл
пленки
нормаль¬
ные*
шенная
влаж¬
ность*
соленая
струя3
ния к ре¬
зультатам
испытаний
ф S
“ и-
О со
in
С, й
24ST
Стеклоткань
202
200
181
176
70
14ST
Найлоновая ткань
207
227
220
176
70
FS 1Н
Стеклоткань
61
68
50
53
17,6
FS-1H
Найлоновая ткань
62
66
59
53
17,6
1 Испытание при температуре 23° и относительной влажности 55+5%.
2 Испытание после выдержки в атмосфере повышенной влажности 95У* при
температуре 49° в течение 3.) суток.
3 Испытание после обрызгивания соленой водой в течение 30 сутос.
Примечание. Таблица составлена по данным Ганторпа н Ногля [33].
if
И
||
#
320
280
гад
200
160
120
80
ио
0.
о
, о
^ L
71°
Щ
0,01	0.10	1.0	W 100	1000
Время до разрушения 8 часах
Фиг 62. Прочность при сдвиге соедаше
тип па «лее метлбонд в зависимости от
длительности пребывания под нагрузкой
в различных температурных условиях [33].
Образцы из дуралюмииа 24ST толщиной
1,6 мм, Д.тшга нахлестки 38 мм.'
Указанные соображения всегда должны быть в поле зрения
конструктора, когда ои проектирует и рассчитывает конструкцию
с применением клеевых соединений металлов.

ГЛАВА VI
ТЕХНОЛОГИЯ СКЛЕИВАНИЯ
После того как для определенного назначения выбраны клей,
тип и размеры клеевого соединения, необходимо выбрать и приме¬
нить соответствующие методы склеивания. Получение качественного
прочного клеевого соединения, как и любого другого, в значитель¬
ной мере зависит от принятого метода его изготовления. Ниже
перечисляются наиболее важные факторы и операции, которые нужно
учитывать и выполнять в процессе склеивания:
1) подготовка склеиваемых поверхностей;
2) подготовка клея к применению;
3) способ нанесения клея иа склеиваемые поверхности;
4) количество наносимого клея;
5) подсушивание нанесенного клея перед сборкой и запреосов-
кой оклеиваемых деталей;
6) условия отверждения клеевых швов (температура, удельное
давление запрессовки, длительность выдержки);
7) зачистка клеевых соединений;
8) меры предосторожности при работе с клеями;
9) контроль качества склеивания.
Обычно некоторые из указанных факторов бывают заранее об¬
условлены, поскольку выбор клея уже сделан. Однако, так как
любой тип клея может быть в различных формах или видах, то
в соответствии: с этим могут изменяться способы нанесения клея,
подсушивания и условия отверждения. Применение тех или иных
методов нагрева и приложения давлении при склеивании часто
определяется размерами и конфигурацией детали, а также произ¬
водственными возможностями.
Чрезвычайно большую роль в обеспечении качественного клесво-
| о соединения играют методы подготовки поверхностей металлов
под склеивание. Если поверхность металла покрыта смазкой или
загрязнена, то «а этих участках контакт клея с металлом, смачива¬
ние и прилипание не могут иметь места; следовательно, соединение
будет слабым и при напряжении разрушится по поверхности раз-
юла клей—металл. Известно, что некоторые смазочные масла иди
жидкости, например, кремиийорганичсскис, часто специально при¬
меняют в тех случаях, когда нежелательно проявление адгезии
(отливка пластмасс в металлические формы и т. п.). Влияние под-
11 Г.Эпиптйн
101

готовки 'Поверхности на прочность соединения можно видеть по
данным табл. 28 и 34.
Тщательный контроль всех стадий технологического процесса
склеивания весьма важен и должен охватывать весь производствен¬
ный процесс от начала до конца. Некоторые рекомендации по кон¬
тролю качества склеивания в изделиях и по испытаниям клеевых
соединений даны в § 26—29, 41 и 45.
§ 33. Подготовка склеиваемых поверхностей
Несколько лет тому назад считали, что перед склеиванием ме¬
таллов достаточно ограничиться удалением с их поверхностей
загрязнений. Это можно осуществить протиранием поверхности
чистой тряпкой, смоченной растворителем жира, например, четырех
хлористым углеродом, промыванием смывками «ли путем механиче¬
ской вачистки. Оказалось, однако, что в ряде случаев такая простая
обработка склеиваемых поверхностей не обеспечивает максимальной
прочности соединения, которую можно получить на данном клее.
Много работ по изысканию оптимальных методов подготовки
под склеивание поверхностей различных металлов было проведено
в связи с появлением конструкционных клеев для металлов во
время второй мировой войны и в последующие годы. Влияние обра¬
ботки поверхности металлов на свойства клеевых соединений иссле¬
довала, в частности, Лаборатория лесных материалов (г. Мэдиссон
в штате Висконсин, США). Особенно интенсивно проводились рабо¬
ты с алюминиевыми сплавами, которые широко используются в авиа¬
ционной промышленности. Исследовались также способы подгч^овки
поверхности сталей, магниевых и титановых сплавов.
Алюминиевые сплавы
В случае применения алюминиевых сплавов как плакированных,
так и иеплакированных, клеевые соединения высокого качества
чаще всего получаются при использовании следующего метода под¬
готовки поверхности:
1) обезжиривание в соответствующем растворителе;
2) погружение склеиваемых деталей па 10 мни. в горячий (с тем¬
пературой 70—75е) раствор, составленный из 10 ■весовых частей
концентрированной серной кислоты, 1 весовой части бихромата нат-^
рия и 30 весовых частей воды
3) промывание в холодной воде и высушивание.
Для обезжиривания широко применяют органические раствори¬
тели: трихлорэтилен, этиловый спирт, метилэтилкетон. Процесс
■обезжиривания паром заключается в том, что очищаемые металли¬
ческие части помещают примерно на 3 мин. в атмосферу горячих
паров (обычно стабилизированного трихлорэтилена). Иногда можно
1 Необходимо соблюдать меры предосторожности при обращении с кислота¬
ми. Всегда следует вливать кислоту в воду, притом медленно и в открытом
сосуде, а не наоборот.
162

очищать детали простым протиранием чистой тряпкой или тампо¬
ном, смоченным растворителем.
Кислотная ванна одновременно служит и травителем, удаляю¬
щим поверхностные слои металла, и сильным окислителем, образую¬
щим однородную окисную пленку на поверхности металла. Такая
пленка обладает высокой полярностью и, таким образом, благо¬
приятствует возникновению прочных вторичных химических связей
с полярными клеями. Кислотная ванна, кроме того, -придает металлу
шероховатую поверхность, которая увеличивает отношение истинной
площади склейки к номинальной и повышает роль механической
адгезии.
Аналогичных результатов можно достичь электрохимическим
методом ■— анодированием, но оно требует большей затраты вре-
Фмг. 63. Поперечное сечение листа анодированного алю¬
миния с нанесенным на пего слоем клея. Окисная пленка
та поверхности окрашена.
мени. Если алюминиевые детали необходимо анодировать, то
рекомендуется проводить такую обработку перед оклеиванием. Это
правильно независимо от того, будет анодная пленка одновременно
окрашиваться (фиг. 63) и подвергаться операции наполнения —
«уплотнения» или нет. Для склеивания обычно предпочитают про¬
цесс анодирования вести с применением в качестве электролита не
серной кислоты, а хромовой.
Полученная в результате оксидирования пористость или шеро¬
ховатость наружных слоев увеличивает в 10—20 раз площадь
поверхности обработанного алюминиевого сплава по сравнению
с необработанным.
Промывка чистой водой необходима для удаления остатков
•кислот, которые в противном случае могли бы оказать вредное
влияние на последующее отверждение клея. Во время промывки
обычно желательно -проверять чистоту поверхности испытанием на
«растекание воды». Если поверхность металла достаточно чиста, то
ка ней будет удерживаться сплошная пленка воды.
Некоторые фирмы, изготовляющие и применяющие клеи, реко¬
мендуют производить промывку -не холодной, а горячей водой.
Однако исследования, выполненные в Англии с соединениями на клее
ридакс. показали, что окончательная промывка горячей (выше 60°)

водой приводит к понижению прочности склейки иа отдирание. По¬
этому следует производить промывку в холодной водопроводной воде.
Промытые полуфабрикаты и детали высушивают «на воздухе в
производственном помещении или в сушильных камерах.
Обычно практикуется нанесение клея в пределах 8 час. после
подготовки поверхности металла. Однако исследования фирмы Норт
Америкэн Авиэйшн показали, что нот никакой необходимости
в таких мерах предосторожности. Алюминиевые панели были под¬
готовлены для оклеивания и затем хранились перед нанесением
■клея в относительно свободном от пыли помещении в течение
70 суток. По истечении этого срока панели были склеены клеем
ридакс К-6. Прочность образцов, соединенных внахлестку, на сдвиг
при комнатной температуре была 246 кг/см2 •— почти на 10% выше,
чем прочность образцов, изготовленных немедленно после подготов¬
ки поверхности.
Измерения стабильности поверхности алюминиевых панелей как
функции времени хранения не обнаружили большого изменения ее.
Это доказывает, что окисная пленка, образовавшаяся при погруже¬
нии в раствор бихромата и серной кислоты, не портится от хранения
на воздухе в течение 70 суток, если только поверхность не загрязняет¬
ся за это время.
Очистка поверхности фосфорной кислотой также подходит для
алюминия и его сплавов. Типичная ванна состоит из одного объема
фосфорной кислоты (85% концентрации), четырех объемов н бути¬
лового спирта, трех объемов изопропилового спирта и двух объемов
воды. Алюминиевые детали погружают в этот раствор при коыйат-
ной температуре на 10 мин., затем промывают и просушивают.
Лаборатория лесных материалов исследовала влияние на каче¬
ство склеивания обработки деталей в различных других кислотных
ваннах, а также в ряде щелочных очистительных ванн. Однако уста,
коплено, что наиболее подходящей является ванна с водным раство
ром серной кислоты и бихромата натрия.
Хотя обработка в оксидирующей кислотной ванне весьма настоя
тельно рекомендуется для подготовки поверхности алюминиевых
сплавов под склеивание, она не является обядательной. Можно
добиться хороших показателей прочности крацевапием—- очисткой
проволочной щеткой, опескоструиванием, обдиркой наждачной ^
шкуркой или даже простым обезжириванием поверхностей перед
нанесением клея. Очистку проволочной щеткой часто рекомендуют
там, где желательно ускорить изготовление небольшого количества
мелких изделий, и в тех случаях, когда не имеется очистительных
ванн.
Нержавеющие стали
Исследования методов подготовки перед склеиванием нержавею¬
щих сталей показали, что простое обезжиривание так же эффектив¬
но, как и более сложные методы. Фирмой Норт Америкэн Авиэйшн
были исследованы три, различных метода подготовки нержавеющих
164

сталей 17-7, 18-8, 19-9 1 для склеивания их клеями НАА «Хай-Темп»
и СНТ. Были изготовлены стандартные образцы, соединенные вна¬
хлестку для -испытатпия на сдвиг, и испытаны при комнатной телгпе-
ратуре и при 260е. Во всех случаях простое протирание обезжири¬
вающим растворителем — мстилэтилкетоном — обеспечивало такие
же или даже более прочные клеевые соединения, чем обдувка
песком с последующим обезжириванием или обезжириванием
с дальнейшим травлением смесью разбавленных фтористоводород¬
ной и азотной кислот. Были зафиксированы значения предела проч¬
ности на сдвиг при растяжении до 140 кг/см2 при 260°.
Для отожженной стали SAE 41302 Лаборатория лесных мате¬
риалов рекомендует следующую обработку (ем. также табл. 36):
1) щелочное обезжиривание (обработка № 1);
2) промывание горячей водой;
3) хромокислая ванна (обработка № 2).
Однако имеются сведения о прекрасных результатах, полученных
простым обезжириванием с последующим опескоструиванием.
Таблица 36
Составы очистительных ванн и режимы обработки, рекомендуемые
для подготовки под склеивание поверхностей деталей из нержавеющих сталей
		и	магниевых сплавов
№ 1
Погружение на 10 мин. в еаг;ретый до 80±8° раствор следующего состава
(•в весовых частях):
Метаоиликат натрия	 2,25
Пирофосфат натрия		 1,12
Едкий натр		 1,12
Накконель HP3	 0,37
Вода	 100,0
pH раствора 12.65-
№ 2
Погружение на 3 мин. в нагретый до 65±5° водный раствор хромовой
кислоты (5,25 весовых частей кислоты на 100 весовых частей воды).
pH раствора 0,6—0,8.
1 Американские нержавеющие хромоникелевые аустенитные стали 17-7,
18-8 и 1S-9 имеют следующий, химический состав в %:
S1
0,75 макс.
0,75 макс.
2,0—3,0
Примечание редактора
1 Американская хромомолмбденювая сталь SAE -1130 имеет следующий хими¬
ческий состав в %: 0,28—0,33 С; 0,4—0,6 Мп; 0,04 Р; 0,04 S: 0,20—0,35 Si;
0,8—1,1 Сг: 0,15—0,25 Мо, остальное Fe.
3 Состав препарата не указа». Попидимому, препарат выполняет функцию
эмульгатора. Примечание редактора.
Марка
С
Сг
N1
Мп
17-7
(тип 301)
0,08—0,20
16,0-18,0
6,0—8,0
2,0 макс.
18-8
(тип 302)
0,08—0,20
17,0—19,0
8,0—10,0
2,0 макс.
19-9
(тип 304)
0,08 макс.
18,0-20,0
8,0—10,0
2,0 макс.
165

Продолжение тайл. 36
№ 3
Погружение «на 10 м«шг. в нагретый до 60° водный раствор хромовой кислоты
(17,95 весовых частей числоты ва 100 весовых частей воды).
pH раствора меньше 0,1.
№ 4
Погружение на 5 мин. в раствор, состоящий «из 1 объема фтористоводород¬
ной кислоты 50%-ной концентрации и 2 объемов воды и «имеющий температ'/ру
27±5°.
№ 5
Погружение на 30 ми» «в «ипящий раствор следующего состава (r весовых
частях):
Бихромат натрия	   24,0
Фтористый (кальций  	 0,3
Вода	100,0
pH раствора 5,19.
Магниевые сплав ы
Прочность клеевых соединений магниевых сплавов значительно
ниже, чем алюминиевых. Лучшие результаты, полученные на листо¬
вом магниевом сплаве FS1-H241, были в два раза ниже результа¬
тов, полученных «на алюминиевых сплавах. По данным Лаборатории
лесных материалов, средние показатели прочности при сдвиге для
четырех опробованных клеев колебались от 75 до 127 кг/см- по
сравнению с 200—320 кг/см2 для алюминиевых сплавов. Поверх¬
ность магниевого сплава была подготовлена к склеиванию следую¬
щим образом (см. также табл. 36):
1) очистка в парах стабилизированного трихлорэтилена;
2) хромовокислая ванна (обработка № 3);
3) промывание холодной и горячей водой;
4) щелочная очистка (обработка № 1);
5) промывка горячей водой;
6) ванна с разбавленной фтористоводородной «кислотой (обра¬
ботка № 4);
7) промывка холодной водой;
8) бихроматная фиксирующая ванна (обработка № 5).
Почти одинаковые результаты были получены и при простом
обезжиривании поверхностей магниевых сплавов перед склеиванием.
Эти относительно низкие показатели прочности при сдвиге клее¬
вых соединений магниевых сплавов, полученные Лабораторией лес¬
ных материалов, были подтверждены исследованиями фирмы Норт
Америкэн Авиэйшн и др. '
Применяя пленочный клей метлбонд MN3C и подготавливая
поверхности протиранием тампонами, смоченными обезжиривающим
1 FS1-H24 — Магниевый сила® (листовой термообработаиный), содержащий
3% А1 и 1% Zn и выпускаемый в США фирмой Доу Кэмикэл. Типичные меха¬
нические свойства: а*=2950 кг/см\ о0,2=2250 кг/слй, Н ц =73. Примечание ре
доктора.
166

растворителем, добились прочности соединений на сдвиг при растя¬
жении приблизительно 70 кг/см2 в условиях комнатной температуры.
Фирма Боинг Аэроплейн исследовала возможность применения
для магниевых сплавов модифицированного покрытия типа Доу-7.
Была достигнута прочность клеевого соединения примерно 175 кг/см2
при комнатной температуре, если применялся следующий процесс
склеивания пленочным клеем метлбонд MN3C:
1) очистка в парах трихлорэтилена;
2) погружение на 10 мин. в 10%-ный раствор каустика, нагре¬
тый до 76—88°;
3) промывка в течение 5 мин. в холодной воде (опрыскиванием);
4) погружение в раствор хромовой кислоты и нитрата натрия на
8 мин. при комнатной температуре;
5) промывка водой в течение 3 мин.;
6) погружение в 20%-ный раствор фтористоводородной кислоты
на 5 мин. при комнатной температуре;
7) промывка водой в течение 0,5—1 мин.;
8) погружение в кипящий раствор бикромата натрия (10—15%)
и фтористого кальция (0,15%) на 30 мин.;
9) промывка водой в течение 1—2 мин.;
10) просушивание в горячем воздухе (71—99°) в течение
10 мин.;
11) наложение толстого слоя грунтовки из хромата цинка;
12) сушка в течение минимум 30 мин. при комнатной темпера¬
туре;
13) сушка в камере при температуре 83—93° в течение 30 мин.;
14) нанесение пульверизатором слоя клея метлбонд МЗС на
плотно подогнанные поверхности;
15) сушка на воздухе в течение 30 мин.;
16) напрев в нечи при температуре 138—149° в течение
30 мин.;
17) охлаждение до комнатной температуры и нанесение пульве¬
ризатором второго слоя клея метлбонд МЗС;
18) сушка на воздухе в течение 2 час. (или больше);
19) наложение клеевой пленки MN3C на одну из склеиваемых
поверхностей;
20) соединение склеиваемых частей и завершающий этап про¬
цесса склеивания по специальному режиму1.
Другие аналогичные по сложности процедуры подготовки маг¬
ниевых сплавов под склеивание (такие, как анодирование магния,
например, обработка «Мэнодайз») были исследованы, но не дали
особенно обнадеживающих результатов. Можно полагать, что поиски
.лучших способов подготовки поверхности магниевых сплавов для
склеивания будут продолжаться.
1 Например, давление от 0,7 до 7 кг/см2, нагрев до 160—177° ■» выдержки
гри этой, температуре не менее 30 мин.
157

Другие металлы
Пробные клеевые соединения на титане, например, RC-70, можно ?
получить при травлении кислотой. Лаборатория лесных материалов г
применяет раствор разбавленных азотной и фтористоводородной
кислот при комнатной температуре. Обработка анодированием была
исследована фирмой Норт Америкэн Авиэйшн. При тщательно со¬
блюдаемых условиях проведения процесса она позволяет получить
прекрасные клеевые соединения. На клее НАА «Хай-Темп» была ’■
достигнута прочность при сдвиге свыше 70 кг/см- при 260°. Обра- [
ботка разбавленной серной кислотой и бихроматом натрии также
привела к хорошим результатам. Простое обезжиривание дает более
слабые клеевые соединения.
Медь и латунь можно подготовить к склеиванию несколькими
способами. Обычно достаточно обдувки песком, легкой пескоструй¬
ной обработки или очистки проволочной щеткой с последующим
обезжириванием растворителем.
Часто применяют погружение на короткое время в концентриро¬
ванный раствор аммиака в воде с последующей промывкой водой и
печной сушкой. Также часто используют кислотные ванны. Типичный
раствор приготовляют, например, из 9 весовых частей концентриро¬
ванной серной кислоты и 12 весовых частей кристаллического суль¬
фата железа и 100 весовых частей воды. Детали из медного сплава
погружают в этот раствор, подогретый до 65—71°, «а 10 мйн., затем
прополаскивают и тщательно высушивают. Ванна из серной кислоты
и бихромата натрия (10 частей кислоты, 5 частей бихромата, 85 ча¬
стей воды по весу) при комнатной температуре обеспечивает чистые,
блестящие поверхности, пригодные после промывки и сушки для
оклеивания.
Оказалось, что простое обезжиривание поверхностей в случае
применения меди или латуни также дает вполне прочные соедине¬
ния, если поверхность детали во время нанесения клея теплая.
Аналогичными соображениями по подготовке поверхности сле¬
дует руководствоваться при склеивании других металлов. Практи
чески можно оклеить каждый металл, но результаты в большой
степени будут зависеть от метода подготовки поверхности.
Во всех случаях прежде всего необходимо, чтобы поверхность-
была чистой. Если после подготовки поверхности деталь подвергнет¬
ся каким-нибудь операциям, то рекомендуется перед нанесением клея
обезжирить ее, хотя бы .протерев тампоном, смоченным раствори¬
телем.
Требование чистоты склеиваемых поверхностей остается в силе
и при склеивании металлов с неметаллическими материалами. Часто i
рекомендуют придавать поверхностям шероховатость, но это необя¬
зательно. Большинство пластиков, за исключением полиэтилена ; f
I
Неметаллические материалы
1С8
А

и галогенизированных полимеров, например, тефлона и Кель-F *,
можно склеивать с металлами. Необходимо только, чтобы соединяе¬
мые поверхности были чистыми. До нанесения клея с поверхности
пластика необходимо удалить остатки смазки.
Если для склеивания резины с металлом применяют конструк¬
ционный клей, то желательна операция «циклизации» резины. Ее
можно осуществить погружением резины на 10—15 мин. в концен¬
трированную серную кислоту. Затем резину промывают водопровод¬
ной водой. Чтобы обеспечить нейтрализацию остатков кислоты,
деталь следует промыть разбавленным раствором {0,1—-0,2%)
едкого натра. Детали с полученной после такой обработки хрупкой
поверхностью можно до нанесения клея слегка изогнуть, чтобы
получить поверхность, покрытую мельчайшими трещинами. В том
случае, когда неудобно применять концентрированную серную кис¬
лоту, полноценным заменителем является паста, приготовленная
смешением сульфата бария с серной кислотой.
Если для склеивания резины с металлом необходимо применять
несиловое связующее, то достаточно, чтобы поверхность резины
была чистой. Поверхность металла следует подготовить методом,
описанным выше. Часто на металл наносят слой грунтовки. Такие
грунтовки обычно содержат больший процент термоотвсрждающей-
ся смолы, чем собственно клей, завершающий процесс соединения.
Методы склеивания резины с металлом рассмотрены довольно
подробно в главе III. Сравнительно недавно в литературе [68] был
описан эффективный метод соединения резины (неопренового и
нитрильного каучуков) с алюминиевыми и магниевыми сплавами,
нержавеющей сталью, моиель-металлом и др. с помощью
системы грунта и покрытия «Тай-Плай» фирмы Марбон Кемикэл.
Первоначальный способ был усовершенствован в направлении обес
печения высокой прочности сцепления с металлом независимо от
типа эластомера, твердости, содержания серы и других факторов.
Полученные по методу «Тай-Плай UR-RC» клеевые соединения мо¬
гут кратковременно применяться при температурах до 120°.
§ 34. Подготовка клея к применению
Склеивание особенно ответственных деталей должно выпол¬
няться лишь вполне кондиционными клеями. Получая клей или его
компоненты, нужно осмотреть их внешний вид, удостовериться, не
истек ли гарантийный срок их годности. ' Еще лучше — иметь
результаты проверки его клеящей способности в отделе контроля
(в лаборатории).
1 «Тефлон»—или политетрафторэтилен — неполярный пластик с высокой
химической стойкостью, термостабильностыо и низким коэффициентом трения;
в Советском Союзе выпускается под названием «фторопласт-4». «Кель-F» —
принятое в США торговое наименование политрифторхлорэчилена. Вопреки
.утверждению автора в литературе указываются клеи, которыми можно приклеи¬
вать тефлон. Фирмой Эвтектид Уэлдинг Эллойз разработай [38] ва основе
эпоксидных смол клей «Кемотек», предназначенный для силового склеивания
различных материалов, в том числе .и тефлона. Фирма Джкльберт выпускает для
тефлона липкий клей [84]. Примечание редактора.
10Ь

Приготовление клеев при массовом употреблении рекомендуется
производить в специально оборудованных клеезаготовительных мас¬
терских. Это особенно необходимо в трех случаях- при работе
с жидкими клеями,' выпускаемыми фирмами-ииготовителями в виде
отдельных составов, подлежащих смешению; если рецептура клея
и его свойства, в частности, вязкость, должны меняться в зависи¬
мости от условий склеивания; если клеи вредные. В таких случаях
рационально устроенная клеезаготовительная мастерская должна
иметь дозировочное и клесмешал очное помещения, раздаточное от¬
деление, моечную и промежуточный склад.
Во время хранения жидкого клея в нем может произойти от¬
стаивание, выпадение каких-нибудь составляющих в виде осадка.
Хотя это не относится ко всем жидким клеям, тем не менее все клеи
перед употреблением следует тщательно перемешивать встряхива¬
нием или размешиванием.
Если к клею нужно добавить катализатор (в клее Эпон VI) или
необходимо ввести составные части (в клеях РА-101 и FM-47), это
следует делать, если возможно, непосредственно перед употребле¬
нием. Во всех случаях смеси должны тщательно перемешиваться.
Чтобы избежать недостаточно тщательного перемешивания, можно
добавить в смесь небольшое количество инертных окрашенных
пигментов. Некоторые фирмы поставляют катализаторы, уже окра¬
шенные.	/
§ 35. Нанесение клея на склеиваемые поверхности
Конструкционные клеи могут быть в различных видах или фор¬
мах, но самая распространенная — это жидкость с вязкостью, поз¬
воляющей легко наносить клей кистью на склеиваемые поверхности.
Если такой клей в достаточной степени разбавить, то его можно
наносить пульверизатором.
Большинство жидких клеев можно разжижать для пульвериза¬
ции, с помощью растворителей. Выбор растворителя — вопрос, тесно
связанный с составом клея (см. главу III). Однако, как правило,
растворитель разжижитель должен быть одинаковым или химически
сходным с растворителем клея. В конструкционных клеях обычно
применяют кетоны и- спирты, особенно имеющие низкую точку
кипения. В неконструкцион'ных клеях часто используют бензин
и толуол.
Пульверизация — самый практичный метод, которым можно до¬
биться равномерного нанесения клея на большие площади или
криволинейные поверхности. Пульверизационные пистолеты рабо¬
тают под давлением 0,7—3,5 ат, в зависимости от консистенции
раствора. Пульверизатор держат на расстоянии примерно 25 см от
поверхности детали и перемещают его над поверхностью с одина¬
ковой скоростью. Обычно рекомендуется двойное нанесение, причем
направление движения пульверизатора при втором проходе должно
составлять прямой угол с первым. Иногда может потребоваться не¬
сколько таких покрытий.
170

Когда в клей, особенно на основе эпоксидных смол, вводичс.н
наполнители — окислы металлов, минералы, клеевая смесь часто
бывает чрезмерно вязкой. Для нанесения таких клеев на поверх¬
ности с успехом можно применять плоские шпатели. Разбавление
растворителями часто приводит к плохим соединениям, если ihc уда-
.лить растворитель перед сборкой изделия и операцией отверждения
клея в клеевом соединении. Добавление «активных» растворителей,
например, глицидио аллиловош
эфира к эпоксидному клею,
снижает степень полимериза¬
ции смолы и, следовательно,
также приводит к понижению
прочности клеевого соединения.
Иногда вязкий клей можно
подогреть, чтобы облегчить его
нанесение. Этот прием подхо¬
дит для клеев, сохраняющих
достаточную жизнеспособность
при нагреве, но даже для них
следует принимать меры пре¬
досторожности во избежание
перегрева. При подогреве клея
обычно значительно сокращает¬
ся промежуток времени от мо¬
мента нанесения клея до за¬
прессовки — открытая выдерж¬
ка ПЛЮС закрытая.	Фиг. 64. Клеящая пленка накладывается
Часто клеи поставляют в ,,1а поверхность металла, которая пред¬
варительно с помощью (кистм была по-
виде пленки с соответствующей «рыта слоем жидкого грунта (фирма Кон-
жидкои грунтовкой для метал-	солидейтщд Валти Эйркрафт).
л а или без нее. Такая форма
клея удобна для применения на ровных или слегка изогнутых поверх¬
ностях (фиг. 64). Но клей в виде пленки трудно использовать для
деталей, имеющих сложную конфигурацию.
Пленочный клей может быть в двух .вариантах: пропитанная
клеем подкладка, например, ткань из найлона или стеклоткань,
и каландрированная пленка «леевой массы. В этом последнем слу¬
чае пленку можно растворять в соответствующих растворителях,
если предпочитают нанесение кистью или пульверизатором.
Для нанесения клея -применяют также клеевые вальцы, особые
регулировочные .ножи для удаления избытка клея и другое спе¬
циальное оборудование. Иногда клей наносят окунанием детали
в жидкий клей.
§ 36. Количество наносимого клея
Если применяется клей в виде ленты или пленки, то количество
наносимого клея в основном уже заранее установлено его изгото¬
вителем. Для производственника возможны лишь два пути регули¬
рования количества клея в клеевых соединениях увеличение
171

удельного давления запрессовки в целях выдавливания клея и ;
уменьшения толщины клеевого шва и использование нескольких
слоев пленки для увеличения толщины -клеевого шва.
Для клеев в виде жидкости или пасты количество клея, которое
должно наноситься на склеиваемые детали, часто определяется ука¬
занием толщины подсушенных перед сборкой клеевых покрытий на
склеиваемых поверхностях	i
Необходимо наносить такое количество клея, которое достаточно j
для того, чтобы гарантировать сплошное покрытие склеиваемых
поверхностей и чтобы в склеенном изделии отвержденный клеевой
шов имел определенную толщину. Толщина клеевого шва в соеди¬
нениях внахлестку определяется как разница между толщиной
клееной детали в месте соединения и суммой толщин склеиваемых
элементов. Для стыковых и иных типов соединений требуется не 1
сколько видоизменить способ замера.
Наилучшие прочностные свойства для большинства клеев прак¬
тически достигаются тогда, когда толщина клеевого шва находится
в пределах от 0,07 до 0,25 мм. Во многих случаях, однако, прием¬
лемы соединения с клеевым швом толщиной от 0,01 до 0,75 мм.
Норма нанесения клея зависит как от характера подгонки сопрягае¬
мых поверхностей, так и от давления запрессовки, размеров
склеиваемых участков и, разумеется, от консистенции «лея и других :
его физико-химических свойств.
Клеи, которые отверждаются без выделения летучих компонен¬
тов (такие, как эпоксидные клеи), менее чувствительны к толщине
клеевого шва, чем клеи, выделяющие в процессе отверждения
жидкие и газообразные продукты. Имеется в виду, что количество
наносимого клея достаточно, чтобы избежать получения «голодного» .
соединения с нссплошным клеевым слоем между склеиваемыми j
элементами. В меньшей степени положение о нечувствительности |]
к толщине клеевого шва справедливо для клеев, .выделяющих лету -1
чие компоненты в небольшом количестве и имеющих значительное I :
содержание наполнителей. Такие клеи пригодны для склеивания;
плохо пригнанных деталей — для соединений с зазорами. Но во всех '
случаях, когда желательно получить от соединения оптимальные \;
механические характеристики, клеевые швы не должны превышать -
по толщине 0,6 мм.	i	i
§ 37. Подсушивание нанесенного клея перед соединением j
склеиваемых деталей	^
Многие клеи содержат значительное количество растворителей, I
особенно клеи, которые ‘ наносят пульверизацией, намазывают, я
кистью или наносят обмагкиванием. Если растворитель остается , \
в клеевом слое во время сборки склеиваемых частей и последую-}
щего отверждения, он часто может привести к образованию соеди- j
1 В отечественной практике оклеивания принято количество наносимого клея
характеризовать «расходом» его в г па 1 ж2 площади склейки в изделии. При¬
мечание редактора.

нения с недостаточной прочностью. При разрушении таких деталей
по склейке можно увидеть внутри клеевого шва маленькие углуб¬
ления и поры, обязанные своим происхождением летучим состав¬
ляющим клея. Эти полости являются местами концентраций внут¬
ренних напряжений, особенно если давление паров летучих
компонентов, преимущественно растворителей, относительно высоко.
Таким образом, перед сборкой детали желательно удалить из клее¬
вого слоя большую часть растворителя.
Обычно для этого нужен короткий период сушки >на воздухе.
Технологи рекомендуют время сушки на воздухе в один час или
меньше. Опыт работы с клеями, содержащими растворители, напри¬
мер, НАА «Хай-Темп», и другими клеями на основе фенольных смол
показал, что сушка «а воздухе клеевых покрытий, нанесенных на
сочленяемые детали, в течение нескольких недель не ухудшает
характеристик клеевых соединений изделия. Аналогичное положение
имеет место и при нанесении эпоксидных клеев, например, клея
аральдит 1.
§ 38. Отверждение клея в соединении
Температура, давление и время, необходимые для отверждения
клеевого шва, будут различными для разных клеев (см., например,
табл. 2 и 37). Для данного типа клея эти параметры будут зависеть
от системы примененных катализаторов и конфигурации соединения.
Указанные параметры режима склеивания, конечно, в большой
степени зависят друг от друга. Более низкая температура отверж
дения потребует более длитель¬
ного времени нагрева и т. п.
Зта зависимость иллюстрирует¬
ся на примере клея аральдит 1
в табл. 39. Обычно рекоменду¬
ют оптимальные условия от¬
верждения для данного кон¬
кретного случая.
Применяемые методы нагре¬
ва и давления в процессе склеи¬
вания металлов весьма разно¬
образны. Производственные
возможности и конфигурация
(размер и форма) склеиваемых	фиг. 65.	Печь для полимеризации клея
элементов, несомненно, являют-	аральдит	1, применяемая в производстве
ся ограничивающими фактора-	клееных	агрегатов самолета «Вогур».
ми. Самые удобные источники
тепла — нагревательная камера или печь, обогреваемая газом или
электричеством (фиг. 65). Для деталей больших габаритов имеющие¬
ся печи могут ие подойти по размерам. В таких случаях используют
инфракрасные лампы, контактные нагреватели, горячие утюги, похо¬
жие на портновские, или даже паяльные лампы и кислородные го¬
релки.
173

Таблица 37
Условия склеивания металлов некоторыми промышленными клеями
(расшифровку клеев см. в табл. 38)
ся
о
fcr
Метод нанесения
Выдержка при
комнатной тем¬
пературе после
нанесения пос¬
леднего слоя
клен,
в часах
Предвари¬
тельный
нагрев
Сборка и склеи¬
вание
Ж
Си
К
а
клея
темпера¬
тура в °С
время
в мин.
QJ -а
S *
Ж
О)
§ £
«о ~
темпера¬
тура в “С
к =
2 5
S
о.
а х.
А
Пульверизатором
40—04
_
17,5
177
25
В
]
21
—
—
17,5
107
60
С
Пульверизатором
48—68
93
45
10,6
149
30
д
Пульверизатором
68
93-
4-5
17,5
149
15
Е
3
40—44
—
-
17,5
149
10
F
Ткань, пропитанная
клеем
20
—
—
17,5
149
25
G
Кистью
16-24
93
10
17,5
177
25
Н
Кистью
8
160
20
14,0
204
192
I
Кистью
12-18
177
12 „
17,5
177
10
J
Расплавлением4
0<
—
—
0,35
182
120
К
Кистью
1
163
15
17,5
163
30
L
Кистью
0
—
—
0,35
24
12 час.
М
Кистью
0
—
—
0,35
24
12 час.
N
Один слой ленты
0
—
—
17,5
204
15
1 Первый слой наносили пульверизатором. Отверждение грунта, как ука¬
зано для клея А, кроме давления. Второй клей наносили кистью.
3 С последующим нагревом при 150° в течение 9 мин.
3 Жидкий компонент клея наносили кистью, второй (порошок) насыпали
на влажную поверхность.
4 Наносили на металл, нагретый до 93°.
5 Металл, охлажденный до комнатной температуры, может храниться в те- ,
чеиие нескольких недель.	I
Инфракрасные (тепловые) лампы особенно выгодны в произвол- j
ственных процессах, где применяют ленточный конвейер. Детали i
могут в этом случае проходить с заданной скоростью через туннель,:
обогреваемый инфракрасными лампами.
При контактном электронагреве ленту нагревателя из металла,
обладающего высоким электросопротивлением, уложенную сплошь
зигзагообразно или но контуру склейки, помещают в непосредствен¬
ной близости к соединению и нагревают переменным током. Этот
метод очень прост и удобен: его можно применять при ремонте в
полевых условиях н при склеивании в местах, не доступных для
нагревательных ламп или других источников тепла.

Таблица 3S
Некоторые промышленные клеи для склеивания металлов
(расшифровка клеев, упоминавшихся в табл. 16—19, 37)
Шифр клея
Торговая марка клея
Краткая характеристика клея
А
Сайклвелд С-3
В
Сайклиелд С-3 и Дюрез
13297
С
Сайклвелд 55-10
D
Пликозайт 117 С
Е
Ридакс Е
F
Бакелит ХС 15320
О
Н
Плнобонд М-20
GE 12513
I
Клей фирмы Б. Б. Кэми-
кэл
J
Арал ьд ит 1
К
Пластилок 500
Клей на основе термореактивной
смолы и синтетического каучука
(неопрен) для горячего склеивания
Фенольпый те.рмореактивный клей
для двух стадий склеивания:	грун¬
товки клеем А и сборки на клее
средней температуры отверждения в
присутствии кислого катализатора
Термореактивный клей на основе
модифицированной виниловой смолы
для горячего склеивания
Термореактивный клей на оснопе
модифицированной виниловой смо¬
лы для горячего склеивания
Двухкомнонентный термореактив¬
ный клей на основе модифицирован¬
ной виниловой смолы для горячего-
склеивания
Тсрморсактивный клей на основе
модифицированной виниловой смолы
для горячего склеивания
Термореактивпый клей на основе
термореактивной смолы и «тети
■ческого каучука (бутадиен-акрнло-
нитрил) для горячего склеивания
Силиконовая смола высокой темпе¬
ратуры полимеризации
Термореактивный клей на основе
фенольной смолы, модифицированной
поливинилбутиралем, для горячего
склеивания
Порошкообразный термореактив¬
ный клей высокой температуры поли¬
меризации на основе эпихлоргидри-
новой смолы
Термореактивный клей	высокой
температуры полимеризации па осно¬
ве модифицированной поливинплбутн-
ральной смолы
175-

Продолжение
Шифр клея
Торговая марка клея
Краткая характеристика клея
L
Клей L-1372 фирмы
шиэлти Рэзинз
Спе-
Термореактивный клей на основе
эпихлоргидриновой смолы для холод¬
ного склеивания
М
Клей L-1358 фирмы
шиэлти Рэзинз
Спе-
Термореактивный клей комнатной
температуры полимеризации на осно¬
ве эпихлоргидриновой смолы
N
Пластилок 601
Клейкая лента на основе феноль¬
ной смолы и синтетического каучука
(бутадиен-акрилонитрил) для горя¬
чего склеивания
Примечание. Перечисленные клеи как типичные исследовались
в Мэдиссонской Лаборатории лесных материалов совместно с НАКА при
установлении влияния температур на прочность клеевых соединений метал¬
лов (см. § 19).
Таблица 39
Рекомендуемое время выдержки для различных темпе^тур отверждения
при склеивании конструкционным клеем аральдит 1 фирмы Сиба 132J
Температура в °С
Время выдержки
минимальное
оптимальное
максимальное
130
15 час.
36 час.
—
140
7 „
24 ,
—
160
3 „
8 „
40 час.
180
1 „
2 .
15 „
200
40 мин.
1 „
5 .
220
20 „
40 мин.
100 мин.
240
10 .
СО
о
40 „
Встречается небольшое видоизменение в описанном методе кон¬
тактного нагрева, которое заключается в замене полосы металла
проволоками высокого сопротивления, например, нихромовыми, хро-
мелевыми и т. п. Очень тонкую проволочку можно заделать в клее¬
вой шов соединения и после завершения отверждения выступающие
концы отрезать заподлицо. Известно, что в Германии перед второй
мировой войной применяли для этих целей очень тонкую проволоч¬
ную сетку, обрезанную до нужных размеров и заделанную в клее¬
вой шов.
Иногда применяют в качестве источника тепла накидки или
чехлы с элсктрообогревом, но они относительно дороги. Диэлектри-
176

чес кий или высокочастотный нагрев широко используют при прессо¬
вании слоистых пластиков и при склеивании древесины, но известно
только несколько случаев применения его при оклеивании металлов.
Высокочастотные генераторы очень дороги. Для получения хороших
результатов обязательно требуется солидный опыт работы и слож¬
ные зажимные устройства.
Возможность использования этого метода для приклеивания
силовым клеем металлических распознавательных пластинок к тру
бам разного диаметра рассматривается в настоящее время отрасля¬
ми промышленности, нуждающимися в идентификации •конструкций,
работающих при температурах порядка 120° и выше, при которых
неконструкционные клеи, упо¬
треблявшиеся в подобных слу¬
чаях, становятся неприемлемы¬
ми.
Портативный высокочастот¬
ный прибор для склеивания, пи¬
таемый переменным током на¬
пряжением 110 е, был усовер¬
шенствован американской фир¬
мой «Плайвуд». Применение
этого прибора для отверждения
клея напоминает процесс точеч
ной сварки, так как склеивание
осуществляется не сразу <по всей
площади склейки, а отдельны¬
ми, сравнительно небольшими,
участками.
Большинство из этих методов нагрева требуют применения
внешнего давления.
Зажимание склеиваемых деталей струбцинами, пружинными за¬
жимами, болтами с установкой прокладок для равномерного рас¬
пределения давления, запрессовка естественными грузами — вое эти
способы обычно приемлемы. На фиг. 66 показано приспособление
для приклеивания стрингеров к обшивке с «механическим» зажим
пым устройством, загружаемое в нагревательную печь. Указывает¬
ся [36], что в этом случае сборочные приспособления должны быть
максимально легкими, чтобы свести к минимуму нагреваемую массу.
Кроме того, они должны быть сконструированы так, чтобы не -пре¬
пятствовать термическому расширению склеиваемых деталей. Фор¬
ма зажимных устройств определяется ионструктигсными особе пга
стями соединяемых частей изделия.
Вакуумный метод наложения давления при склеивании широко
практикуется в отраслях промышленности, занимающихся изготов¬
лением сложных деталей. На собранную деталь, которая должна
отверждаться под давлением, надевают резиновый или вииипласто-
г.ый мешок, затем воздух из мешка выкачивают вакуумным насо¬
сом через обод прикрепленного к мешку клапана. Вместо мешков
или камер используют также «одеяла» или накидки.
Фиг. 66. Приспособления для приклеива¬
ния стрингеров к обитдаке для самолета
«Вотур».
12 Г'. Эпштайн
177

Соответствующим вакуумным насосом можно достичь перепада
давления в 0,9—1,0 кг/см-. Применяя специальные приемы передачи
атмосферного давления на склеиваемую поверхность — локализацию
давления, добиваются более высокого удельного давления запрес¬
совки. Определенным недосгатком этого метода является относи¬
тельно короткий срок службы гибких резиновых или пластмассовых
мешков, камер и накидок, особенно при высоких температурах
отверждения.
Можно применять автоклав один или сочетая его с вакуумным
мешком (фиг. 67). В последнем случае создаются лучшие условия
Фет. Г>7. Поперечный разрез автоклава для склеивания с применением
ьахуума.
/ -подвод сжатого иоздуха |»з колифсссора, 5—отсос воздуха вакуучным на¬
сосом. Я—ирясп'м'оо.чсние для склеивания ьапе.-е/и, установленное на тележке.
для удаления летучих, чем когда применяют только внешнее давло
нис от сжатого воздуха. Па фиг. 68 изображена схема приклеивания
гофра к обшивке комбинированным (вакуумно-автоклавным) спосо
бом иа заводе английской фирмы Бристоль Аэроплейн. Пар или
горячий воздух пропускают в автоклав; давление его регулируют.
Автоклавы, используемые для отверждонля клеев и пластиков,
напоминают автоклавы, применяемые в больницах для стерилиза¬
ции. по имеют большие габариты и более сложную конструкцию.
На фиг. 69 показан внешний вид автоклавов, используемых для
склеивания металлических агрегатов размерами до 1200X3000 мм.
Фирма Фостер, Уэтс энд Том в Блэкборнс (Англия) приступила
к выпуску новых автоклавов, предназначенных для склеивания
крупногабаритных агрегатов [71]. Склеиваемые агрегаты на тележке,
или монорельсе могут загружаться с одного .конца автоклава,
а склеенные агрегаты выгружаться с другого конца.
Общая длина автоклана	  12,4м
Внешний диамеф		 2,8 „
Наибольшая ширина автоклава в двери . .	.	3,7 „
Длина внутреннего рабочего пространства	.	.	10,7 „
Диаметр рабочего пространства	 2,4 .
Полный вес		 59 т
Максимальное рабочее давление сжатого	воздуха	 14 am

Фиг. 68. Схема приложения давления при вакэдмьо-авгоклапном методе
склеивания панели и детали устройства.
I—автоклав, наполненный сжитым ноздухом, 2—вакуум j од резиновой диафраг¬
мой. 3—внешняя обшивка, 4—ограничительная установочная планка, 5—участки
поверхности обшивки, приклеиваемой к гофру, 6—резиновая диафрагма, 7—гофр,
3—термопара, 9—винтовой зажим. 10—прижимная полоса. 11—вкладыши, передаю¬
щие давление диафрагмы на гофр и предотвращающие искажение его формы.
/2—криволинейная опорная пластина, 13—элекгронагрсв.
1472	12*
1

Прессы с плоскими плитами и пресс-формы, нагренаемые элек¬
тричеством или паром, часто очень полезны, особенно когда нужно
изготовить большое число плоских или с небольшой кривизной дета¬
лей. Различные типы таких прессов широко используются для
4 склеивания плоских панелей довольно тонкого поперечного сечения.
Гидравлический пресс с плитами, обогреваемыми паром и охлаж¬
даемыми водой, показан на фиг. 70. С помощью таких прессов [59J
можно склеивать и детали, выходящие за границы плит пресса, при¬
меняя последовательно операцию склеивания с некоторым перекры-
Фшг. 70. Гидравлический пресс с плоскими плитами.
I — обогреилечыс плиты, 2«—трубопроводы для пара и воды. 3 пульт
управления. 4—вспомогательный стал.
тием по длине, что, попиди-мому, в случае, например, использования
клея ридакс, не ухудшает качества соединения. Помимо прессов с
широкими плитами, имеются и так называемые «кромочные» прес¬
сы для приклеивания длинных узких деталей (например, длиной
до 5,5 м).
Лист резины, лучше всего силиконовой, помещаемый между де¬
талью и по крайней мере одной из двух нагретых плит, выравни¬
вает давление по всей поверхности склейки.
Там, где используют сравнительно низкие температуры отверж¬
дения, например, «иже 100°, можно применять запрессовку с по-
лтощыо резиновых полос, обтягивающих деталь, особенно если тре¬
буется только малое или коптактное давление. Можно воспользо¬
ваться также обклеиванием липкими лентами (скотч тэйп), если
требуется лишь контактное давление, как, например, для большин¬
ства клеев иа эпоксидной основе, и если хотя бы одна из склеивае¬
мых частей имеет небольшие размер и вес. Усадка во время нагре-
180

вания целлофана — подложки, липкой пленки — дает требуемое не¬
большое давление.
По свидетельству Дс-Брюина. английского специалиста в обла¬
сти склеивания, побывавшего в 1953 г. более чем на 40 авиациоН:
ных заводах и .институтах США, в американской практике наиболь¬
шее распространение получили вакуумный и автоклавный способы
оклеивания, в то время как в английской практике широко приме¬
няются гидравлические прессы [45].
Сравнительные данные, приведенные в табл. 40 л 41, показы¬
вают, что при условии хорошо отработанной технологии склеивания
различные способы приложения давления дают близкие, практиче¬
ски равноценные результаты.
Таблица 40
Влияние различных способов приложения давления на предел
прочности при сдвиге (в кг 1см2) во время склеивания соединений
внахлестку клеем НАА „Хай-Тсмп“ [69]
Температура испытания и "С
Источник давления
Винтовые зажимы
Вакуумный мешок
Плоский пресс
Примечание. При температуре 260е образцы выдерживались перед
испытанием 30 мин.
Из возможных методов контроля температуры при склеивании
одним из самых распространенных является намерение термометра¬
ми, особенно когда склеиваемые детали: находятся внутри нагрева¬
тельной камеры, лечи, автоклава. Термопары, расположенные в не¬
посредственной близости к клеевому шву, иногда даже заделанные
в «его, также применяют в сочетании с потенциометрами. Самопис¬
цы по1енцнометро» обеспечивают непрерывную запись фактического
температурного режима при склеивании. Пирометры, термометры
на поверхности и даже температурочувствительные краски и мелки
полезны для измерения температуры поверхностей склеиваемых ме¬
таллических элементов, плит прессов, -форм и другого •клеилыю-за-
ирессовочного оборудования.
В заключение приведем несколько советов, касающихся техники'
склеивания в теми случае, когда применяют клеи, выделяющие в про
цессс нагрева при отверждении летучие, и когда соединяют детали
из материалов с неодинаковыми коэффициентами термического рас¬
ширения.
Фирма Гленн Мартин при склеивании агрегатов управляемого
снаряда «Матадор» применяет клей FM-47, содержащий раствори¬
тели и летучие компоненты. Клей, нанесенный на соединяемые по-
верх-ности, предварительно подсушивают при комнатной температуре
24
91
120
141
260
91
108
ИЗ
181

Таблица 41
Результаты сравнительных испытаний клеевых соединений внахлестку
из алюминиевого сплава, выполненных клеем ридакс с помощью
запрессовки вакуумным способом и в прессе 143)
Вид испытания
Прочность соединений
показа гель
условия опыта
вакуумный
способ
склеивание
в прессе
При комнатной температуре
307
305
Предел прочности
при сдвиге в кг/гм2
При температуре 100° 1
44
54
После 6 месяцев экспозиции
под открытым небом (испы¬
тание при 20°)
297
318
»
При комнатной температуре
24,6
25,1
Разрушающая
нагрузка при отдире
При температуре 100°
27,8
29,2
в кг
После 6 месяцев экспозиции
под открытым небом (испыта¬
ние при 20°)
28,2
26,0-
и затем при температуре 107° в течение одного часа [53]. В со¬
бранных деталях клей отверждается при температуре 150°. Идсаль
пый цикл отверждения должен состоять из:
1) нагрева до 150° при контактном давлении;
2) операции мгновенного спуска давления («дыхания»), способ¬
ствующей удалению всех остатков летучих;
3) наложения вновь давления, достаточного для обеспечения
сплошности клеевого слоя и получения клеевого шва требуемой
толщины;
4) выдержки при этом давлении и температуре 150° в течение
30 мин.
Практически применяют одинаковое давление в начале и конце
цикла склеивания (1 кг/см2 для приклеивания обшивки к сотам
и 7 кг/см- для склеивания монолитных деталей), но с сохранением
операции «дыхания». Для осуществления этой операции удобен ва¬
куумный способ запрессовки.
Если склеиваемое изделие состоит из материалов с различными
коэффициентами линейного расширения, а необходимо получить из.
дел не с минимально возможным искажением формы, то лучше при¬
менять клеи, не требующие подогрева, или проводить процесс от¬
верждения при невысокой температуре за счет более длительного
времени склеивания (разумеется, не в ущерб требуемой прочности
соединения). Если все-таки приходится употреблять клеи с высокой
182

температурой отверждения, то распрессовку изделия—снятие дав¬
ления — следует производить после охлаждения изделия до извест¬
ной степени, например, до 90° в случае склеивания клеем ри
дакс [57]. Эта рекомендация имеет значение и с точки зрения пре¬
дотвращения повреждения склеенного изделия — при охлаждении
до комнатной температуры прочность клеевого соединения, почти
как правило, возрастает.
Даже в том случае, когда в клееном изделии применены мате¬
риалы с одинаковыми коэффициентами линейного расширения,
иногда при охлаждении приходится принимать меры предосторож¬
ности против искажения формы или повреждения изделия. Эти
меры заключаются в основном в замедлении охлаждения склеенного
изделия. В противном случае части изделии, имеющие более тон¬
кое поперечное ссчеииге, меньшую массу и большую поверхность,
остынут скорее, чем другие. В результате в клеевых швах возник¬
нут внутренние напряжения и нарушатся контуры изделия, анало¬
гично тому, как это может иметь место при склеивании материа
лов с различными 'коэффициентами термического расширения.
§ 39. Зачистка клеевых соединений
Когда внешний вид или другие требования обязывают обеспе¬
чить -отсутствие на готовом изделии избыточного клея, обычно реко¬
мендуется счищать этот .избыток до отверждения -клея тотчас после
соединения собираемых частей, намазанных клеем. Удаление поте¬
ков термореактивных «леев особенно трудно после завершения про¬
цесса .их отверждения. Однако до момента полного отверждения
клея этот избыток можно легко удалить протиркой тряпкой, смочен¬
ной соответствующим растворителем, например, использованным в
самом клее. Склеенные детали можно очищать также скребками
вручную или с помощью механизированного 'инструмента.
Иногда может возникнуть необходимость полностью очистить
металлическую поверхность детали или полуфабриката от отвердев¬
шего клея. Тогда одним из возможных методов является мехашгче-
ское соскабливание или обдувка песком. Замачивание в горячих
щелочных растворах размягчает большинство клеев и позволяет
легко отодрать или соскоблить слой клея с металла. Для снятия с
металлов отвердевших потеков или пленок эпоксидных клеев мож¬
но применять подогретую муравьиную кислоту. Некоторые фирмы,
такие, как Турко Продактс и Оукайт Продактс, выпускают спе¬
циальные жидкости, растворяющие клеи или облегчающие отслаи¬
вание клеевой пленки от поверхности металла.
Для сохранения клеевых соединений чистыми особенно эффек¬
тивны предупредительные меры. Слой защитной пленки, наклады¬
ваемый на поверхность металла, которая примыкает к оклеиваемым
участкам и ограничивает площадь склейки, устранит •необходи¬
мость дальнейшей очистки. Для предупреждения образования на
поверхности .избытка «лея полезно накладывать клей экономно. Не
следует, однако, злоупотреблять этим, чтобы при недостаточной
183

опытности не получить после сборки и отверждения клея «голод¬
ных» соединений. Клея всегда должно быть вполне достаточно для
того, чтобы он совершенно заполнил все пустоты и зазоры между
склеиваемыми поверхностями. Многие производственники считают
наличие слабого равномерного выдавливания в виде незначитель¬
ного вытекания клея по кромкам клеевых швов одним из признаков
качественной склейки.
§ 40. Меры предосторожности при работе с клеями
Большинство клеев содержит химикалии и растворители, кото¬
рые могут быть вредными, если попадут па «незащищенные руки или
лицо рабочего или будут 'вдыхаться им У Раздражение кожных по¬
кровов и заболевание глаз могут быть результатом .небрежного об
ращения с клеевыми материалами, а также длительного действия
паров растворителей и других компонентов клея. Формальдегид, ис¬
пользуемый в фенольных материалах, изоцианаты в полиуретановых
клеях и большинство катализаторов могут вызвать дерматит — вос¬
палительные заболевания кожных покровов. Многие растворители
растворяют жир на поверхности кожи, делая ее излишне сухой, что
приводит к растрескиванию кожи.
Поэтому при работе с токсичными, клеями, катализаторами или
растворителями необходимо соблюдать меры предосторожности. Не¬
которые операции надо выполнять в резиновых перчатках. При ра¬
боте с большинством клеев усиленно рекомендуется соответствую¬
щая мошная вентиляция. Если случайно вредный материал попа¬
дает на кожу, то немедленная тщательная промывка водой преду¬
предит нежелательные последствия. При соблюдении обычных мер
предосторожности не может быть вреда.
Меры по технике безопасности должны приниматься на всех эта¬
пах работы с. клеями, начиная от их приготовления,'включая опера,,
ции нанесения клея,'отверждения и очистки клеевых соединений.
Некоторые из используемых в клеях материалов, особенно рас-
(ворители, являются легко воспламеняющимися. Поэтому при ра¬
боте с «ими необходимо выполнять общеизвестные требования по¬
жарной безопасности.
§ 41. Контроль качества склеивания
Многие считают склеивание ненадежным способом соединения по
той причине, что в готовом клееном изделии трудно проконтролиро¬
вать качество клеевых соединений. Опыт промышленного примене-
1 В Советском Союзе любом новый клей, внедряемым в производство, пред¬
варительно изучается со стороны его (вредности м выявления необходимых меро¬
приятий для беяопаомого обращения с ним в Институте гипнемы труда "л профес¬
сиональных заболеваний Академии медицинских наук.
В производственных инструкциях по приготовлению, паспортизации клея
или по его применению обязательно указываются все необходимые меры
предосторожности при работе с данным клеем. Советское законодательство
предусматривает для лиц, занятых на врезных производствах, ряд льгот Приме¬
чание редактора.
184

имя процесса склеивания металлов не дает оснований полностью
присоединиться к этой точке зрения.
Некоторые авторы, например, Мосс [55], соглашаются с трудно¬
стью контроля клеевых соединений, то высказывают законное сом¬
нение в том, что .контроль точечном сварки или заклепочных соеди¬
нений намного легче. Известный авторитет в области склеивания
металлов Де-Брюин говорит [45], что ситуация в отношении контро¬
ля клеев и клеевых соединений не отличается от существующей для
других самолетных материалов: «Мы не требуем неразрушающих
испытаний прочности для металлов и довольствуемся тем, что отдель¬
ные образцы, отобранные от партии металла, имеют требуемые каче¬
ства». Приведенные высказывания, однако, ни в коей мере не долж¬
ны умалять важности процесса контроля в производстве клееных
изделий.
Широкие исследования при опытном производстве каждого ново¬
го клееного изделия, .всесторонняя проверка его <в эксплуатационных
условиях, тщательная отработка технологии производства и внима¬
тельный контроль за соблюдением установленной технологии склеи¬
вания — гарантии от неприятных случаев. Контроль должен прони¬
зывать весь производственный цикл начиная от исходных материа¬
лов н кончая готовым изделием.
Выбор марки клея делается в ходе экспериме стальных работ что
созданию нового изделия, после чего испытания клея в серийном
производстве устанавливают лишь его кондиционность и соответ¬
ствие контрольно-приемочным требованиям. Для этой цели обычно
применяют стандартные испытания на сдвиг в комнатных условиях,
описанные в § 26 и 27.
Большое внимание следует уделять подготовке склеиваемых по¬
верхностей к склеиванию. Должны проверяться все операции этой
подготовки, включая проверку химического состава очистительных
ванн, времени выдержки, температурных условий и т. д. Пробой на
хорошо очищенную поверхность служит равномерное растекание
воды по всей поверхности металла (эта проба выполняется, напри¬
мер, во время ополаскивания деталей или листов после травления
и т. п.).
Решающее значение имеет точное выполнение режима склеива
иия, особенно в период отверждения клея в клеевом соединении. Ре¬
комендуется автоматическая запись важнейших параметров режи
ма — температуры, давления во времени.
Практикуют закладку в приспособление для склеивания изделия
дополнительной панели или .отдельных образцов для последующего
их испытания. Эти образцы иногда отрезают из припусков детали
или, жертвуя изделием, из самого изделия. Испытания проводят на
сдвиг и на огдир (см. § 26—28). Последнее испытание, предложен¬
ное в 1947 г. английской фирмой Аэро Рисерч [50 , в процессе склеи¬
вания клеем ридакс является основным методом контроля очистки
склеиваемых поверхностей и условий отверждения клея. Указывает¬
ся, что испытание на сдвиг менее чувствительно к изменениям каче¬
ства подготовки склеиваемых поверхностей, режима отверждения.
185

толщины клеевого слоя, нежели испытание на стдирание
(«пиил-тест»).
Бывали случаи, когда образцы, не обнаруживающие сколько-
нибудь заметной прочности на расслаивание, легко выдерживали
испытание на сдвит. Для получения сопоставимых данных по проч¬
ности на отдир испытания должны выполняться на образцах из
одинакового металла и одинаковой толщины. Фирма Бристоль
Аэроплейн, например, установила для стандартного ' образца из
дуралюмина ДТД610 толщиной 0,9 мм минимальную норму вы дер ■
живаемой нагрузки в 27,2 кг. Результаты этого испытания не имеют
прямого значения в качестве расчетных критериев. Математический
анализ испытания склейки на отдир .дал Спис [44]. Указанный ме¬
тод контроля применяется фирмами Де-Хэвилленд и Бристоль Адро-
плейн в Англии, Фоккер в Голландии и др.
Одним из показателей правильно осуществленного режима от¬
верждения клея служит цвет клеевого шва. Так, для клея ридакс
красновато-коричневый цвет свидетельствует о качественном отверж¬
дении, слишком светлый — о недостаточной полимеризации, а темпо¬
коричневый или черный — о пережоге и хрупкости.
Иногда для того, чтобы определить момент достижения клеевым
соединением оптимальной прочности, в состав клея в процессе склеи¬
вания вводят специальные соединения, вызывающие изменение цве¬
та клеевого шва во время нагрева. Такие индикаторы вводят, на¬
пример, в клей «Кемотск». Этот клей, разработанный фирмой Эптек-
тик Уэлдинг Элойз на основе эпоксидных смол и предназначенный
для склеивания металлов, керамических и иных материалов [38],
при «акесении имеет темно-синюю окраску. После полимеризации и
достижения соединением требуемой прочности темно-синяя окраска
переходит в светло-зеленую. Она указывает на высококачественное’
клеевое соединение. Синяя окраска говорит о недостаточной степе¬
ни полимеризации, коричневая -— указывает на перегрев. Это очень
удобный способ контроля, имеющий важное значение при приемке
склеенных деталей. Контролер по внешнему виду может тотчас опре¬
делить качество клеевого соединения.
Во многих случаях о качестве склеивания до некоторой степени
можно судить по наличию и величине потеков клея. Обычно клей
должен выжиматься по кромкам клеевых швов равномерно и не¬
много, свидетельствуя тем самым о достаточности нанесенного слоя,
подведенного тепла и приложенного давления. Однако здесь нельзя
дать общего рецепта, многое будет зависеть от рода клея и выра¬
ботанной технологии склеивания.
Американская фирма Валти Эйркрафт в производстве клееных
металлических изделий придерживается следующих приемов кон¬
троля [33].
Каждую склеенную деталь осматривают. Особое внимание обра¬
щают на потеки клея у клеевых швов. С помощью тонкого инстру¬
мента — щупа пытаются «прозондировать» клеевые швы, отыскивая
возможные краевые пустоты. Если обнаруживают, что более 5%
186

длины (клеевых швов имеют краевые пустоты (зазоры, непроклей)
или иные дефекты, то такую деталь бракуют.
Ежедневно запрессовывают из алюминиевого сплава 24ST тол¬
щиной 1,6 мм клееные панели с длиной нахлестки 12,7 мм для по¬
следующей разрезки на три образца для испытаний на сдвиг. Склеи¬
ваемый материал, клей и условия склеивания те же, что и для вы¬
пускаемых изделий. Предел прочности при сдвиге для применяемого
фирмой клея метлбонд должен быть не менее 176 кг/см2 с когезион¬
ным разрушением по клею не менее чем на 75% склеенной площа¬
ди. Этот процесс проверки был регламентирован спецификацией
№ 20044 Военно-воздушных сил США.
Каждую неделю образцы, подобные образцам для ежедневного
испытания на сдвиг, закладывают в соответствии с Федеральной
спецификацией QQ-M-151 на 30-сутючнос обрызгивание соленой во¬
дой. Прочность при сдвиге также не должна быть ниже 176 кг1см~.
Первые производственные клееные детали и агрегаты и 1 % по¬
следующих вскрываются по клеевому соединению для визуального-
осмотра. Клей должен оставаться по крайней мере на 75% всей
площади склейки.
В связи с контрольными испытаниями оклейки на сдвиг, выпол¬
няемыми при нормальной температуре, следует заметить, ':то в ли¬
тературе имеются указания [60], согласно которым влияние откло¬
нений в температурном режиме отверждения клея и нарушения вре¬
мени отдельных операций сборки резче выявляется при испытаниях,
в условиях несколько повышенной температуры (например, 65е),
чем при 20°.
Схема контроля, применяемого фирмой Гленн Мартин в произ¬
водстве клееных с сотовым заполнителем агрегатов управляемого-
летающего снаряда В-61А «Матадор», показана па фиг. 71.
Холбэк и Бэрридж отмечают £53], что вследствие прекрасной
стабильности при хранении клея FM-47, используемого фирмой, он
проверяется только один раз — при поступлении на завод.
Получение клееных крыльев и стабилизаторов хорошего каче¬
ства облегчалось тем, что наряду с жидким клеем FM-47 -в каче¬
стве грунта применялась пленка из этого же клея с марлевой тканью-
в качестве основы. Это позволило избавиться от сплошного -контро¬
ля прочности соединений обшивки с сотами _и ограничиться выбо¬
рочным контролем.
Другим фактором, благоприятным для инспекции, являлся боль¬
шой запас прочности качественных соединений на выбранном клее.
Вместо 176 кг]см? при сдвиге согласно спецификации Мил-А-8331
клей FM-47 дает 280 кг/см-, т. е. на 60% больше.
Контроль процесса склеивания, практикуемый фирмой Гленн
Мартин, основан на тщательной проверке операции каждого этапа
технологического процесса (/, П, Ш по схеме па фиг. 71) и сопро¬
вождается некоторыми испытаниями готовой продукции (/К). Зна¬
чение инспектирования этапов / и // обусловлено тем, что склеи¬
ваемые детали здесь доступны для осмотра, в то время как после
сборки эта возможность почти полностью утрачивается. Следует, в
1
187”

s
f-
I?
Hi
§:
1=
sS
II
i P
I
П
SI
; Si
Is
>	s>,
“ «I
■g
CD
a •
§ i s
1 ill
Щ1! 11:1
Hi
c4‘
s'IIr
si
IfUlil
— К t H £ -	*
1 II
s|
“a
:= ё£
* R
ё!
ill ii=k*
IP i№
is Nhii
Is
I! it?
si
II II
is II
1 \
с 3
-i и
1 ii
I li
I
1“=
is.ii:
im
:щь
ill
Й
g.
s
г
га
О.
Я
li¬
as
i|
а,-з
s&
Й-s-
2 ^
sg
si
CX CO
J
c; *
= §•
3£
5 Jj
a s s
§: i
11
in.-
У
§
3
о
x
U
«■
188

частности, проверить, не слишком ли большой промежуток времени
был после сушки очищенной поверхности перед нанесением на нее
клея. При контроле этана сборки и отверждения клея следует обра¬
щать внимание на то, чтобы требуемые давления и температуры
были созданы именно в клеевых швах. Для этой цели используют
термопары, иногда оставляемые в изделии, и указатели давления —
тарнровочные пружины н пр.. обычно вмонтированные в сборочно¬
прессовое оборудование. Первые экземпляры нового изделия под¬
вергают поверочным испытаниям для «выяснения правильности при¬
нятой технологии, подбора оснастки и пр. Обшивку сдирают и ос
матривают клеевые соединения. Проводят прочностные испытания
клеевых соединений на образцах, вырезанных из изделия, а также
статические испытания .всего изделия.
Когда процесс -производства налажен, ттжис поверочные испыта¬
ния («тул квалифпкэйшн тест») выполняют лишь эпизодически -
при изменении конструкции изделия, оснастки, или технологического
режима или периодически для I % изготовленных изделий.
Обычный систематический контроль готовой продукции (этап /I'
по схеме на фиг. 71) включает в себя наряду с визуальным осмот¬
ром, контролем формы и размеров изделия, «просмотром фактиче¬
ских параметров режима склеивания, простукиванием и испытанием
вакуумом также и испытания, связанные с местным повреждением
изделия, — испытания на отрыв обшивки. Подробнее о последних
видах испытаний, специфических для сэидвичевых конструкций и
применяемых, в частности, фирмой Норт Ачерикэн, сказано в § 45.
Если завод выпускает продукцию, устойчивую по качеству, то объем
контрольных испытаний, особенно портящих изделие и требующих
последующей заделки повреждений, сокращается.
R настоящее время еще не созда«ны удовлетворительные способы
контроля прочности .клеевых соединений без «их «разрушения, о чем
уже упоминалось в § 29. Исследования в этом направлении продол¬
жаются.
Значительно лучше обстоит дело с неразрушающлми способами
контроля качества склеивания, способами обнаружения такого рас¬
пространенного и опасного дефекта, как «пепроклей».
В печати сообщалось 35, что французское самолетостроитель¬
ное общество SNCASO применяет ультразвуковой контроль «в про¬
изводстве многоцелевого самолега «Вотур», в конструкции которо¬
го широко использовано склеивание металлов.
Нели склейка качественная и: обеспечивает сплошность .контак¬
та, поток ультразвуковых волн может беспрепятственно проходить
через склеенные материалы и клеевой шов. Если в клеевом соеди¬
нении имеется дефект хотя бы в виде тончайшей прослойки воздуха,
то попадающие туда волны будут отражаться, сигнализируя о на¬
личии дефекта.
При разработке метода кот роля и соответствующей аппаратуры
необходимо подобрать конструкцию, а также расположение излуча-
1 ел я колебаний и устройств, воспринимающих ответные сигналы и
частоту волн, так, чтобы получить их достаточную проницаемость, в
«I
189

нужных случаях отражаемость, обеспечить возможность установ¬
ления размеров дефектного участка и отсутствие вредного воздей¬
ствия применяемых колебаний или волн на фгоико-механичсокие
свойства испытуемого изделия.
В технике широко применяются два рода ультразвукового кон¬
троля. Одни способы предназначены для обнаружения внутренних
дефектов в однородных материалах. Они неудобны или непригод¬
ны для контроля клееных конструкций, так как требуют свободного
доступа элементов испытательной аппаратуры с двух противополож¬
ных сторон обследуемой части конструкции и, кроме того, часто вы¬
зывают необходимость погружения в жидкость. Другие способы
используются для проверки «глухих стен» и изделий, к .которым
имеется доступ лишь с одной стороны. Такого рода инструменты
основаны на принципе отражения импульсов энергии.
Именно на этом принципе работает созданный французской са-
мо л с то с т ро нте л ь н о й компанией SNCASO совместно с обществом по
применению ультразвука испытательный ультразвуковой резонанс¬
ный аппарат «Аэрозоник Тестер». Прибор позволяет определять де¬
фекты менее 2 см- в склеенных металлах общей толщиной от 1,2
до 30 мм. Прибор питается переменным током напряжением
90/240 в и частотой 50/60 гц. Аппарат обладает достаточно широ¬
ким диапазоном частоты, причем последняя может изменяться не¬
прерывно без смены контактора {«щупа»). Точность работы прибора
и его «избирательность» пе зависят от контактного давления щупа.
Аппаратура действует безотказно в атмосфере повышенной влаж¬
ности и при температуре до 60°.
Для контроля качества приклейки обшивки к пластмассовым или
металлическим сотам, а также для контроля клеевого соединения и
сцепления металла с пенопластом в полых лопастях воздушных вин¬
тов самолетов и вертолетов физиками Исследовательского института
в Стэнфорде в Калифорнии (США) разработан прибор «Стаб Me
тер» [70].
Пьезоэлектрический вибратор, подключенный к измерительной
аппаратуре, прикладывается к поверхности проверяемой сэндвичевой
конструкции. Реакция изделия превращается прибором в электриче¬
ский сигнал, сообщающий о наличии или отсутствии на обследуемом
участке хорошей связи между металлом обшивки и сердцевиной.
Испытатель рассматривает изображение иа экране осциллографа.
Отклонение от картины, свойственной качественной панели, свиде¬
тельствует о неудовлетворительной склейке. Указывается, что данный
прибор, помимо обнаружения «непроклея», сможет достаточно точно
предсказывать механическую прочность соединения. Прибор может
быть построен в форме, позволяющей использовать его не только в
лабораторной обстановке, но и в полевых условиях.
Авиационная фирма Дуглас {Калифорния, США) установила
возможность проверки качества приклейки обшивки к сотам в сэнд-
Еичевых панелях с помощью резонансного испытания с применением
зерен песка, насыпанных на поверхность клееной панели [37]. Была
построена установка, состоящая из генератора звука (подобною
ИЮ

электронной трубке электрического органа) и трубы с обращенным
кверху широким раструбом или рупором, на который через спе¬
циальные опорные прокладки кладется испытуемая панель. Частота
волн, генерируемых источником звука, могла доходить до 50 ООО гц,
что далеко выходит за пределы слышимости человеческого уха.
В опытных работах зерна песка брались шести различных размеров
и окрашивались в разные цвета, однако было установлено, что раз¬
мер зерен не сказывается существенно на результатах испытания.
При включении генератора и постепенном изменении частоты зву¬
ковых волн (обычно лучше начинать с частоты порядка 20 ООО пе¬
риодов в сек.) зерна песка начинают двигаться по поверхности па¬
нели ц «скатываются» с тех мест, под которыми соты lie приклеены
к обшивке панели. Когда эти области были очерчены мелом, а па¬
нель затем разрезана, то оказалось, что меловые помелей совпадали
с границами «непроклея».
До енх пор в практике склеивания наряду с указанными объек¬
тивными методами контроля «непроклея» применяют простой, но
субъективный способ простукивания на слух приклеенных обшивок,
полагаясь на искусность, внимательность и добросовестность контро¬
лера.

ГЛАВА VII
ПРИМЕНЕНИЕ КЛЕЕВ В СЛОИСТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
КОНСТРУКЦИЯХ С ЛЕГКИМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ
Одним из самых ответственных и новых применений '«леев для
металлов является изготовление конструкций типа «сэндвич». Они
состоят обычно из сердцевинного материала легкою веса— запол¬
нителя, прикрепленного с двух противоположных сторон к металли¬
ческим обшивкам. Американское общество испытания материалов
дает следующее довольно широкое определение такого рода кон-
Фиг. 72. Поперечное сечение трех различных тнлоп элементов кон¬
струкций с сотовым заполнителем (фирма Глен» .Чартнго).
струкциям и материалам: «Слоистая конструкция из сочетания раз¬
личных разнохарактерных простых пли сложных материалов, со¬
бранных и прочно скрепленных друг с другом так, чтобы, используя
свойства отдельного материала, добиться определенных преимуществ
для конструкции к целом».
Практически в слоистых конструкциях сэндвич (фиг. 72) всегда
имеются три элемента: две обшивки и сердцевина. Функция сердце¬
вины разделить обшивки для создания панели, достаточно жест¬
кой, чтобы предотвратить общую эйлеровекую потерю устойчиво¬
сти (упругую неустойчивость) и удерживать обшивки от местного
выпучивания под напряжением. Поэтому иногда трехслойные пане¬
ли сэндвичевого типа называют панелями с «разнесенной» обшив¬
кой. Под названием «сэндвич», «трехслойные материалы с заполпн-
192

телем» или «слоистые конструкции с заполнителем» понимают как
полуфабрикат — листовой слоистый материал, так и •конструктивные
элементы различных форм и габаритов, которые представляют со¬
бой сочетание двух обшивок с заполнителем между ними.
Сочетание сердцевины из легкого но весу материала и относи¬
тельно прочных обшивок даст прочную, легкую, высоко эффектив¬
ную конструкцию, пригодную для ответственных и неответственных
агрегатов в самолетах и управляемых летающих снарядах, в кузо
иах автомобилей, железнодорожных вагонах, жилищном строитель¬
стве, в производстве мебели, в контейнерах для перевозки Iрузов
и т. п. В настоящее время уделяется большое внимание, этим мате¬
риалам, как пригодным для декоративных целей.
Крепление решетчатой или сотовой сердцевины к металлической
обшивке дает возможность применять сравнительно тонкие обшивки
и создавать конструкцию, которая выдерживает без выпучивания
более высокие сжимающие нагрузки, чем одна толстая обшивка, при
одинаковом весе. При сжатии ненодкрелленная металлическая об¬
шивка может прогнуться в ту или иную сторону при напряжениях
гораздо меньших, чем предел прочности материала на сжатие. Если
имело место выпучивание при сжатии, то этот лист обшивки не в
состоянии выдерживать дальнейших сжимающих нагрузок. В само
летах такое выпучивание обшивки хорошо знакомо и часто обхо¬
дится дорого, тане как оно может привести к преждевременному
усталостному' разрушению -конструкции.
Чтобы устранить возможность появления выпучивания обшивки
в конструкциях с «работающей» обшивкой, последнюю подкрепляли
металлическими элементами жесткости — стрингерами — с помощью
клепки, точечной сварки или склеивания. Чем больше таких элемен¬
тов жесткости, т. е. чем меньше промежутки между ними, тем бо¬
лее высокие сжимающие, нагрузки могут выдерживать конструкции
без потери устойчивости обшивки. Там, где вес является важным
фактором, учитываемым при конструировании изделия и .расчете его
на прочность (как в авиации), существует предел, за которым даль
нейшее добавление элементов жесткости становится нецелесообраз¬
ным.
Простое и эффективное решение этой проблемы заключается и
использовании конструкций с заполнителем. Стенки ячеек сердце¬
вины, скрепленные с обшивкой (имеется в виду сотовый заполни¬
тель), играют роль элементов жесткости, сокращая размеры уча¬
стков обшивки, не имеющих опоры. В результате достигается преи¬
мущество в весе и простоте изготовления. Кроме того, обшивка
практически поддерживается во всех точках ее поверхности, .осо¬
бенно при использовании в качестве заполнителя материалов, значи¬
тельно более гомогенных, чем соты, например, мелкопористых или
мелкоячеистых пенопластов.
Такие конструкции возможны только в том случае, если сердце-
вину можно хорошо соединить с обшивками. Попытки применять
заклепки или точечные сварные швы -в цельнометаллических слои¬
стых конструкциях с сотовым заполнителем потерпели неудачу
13 Г. Эпштейн
143

■вследствие чересчур большого количества требующихся отдельных
креплений. В ’настоящее время установлено, что склеивание являет¬
ся наиболее подходящим способом изготовления этих .конструкций.
Разнородные материалы сердцевины и обшивок возможно н удобно
соединять только клеем.
JI. Марквардт, заместитель директора Лаборатории лесных ма
териалов, в 1951 г. так охарактеризовал ведущую роль клеев в этом
отношении: «Важное значение клеев нельзя переоценить. Они яв¬
ляются ключом к сэндвич-конструкциям».
§ 42. Материалы обшивки и заполнителя
Цель создании материала или конструкции типа «сэндвич» — по¬
лучить изделие легкого веса, но высокой прочности. Поэтому серд¬
цевинный материал (заполнитель) должен быть как можно более
легким. Вместе с тем он должен быть достаточно жестким и проч¬
ным, чтобы противостоять сдвигающим и сжимающим напряжениям,
которым он может подвергнуться при передаче силового потока от
одной обшивки к другой. Материалы обшивок, которые стабилизи¬
руются сердцевиной, часто должны служить многим целям в зави¬
симости от применения. Во всех случаях обшивки несут основные
нагрузки. Они должны противостоять изгибающим, растягивающим,
сжимающим и скручивающим силам. Поэтому от свойств обшивок
в большой степени зависят несущая способность и долговечность
конструкции. Кроме обеспечения стабильности размеров и жестко¬
сти конструкции в целом, от обшивок могут потребоваться аэроди¬
намически гладкие поверхности, декоративные поверхности, иногда
поверхности, стойкие к истиранию (для платформ), и т. п. Для
выигрыша в весе обычно применяют наиболее тонкие обшивки, от¬
вечающие, однако, требованиям прочности1.
Самым ранним материалом для сердцевины была древесина с
низкой плотностью. Слоистый материал «Метэлайт», разработанный
а широко используемый фирмой Чанс Воут, состоит из облицовок
из алюминиевого сплава, склеенных с торцевой поверхностью дре¬
весины бальзы клеем па фенольной основе (например, Дюрез 12041
и Сайклвелд). Метэлайт в настоящее время широко используется в
стабилизаторах и 'Крыльях морских истребителей «Корсар». Этот
материал также опробовали при изготовлении лыж. Таким образом
можно получить облегченные, более прочные и долговеч-ные гладкие
лыжи. Подобные металл—бальза—металл конструкции, склеенные
ридаксом, как сообщают, применяются в управляемых летающих
снарядах «Регулюс» Морских Военно воздушных сил США.
Пенопласты, губчатые резины и материалы в виде сот приобре¬
тают все более важное значение в качестве сердцевинных материа-'
1 В Советском Союзе, >как и ш других странах, был проведем ряд иссле- ‘
довашгй, .посвященных расчету слоистых конструкций с заполнителем па проч¬
ность и установлению оптимальных соотношений между конструктивными пара¬
метрами таких конструкций с учетом механических свойств материалов обшивок
к заполнителя. Примечание редактора.
194

лов. Иногда с этой целью используют фанеру и фибру. Плотность
материалов-заполнителей обычно составляет 0,05—0,26 г/см*.
В число губчатых материалов или пен входят: ячеистый ацетат
целлюлозы (дю-Понт), ячеистый тверды]! эбонит на основе синтети¬
ческого каучука (фирмы Опондж Раббер Продактс), вспененный по¬
листирол (например. Стирофоум фирмы Доу Кемикэл) и вспенен¬
ные силиконовые смолы (фирмы Доу Кор шип), которые обладают
высокой теплостойкостью, но являются недостаточно прочными для
большинства конструкционных применений. Ведутся работы даже
над пеной из алюминия (Бьоркстеновская исследовательская лабо¬
ратория) .
В настоящее время известны материалы, когорье можно вспе¬
нить непосредственно в изделии. Они соединяются с предварительно
приготовленными металлическими обшивками во время процесса
вспенивания смолы. Имеются в распоряжении 'Промышленности
пенопласт «Локфоум», разработанный фирмой Локхид. и некоторые
другие материалы, также основанные на реакции изоцианатов с алки¬
лами в присутствии влаги или кислот. Был разработан ряд иных ком¬
позиций, пригодных для вспенивания в изделии и обладающих более
высокой теплостойкостью.
За последние несколько лет все большее значение приобретаю!
материалы в виде сот. Они изготовляются параллельным склеива¬
нием листов или полос в местах выступающих участков и образуют
подобие пчелиных сот. Широ <о используются соты пз бумаги, хлоп¬
чатобумажной и стеклоткани, обычно пропитанных тер море активной
смолой, а также соты из тонкого металла. Алюминиевые соты имеют
особенно важное значение в настоящее время в авиационной про¬
мышленности, хотя пропитанные смолой бумажные соты благодаря
■их дешевизне имеют большие потенциальные возможности для пе-
воепиых применений. Стальные соты преднавначаются для объектов,
эксплуатирующихся при высоких температурах.
Механические свойства любого материала-за-полнителя сильно
зависят от его плотности, возрастая почти линейно с увеличением
плотности. В качестве облицовочного материала (обшивок) особен
но широко используются алюминиевые сплавы .в виде листов, такие,
как 75ST6. 24ST3 и 14ST6. Толшина листа обычно бывает от 0,3
до 1,6 мм. Плакированные листы предпочтительнее пеплакирован
тгых благодаря их лучшей стойкости против коррозии.
Облицовки нз листовой стали предпочитают алюминиевым в тех
случаях, когда скорее требуются более высокая механическая проч¬
ность, температурная и абразивная стойкость, присущие стали, чем
высокая коррозионная стойкость и легкий вес, свойственные плаки¬
рованному дуралюмину. Примерами применения стальных облицо¬
вок являются лопасти пропеллеров, передние кромки лопастей гели¬
коптера ц наружная обшивка летающих снарядов (эти обшивки
приклеиваются специальными, теплостойкими клеями, описанными
в главе IV).
Хотя с облицовками из магниевых сплавов были проведены толь,
•ко экспериментальные работы, высокое отношение жесткости к

удельному весу магния делает его достойным внимания и в даль¬
нейшем. Многие другие материалы, включая фанеру, пропитанную
смолой стеклоткань и картон, могут применяться в качестве обши¬
вок слоистых конструкций с заполнителем.
§ 43. Клеи для металлических конструкций
с сотовым заполнителем
В цельнометаллической трехслойной панели с заполнителем из
металлических сот может быть несколько различных типов клеевых
соединений. Соединение заполнителя с обшивками особенно важно
с точки зрения прочности конструкции и ее веса. Для того чтобы
обшивки и сердцевина выполняли свои функции, ш необходимо на¬
дежно связать в единое целое. Поэтому при склеивании облицовок
с сердцевиной, так же как и для склеивания самого сотового запол¬
нителя, применяют конструкционные
клеи — на фенольной или эпоксидной
основе пли их сочетания.
При склеивании необходимо уделять
внимание подготовке склеиваемых по¬
верхностей, нанесению клея и условиям
отверждения. Подготовка к склеиванию
та же, что и обычно применяемая при
склеивании металлов. Сердцевина из
алюминиевых сот чаще всего не нуж¬
дается в очистке, если она не побывала
в условиях, где могло произойти силь¬
ное загрязнение, например, при механи¬
ческой обработке.	••
При склеивании обшивки с сердцевиной широко используют ме¬
тоды вакуумной запрессовки, часто с применением автоклава.
Для клеев, предназначенных для склеивания металлов в моно¬
литных '.конструкциях, прочность соединения внахлестку берется за
предварительный критерий при выборе подходящего состава клея.
Для слоистых конструкций с легким заполнителем эта прочность ни
в коем случае не является решающей. Стенки сотовых ячеек при¬
крепляют к обшивке преимущественно Т-образным соединением в
виде наплыва (фиг. 73). Небольшой треугольничек в поперечном
сечении шва отвержденного клея является самым эффективным ва¬
риантом наплыва. Высоковязкис клеи, например, клеи иа эпоксид¬
ной основе, с хорошими свойствами смачивания и растекания соз¬
дадут такие наплывы у стенок ячеек. Клеи на фенольной основе, та¬
кие, как НАЛ «Хай-Темп», которое обычно дают плохо наполнен¬
ные швы — «филлет» —, можно 'модифицировать умеренным добав¬
лением наполнителя или эластомерных материалов (клей СИТ) для
получения хороших соединений обшивки с сердцевиной.
Клеи в соединении должны противостоять нескольким различ¬
ным видам сил. Обшивка может подвергаться растяжению, напри
мер, при изгибе сэндвичевой панели. В этом случае все соединение
3
Фиг 73. Типичный клеевой шоп
в соединении обшивки с сото¬
вым заполнителем.
стечка ячейки сот, 2—клей. 3—
обшивка.
196

обшивка—сердцевина будет находиться в напряженном состоянии.
Если в клеевом соединении произойдет местное разрушение, то мо¬
жет возникнуть тенденция к его дальнейшему распространению и
последовательному отслаиванию обшивки от сердцевины. Чем выше
прочность клеевого соединения на отдир, тем лучше оно сопротив¬
ляется этому разрушению. Повышенная прочность при отдире сооб¬
щает клеевому соединению также стойкость к вибрациям, к удар¬
ным нагрузкам при эксплуатации изделия и к нагрузкам, возникаю¬
щим во время механической обработки в процессе его изготовле¬
ния1. Прочность на растяжение соединения обшивка—сердцевина в
направлении, перпендикулярном поверхности обшивки - отрыв,
должна быть не меньше, чем прочность на сжатие самого сердце¬
винного материала в направлении, перпендикулярном плоскости
приклейки его к обшивке. Это обусловливается тем, что обшивка при
потере устойчивости во время сжатия вдоль обшивки — продольный
изгиб в равной мере может дать выпучивание как внутрь, так и
наружу.
Для соединения обшивки трехслойного материала с заполните
.тем желательно, чтобы клей позволял приклеивать обе обшивки к
заполнителю за одну операцию. Опять-таки можно применять клей
с относительно высоким содержанием твердых продуктов или соот¬
ветствующим образом модифицированный клей на фенольной
основе.
Необходимо, чтобы образовавшиеся при склеивании обшивок с
сердцевиной клеевые швы —■ валики — были в основном 'непористы-
ми. Отверстия и пустоты в клеевом шве в данном случае, так же
как з клеевом шве в соединении внахлестку, значительно снижают
работоспособность пзделия 2.
Метод, применяемый фирмой Норт Америкэн Авиэйшн для улуч¬
шения склеивания обшивок с сотовым заполнителем, заключается в
наш'сенгаи покрытия клея иа материал сот окунанием. Когда ис¬
пользуют клей СНТ или 422, то края алюминиевых сот сначала по¬
гружают в разбавленный раствор (примерно 10%-'НЫЙ в ацетоне)
СНТ или НАА «Хай-Темп». После высушивания выполняют обыч¬
ную процедуру склеивания. Дополнительное -капиллярное действие,
вызываемое стенками ячеек, дает улучшенное качество клеевых
швов — «наплывов», связывая стенки сот с обшивкой. Часто серд¬
цевину грунтуют, например, нанесением с помощью клеевых валь-
цев клея, которым осуществляется склеивание.
Толщина -клеевого слоя, наносимого на обшивку, является дру¬
гим важным фактором наряду с вязкостью клея и нанесением клея
1 Автор не подкрепляет эго мнтереопое положение (о -’наличии связи между
прочностью клеевых соединений при отдире и их пибростойхосгью и сопротив¬
ляемостью ударным нагрузкам) каюими-либо опытными данными. Примечание
редактора.
2 Повпдимому, не исключена возможность того, что в отдельных случаях
окажется приемлемым путь вспенивания клеевого покрытая, нанесенного на
металл, я создания, таким образом, нетолстого стоя «пенопласта», связмиающсго
воедино обшивку и сотовый заполнитель. Примечание редактора.
1472
197

на соты. Недостаточная величина клеевых наплывов около стенок
сот (см. фиг. 73) может быть результатом слишком тонкого слоя
клея. Однако можно значительно сэкономить в весе, если избегать
излишне толстых слоев.
Обычно .применяют клеевые покрытия, имеющие удельный все
0,14—0,49 кг на кв. м площади обшивки.
Хотя плотность заполнителя, а отсюда и сто механические свой
ства зависят главным образом от толщины стенок ячеек, тем не ме¬
нее прочность соединения обшивка—заполнитель для определенного
клея является в основном функцией размера ячейки. Это особенно
справедливо в случае заполнителя из сотового материала. На
фиг. 74 показано повышение
прочности клеевого соединения
с уменьшением размера ячейки.
Этот последний параметр опре¬
деляется как диаметр окруж¬
ности, вписанной внутрь пра¬
вильного шестиугольника ячей¬
ки. Мелкие ячейки дают боль¬
шую поверхность склейки при
данной толщине стенки. Кроме
того, гораздо слабее проявляет¬
ся тенденция тонких обшивок
втягиваться в соты, покрывать¬
ся «ямочками».
Присутствие в клеевом со
единении прокладки из ткани,
пропитанной клеем, очцнь по¬
лезно для повышения прочности
на отдир соединения обшивки
'с сердцевиной. Многие клеи
поставляются в таком виде. В противном случае большинство клеев,
особенно жидких, можно применять в соединении, сочетая их с про¬
слойкой из ткани. Установлено, что стеклоткань весьма подходит
для этой цели.
Другой способ также часто применяется для повышения прочно¬
сти соединения на отдир, особенно если употребляются клеи на
эпоксидной основе. В этом случае иа обшивки наносят топкое грунто¬
вое покрытие из более «гибких» податливых клеев, например, клесв
на основе каучука или фенольных клеев, модифицированных вини
ловымн смолами или эластомерами, таких, как FM-47. Это покры¬
тие хорошо высушивают и по крайней мере частично отверждают
перед нанесением клеев, которые в отвержденном состоянии явля¬
ются более хрупкими.
Интересно отметить, что в алюминиевых сотах, выпускаемых
фирмой Гекссль Продактс, делают крошечные отверстия в стенках
сот. Когда летучие вещества удаляются во время отверждения клея,
они могут выходить через эти отверстия. Если бы летучие вещества
остались внутри конструкции с легким (сотовым) заполнителем.
I*
£ СО
^ £-
^ е
5.3
14
\
\
ч
М
V-i
N
гг
вр
48
3.6
2Ji
12
§
I,
!>
■о *
Боо
о ft,
0	э
Q С
1	§
й О
7 U б 8 W
Размер сотовой ячейки в мм
Фиг. 74. Прочность клеевого со.едине
шея обшивки е сотовым заполните¬
лем « зависимости от размера ячеек
cor (по данным фирмы Гсксель Про¬
дактс) .
1— прочность при равномерном отрыве,
2—прочность при отдире.
198

Таблица 42
Некоторые клеи для металлов, пригодные для сэндвич-конструкций
Максималь¬
ная рабочая
температура
в °С
Марка клен
Фирма- изготовитель
Эпон VI
Шелл Кемикэл
Аральдит
Сиба, Нью-Йорк
Сайклвелд С-6,
С-14 и 55-9
Крайслер, Трентон, Мичиган
Qfl
Бостик 7008 и 7026
Б. Б. Кемикэл, Кэмбридж, Массачузет
ои
Метлбонд MN3C
Нармко Рэзин эид Коутингз
FM-45 и FM-47
Блучиигдейл Раббер
Ридакс
Сиба, Нью-Йорк
Пликозайт
Ю. С. Плайвуд, Ныо-Йорк
ЕЛ-II77
Миннесота Майнииг
Эпон VIII
Шелл Кемикэл
95
Сайклвелд С-3
Крайслер, Трситои
РА-101
Блумпнгдейл Раббер
СНТ
Норт Американ Авиэйпш, Дауни, Кали
260
форния
422
Шелл Дивелопмент, Эмервилл, Калифорни
высокие внутренние давления, развивающиеся особенно при повы¬
шенных температурах, сильно ослабили бы 'конструкцию.
Вторым типом клеевого соединения, -играющим важную роль в
слоистых конструкциях с сотовым заполнителем, является соедине¬
ние в выступающих местах соприкасающихся листов или полос, -об¬
разующих соты. Это соединение осуществляется в процессе изготов¬
ления сотового материала. Обычно для этой цели применяют клеи
на фенольной основе. Клеевые соединения внутри сотового мате¬
риала помогают выдерживать напряжения сдвига и повышают
прочность материала на сжатие в направлении, перпендикулярном
к плоскости с клейки их с обшивкой, т. е. параллельным плоскости
стенок ячеек сот. Однако эти соединения далеко не так сильно на¬
пряжены, как соединения между обшивками и сотовым заполните¬
лем, вследствие относительно большей площади склейки в первом
случае по сравнению со вторым.
В сэндвичевых панелях используются еще два типа клеевых со¬
единений: соединения смежных отсеков заполнителя и соединения
заполнителя с обладающими высокой плотностью вкладыша мн.
НЮ

окантовками и узлами, например, деталями приводных механизмов,
петлями шарниров, частями стопорных устройств и т. п.
Обычно отсеки заполнителя подгоняют механически, а затем
клей заливают в промежуток между ними. Чаще всего применяют
клеи на эпоксидной основе или с высоким содержанием наполните¬
лей. Иногда применяют пропитанную ткань — в зависимости от
формы соединяемых частей. Клей должен заполнять кромки метал¬
лических пластинок, плотно прилипая к ним без давления, и отверж¬
даться в изделии без усадки и вытекания.
Аналогично для соединения материала заполнителя с вклады¬
шами, окантовками или узлами требуется клей, который во 'время
процесса отверждения не вытекает из вертикально расположенных
деталей.
Может возникнуть необходимость в клеевом слое значительной
толщины для обеспечения гарантированного контакта. Особенно
хороши для этой цели эпоксидные клеи, поскольку они могут обра¬
зовывать сплошные клеевые соединения при большой толщине клее¬
вого слоя.
В обоих случаях предпочитают использовать клеи, обладающие
качествами зазорозаполиитслей. Выбор клея имеет меньшее значе¬
ние, если окантовка приклеивается после завершения первого этапа
сборки, однако обычно применяют склеивание всех деталей, входя¬
щих в слоистую конструкцию с заполнителем, за одну операцию.
§ 44. Методы изготовления клееных металлических
слоистых конструкций с легким 'заполнителем
Большинство специальных методов, используемых при изготов¬
лении сэндвичевых конструкций, уже рассматривалось ранее в свя¬
зи с клеями. Часто при нанесении клея и его отверждении требуют¬
ся вспомогательные меры. Обычно клеи наносят пульверизатором
или1 кистью на облицовки как грунтовое покрытие, которое состав¬
ляет приблизительно 5% общего веса клея. Желательно удержать
•клей прежде всего на облицовке.
Иногда в клеевой шов во время нанесения клея помещается
т-кань — хлопчатобумажная, найлоновая или стеклянная, особенно
если не применяется пленочный клей на подкладке. Если нужно
наносить клей непосредственно на сердцевину, то для плоских уча¬
стков подходит обычный клеенамазыватель типа, известного в фа¬
нерной промышленности для нанесения клея на шпон. Может потре¬
боваться несколько операций нанесения клея с каждой сторонй пане¬
лей заполнителя.
Для сердцевин с фасонным контуром чаще всего применяют
пульверизацию, нанесение кистью или с помощью валка. В любом
случае можно применять способ погружения в достаточно жидкий
клей, если конфигурация панели сотового заполнителя «е слишком
сложная. Практически приемлемы любые способы, которые дают чи¬
стое равномерное распределение клея.
Клеи в виде тонких листов или пленки на подкладке с точки
зрения удобства .работы являются более предпочтительными, но они
200

более дорогие. Самые эффективные пленочные «леи клеи на подт
кладке из ткани.
Температуры внутри1 клеевого шва для отверждения «лея в со¬
единениях слоистых металлических конструкций с легким заполни¬
телем рекомендуются такие же, как при обычном склеивании ме¬
таллов. Следует устанавливать термопары внутри или у ‘клеевого
шва. Если применяется вакуумный метод склеивания, то передача
тепла осуществляется медленнее, поэтому для получения опти¬
мальных соединений часто требуются более длительные циклы от¬
верждения или источник тепла с более высокой температурой.
Низкое давление при склеивании, накладываемое извне на обли¬
цовку, оказывается во много раз большим в местах контакта с тор¬
цами стенок ячеек сотового заполнителя. Оно возникает в результа¬
те очень небольшой площади соприкосновения сердцевины с обшив¬
кой сравнительно с площадью всей обпгпвки. Следовательно, внеш¬
нее давление запрессовки, применяемое при изготовлении слоистых
конструкций с сотовым заполнителем, может быть значительно
меньше, чем давление, требующееся для приготовления соединений
внахлестку монолитных материалов.
Максимальное допускаемое давление в большой степени ограни¬
чивается пределом прочности на сжатие материала сот при темпе¬
ратуре отверждения. Редко применяется давление свыше 5 кг/см9.
Наличие ткани внутри соединения обшивки с сердцевиной предот¬
вращает излишне большое «выдавливание» клея, иоторос могло бы
привести к «голодному» соединению. В этом случае только утол¬
щения у стенок обеспечили бы прочность соединения, а доля проч¬
ности. связанная с приклейкой обшивки к торцам ячеек, была бы
очонь незначительной.
Нормально плоские сэндвичевые конструкции требуют при склеи¬
вании давления всего 0,7—2,1 кг/см?. Некоторые фасонные панели
нуждаются в давлении до 3,5 кг!см2 для более равномерного и тес
ного контакта обшивки с заполнителем. Для деталей с различной
степенью кривизны очень удобно использовать гидравлическое дав¬
ление — воздух, пар, инертные газы или их смеси, осуществляемое
гибкими камерами и чехлами из резины или непроницаемых пла¬
стиков.
Панели типа сэндвич любого профиля можно изготовлять при
наличии соответствующих форм. Плоский сэндвич экономично склеи¬
вать в прессе с подогреваемыми плитами; особенно выгодны много-
секционные прессы.
Если при склеивании обшивки с заполнителем слоистой конструк¬
ции применяют формы, то их следует проектировать так, чтобы
поверхность изделия, соприкасающаяся с формой, была внешней
(лицевой) стороной изделия. Она будет наиболее гладкой из двух
поверхностей трехслойной панели. Па поверхности панели, соприкл
сающсйся с камерой или чехлом, при запрессовке может появиться
коробление, сморщивание или рябь; при. этом чем крупнее раз-мор
ячеек сот заполнителя, тем сильнее проявляется уклиннная теплен
ция. Чтобы получить гладкие выпуклые внешние поверхности го го
201

вого изделия, в производстве самолетных деталей употребляются
почти исключительно матрицы, а не пуансоны.
Подушка, набитая хлопчатобумажными концами, листовая ре¬
зина или другой эластичный материал часто подкладывается по
крайней мере с одной стороны склеиваемой панели для более рав¬
номерного распределения давления в соединении обшивки с запол¬
нителем в случае изделий сложной формы.
§ 45. Методы контроля клеевых соединений
в слоистых металлических конструкциях
с легким заполнителем
Несомненно, самым важным контролем является контроль во
время процесса изготовления. Панель типа сэндвич, изготовленная
в соответствии с технической документацией, казалось бы, не долж¬
на требовать после изготовления контроля или испытаний. Однако
а любом процессе, где принимает участие работой персонал, вполне
возможны те или иные отклонения. По этой причине .методы испы¬
тания, особенно без разрушения, играют весьма важную роль в кон¬
троле качества клееных изделий.
Полный разбор методов контроля, применяемых или разрабаты¬
ваемых, мог бы быть сам по себе материалом для целой книги.
Ниже приводятся только краткие указания относительно способов
контроля качества склеивания металлических слоистых конструкций
с легким заполнителем.
Методы контроля без разрушения. Визуальный
контроль. Немедленно после извлечения панели из приспособления,
где осуществлялось склеивание, дефекты склейки можно обнару¬
жить, осмотрев, нет ли вспученных участков обшивки. После охлаж¬
дения эти участки панели обычно опадают и становятся незамет¬
ными.
Просматривание при особом освещении. Этот и предыдущий ме¬
тоды, вероятно, имеют большое значение при контроле сэндвичей из
алюминиевых сот с облицовкой из стекла. Такие слоистые конструк¬
ции в настоящее время производятся промышленностью и находят
все большее распространение для многих случаев невоенного назна¬
чения.
Простукивание. Квалифицированный работник может установить
область «непроклея» в соединении обшивки с сердцевиной прослу¬
шиванием звуков при выстукивании монетой или другим металли¬
ческим предметом свободно опертой панели. Однако этим способом
нельзя установить непрочно склеенные участки.	4
Контроль ультразвуком. Для установления раковин и других де¬
фектов в металлических отливках, поковках и других изделиях ча¬
сто применяют колебания высокой частоты. Попытки применить
этот метод к трехслойным панелям не увенчались большим успехом
вследствие сильного влияния изменений плотности материала серд¬
цевины.
Выдержка в вакууме. Если материал облицовки относительно
воздухонепроницаем, а материал сердцевины слегка воздухолрони-
202

цаем, то отсос с поверхности вызывает небольшое растягивающее
усилие (не свыше 1 кг/см-), действующее на соединение обшивки с
сердцевиной. Таким образом, все имеющиеся пустоты .расширяются
и их можно видеть. Однако установить место непрочной склейки и
при этом методе нельзя.
Теплопроводность. Скорость передачи тепла в трехслойной пане¬
ли от одной обшивки -к противоположной исследуется как возмож¬
ный критерий прочности соединения. Автор придерживается .мне¬
ния, что вследствие краевого эффекта, различной толщины клеевого
слоя и недостаточной чувствительности этот метод для установле¬
ния непроклея не окажется лучше простого приема простуживания.
Другие испытания без разрушения. Предлагались и некоторые
другие испытания, которые не вредят испытуемому клеевому соеди¬
нению. К ним относятся определение емкостного сопротивления (см.
гл. V) и другие электроиопытания, а также методы радиоактивных
изотопов. Однако пи один из них пока еще не оказался вполне удов¬
летворительным.
Методы контроля с частичным нагружением.
Испытание прочности приклейки обшивки местным растяжением
(«батн тест»). Металлический цилиндр приклеивают к обшивке и
к нему прикладывают растягивающее усилие, перпендикулярное к
поверхности. Таким образом можно обнаружить отдельные плохо
склеенные участки. Однако требуется длительное время для иссле¬
дования таким способом всей панели. Практически этот метод при¬
годен только для выборочных испытаний.
Испытание на местный отрыв обшивки. В обшивке просверли¬
вают отверстие диаметром 3,2 мм, в пего вставляют центр резца и
в обшивке прорезают круглое кольцевое отверстие диаметром 25 мм.
В отверстие устанавливают гайкопистон и используют его для того,
чтобы отодрать диск обшивки. Требующееся для этого усилие яв¬
ляется мерой прочности клеевого соединения. Поврежденное место
обшивки с заполнителем затем заделывают вклеиванием на эпоксид¬
ном клее диска обшивки. Указанный метод также требует длитель¬
ного времени, если нужно проконтролировать всю панель. Этот спо¬
соб испытания применяет фирма Гленн Мартин.
Контрольные испытания. Контрольные испытания го¬
товой детали. Законченную паиель нагру7жают на 50 70% расчет¬
ной прочности и отбирают некачественные экземпляры или же, ис¬
пользуя специальное освещение, просматривают на поверхностях,
находящихся иод нагрузкой, намечающееся коробление или сморщи¬
вание. Последний метод применяется фирмой Норт Америкэн
Авиэйшн.
Контрольные испытания клееных образцов. Одновременно с из¬
готовлением детали приготовляют образцы или заготовки, которые
подвергают тем же технологическим процессам, что и деталь. Такие
образцы можно отрезать от припусков панелей. Результаты испыта¬
ния таких образцов являются показателями качества соединения за¬
конченной детали. Этот метод широко применяет фирма Коннэр и
в отдельных случаях фирма Порт Амгршшн Лвпэйпш.
:'оз

Механические испытания образцов слоистых панелей с заполни¬
телем играют большую роль при проектировании слоистых конструк¬
ций, предоставляя необходимые данные для расчетов (см. гл. V).
§ 46. О перспективах развития клееных слоистых конструкций
Десять лег назад всего лишь небольшая группа работников за¬
нималась изготовлением для экспериментальных целей .нескольких
квадратных метров панелей типа сэндвич. Теперь выросла целая от¬
расль промышленности, в которой над производством слоистых ма
териалов и конструкций с заполнителем трудятся тысячи инженеров,
техников п рабочих. Хотя нет еще точных данных, определяющих
объем выпуска этой продукции, но примерно высчитано, что количе¬
ство произведенных металлических сэндвичей за 5 лет возросло в
тысячу раз.
В связи с возросшим спросом па сэндвич-конструкции разра¬
стается и промышленность клеев. По мере того как инженеры и
конструкторы обогащаются знаниями и опытом в создании слои¬
стых конструкций, возникает еще больший спрос на клеи. С созда¬
нием теплостойких клеев, таких, как СНТ и клей 422, сильно воз¬
росло число возможных применений слоистых конструкций с запол¬
нителем. В основном исследовательская работа в области создания
конструкций из металлического сэндвича до сих пор была направ
лена на использование их в самолетах и управляемых снаряда^.
Однако в настоящее время проводятся новые работы, которые вве¬
дут эти материалы в быт.
Сэндвичи с сердцевиной из неметаллических материалов находят
большое применение для конструкционных и неконструкционных
назначений. Низкая теплопроводность газонаполненных пластиче¬
ских масс обеспечивает их использование в качестве прекрасных
изоляционных прокладок.
Склеивание алюминиевых сот с облицовками из оконного стекла
делает возможным их применение при отделке мебели, изготовле¬
ние крышек столов, перегородок из матового стекла в учреждениях
и потолочных окон. Введением красителей пли пигментов в клей
можно получить различные цветовые эффекты.
Многообещающим оказывается применение сэндвичей в жилищ¬
ном строительстве, кораблестроении, вагоностроении! и в перевозоч¬
ных средствах. В промышленности транспортных средств звукоизо¬
ляционные свойства сэндвичевых материалов в сочетания с высо¬
ким соотношением жесткости к весу делают особенно желательным
применение их для обшивки кузовов и различных перегородок.
Возрастающий спрос на слоистые конструкции с легким задал
нителем стимулирует развитие промышленности клеев и дальней¬
ших исследований и усовершенствований как в области синтеза
клеев, так и в технологии склеивания.

Приложение
Требования Военно-воздушных сил США к клеевым соединениям металлов согласно спецификации 14164
2 я1
&
си
\о
о
03
о
= си
А °
к °
о.
о
X
ST
о
си
с
S О
Си О
С в
2
О
ООО
t=I е=с
<М1—I "3"
CN ОО lO
ООО
2
со
2 5 =
О ~
с ° г
Я г— О
Ss2
п к Л
О °
¥ сь»
С X
£ О
* CU
^ и
^ сЗ
• 9S
г о
И ч
о
с;
о
О
; ^ *0
о ■=*
пМо
= 2°
S *
R о.
^ со
CN
CN СО
О
О о
R R
CN
CN —*
CN
CN 00
F-
е- н
О
оо
CQ
>
та
X
X
<"">
с •}
СО
со
<1>
3.>
та
о
VO
ire
та
о
н
< >
X
та
а;
СЗ
о о
CM "5J*
CN Ю
ОС
S
си
О '
Ь~ I
(Г
О S
Н а;
R С
О
Я*
(L)
rt
сЗ _*
си2
о =>
о
;« £
3 £
5 «
о £:
та л
ш с '
а>
а:
о
си
о
&а
сз Э
X 3
О
rt
\о
ж
си
сз
KL
а
о
4 со
сЪ
■5Г
CN и|)
О О
ri =с
CN -чЗ-
CNiO
f- F-
oo
2W
1 Отдельные выдержки: 1) 30 суток опрыскивания сгрусй	соленой воды; 2) 30 суток погружения в воду; 3) 7 суток
в этиленгликоле; 4) 7 суток в протквообледенительной жидкое ш; 5) 7 суток в смеси для гидросистем; 6) 7 суток в жидком
горючем.
* После выдержки в жидкой среде каждая панель разрезается иа 5 образцов.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Carswell Т. S., Phenoplasts, Interscicnee, New-York, 1947.
2. Walker J. F., Formaldehyde, Reinhold, New York, 1944.
3. Shildknecht С. E., Vinil and Related Polymers, Wiley, New York, 1949.
4. A1 f г с у Т., Mechanical Beha4'ior of High Polymers, Interscience, New-York,
1947. Имеется в русском переводе: Т. Ал ф рей, Механические свойства вы-
сокополнмсров, Издательство иностранной литературы, Москва, 1952.
5. De L о 11 i s N. J., Rucker N. and W i е г J. E., Comparative Strengths of
some Adhesive — Adherend Systems, NACA Techn. Note № 1863, National Bureau
of Standards, March, 1949.
6. De В e 11 J. M„ G о g g i n W. C. and Gloor W. E., German Plastics Practice,
De Bell and Richardson, Springfield, Mass., 1946.
7. Symposium on Structural Sandwich Constructions, ASTM Special Techn.
Publ. Jft Ц8, June 1951.
8. Findley W. N.. Century B. A. and Hendrik son C. P., ASTM
Bulletin № 179, 1952.
9. Smith A. E., Elliot P. M. and Robinson H. W., Room Temperature
Curing Metal-to-Metal Adhesives, A. F. Techn. Report As 6514, March 1951.
10. Del monte J., The Technology of Adhesives, Rcinhold, New-York, 1947.
11. De Bruyne N. A. and Houwink R., Adhesion and Adhesives, Elsevier,
London, 1951. Имеется в русском переводе: Адгезия, клеи, цементы, припои, под
редакцией II. Дебройна и Р. Тувинка, Издательство иностр. литературы,
Москва, 1954.
12. Dietz AGII, Bockstruck IT. and Epstein G, ASTM Special Techn.
Publ. K° 138, 1952.
13. Structural Adhesives, Maxwell and Springer, London, 1951.
14. De Bruyne N. A., Redux in Aircraft, Ciba Co., Inc., New-York, 1953-
15. US Forest Products Laboratory Reports № 1556, 1569 (1948), 1813, 1813A.
1832A, 1832B (1950) and 1842 (1953).
16. Bristol Aeroplane Co., Report on Investigations into the Redux Process,
Bristol, England.
17. De Bruyne N. A., Structural Adhesives for Metal Aircraft, Fourth Anglo-
American Aeronautical Conference, 1953.
18 Sandwich Construction for Aircraft, ANC 23 Bulletin, parts 1 and 2, 1951.
19. A. Hartman, National Luchtvaarlaboratorium, Report M-1275. Amster¬
dam, 1948.
20. Hycar American Rubber, B. F. Goodrich Technical Bulletin.
21. New Product Data Bulletin, General Mills, Inc.
22. B. F. Goodrich, Service Bulletin H-4.
23. Technical Bulletin SC50-33 Shell Chemical Corporation.
24. Gerstenmaicr I. H., Rubber Age, vol. 73, Ns 4, 1953.
206

25. Uluomiugdak Rubber Co., Pamphlet, January 1954	-	^
26. Light Metals, vol. 16, № 18l", 1953.
27.	G a r il и о r H. H., Journal of the Royal Aeronautical	Society,	April	1952.
28.	Aircraft Production, vol. 10, Л® 113, 1948.
29. К u и s t s t	о f f e, Bd	42, Heft 5, 1952.
30. De В г u у	n e N. A..	Rubber and Plastic Age, vol. 35, Л®	4,	1954.
31. Aircraft Production, vol. 15, As 181, 1953.
32.	Moss C. J., Plastics, vol. 16, № 162, 1951.
33.	Gun thorp S. and Naugle K- G, Product	Engineering,	vol. 21,
Л» 12, 1950.
34. Aircraft Production, vol. 7, A? 76, 1915.
35. Westbrook F. A., Steel Processing, vol. 3-1, Л» 1, 1948.
36. Moser W. P., Aviation Age, vol. 22, Л® 6, 1954
37. Aircraft Production, vol. 16, № 8, 1954.
38. Modern Metals, vol. 10, № 4, 1954.
39. Black J.	M. and В	1 о m q u i s t R. F., Modern	Plastics,	vol.	32, Mb 4, 1954.
40. Aeroplane,	As 2134,	1952, № 2164 and ЛЬ 2205,	1953.
41. Aviation Week, 14 Sept. 1953.
42.	Константинова В. П., Acta Physicochim.,	USSR, vol.	1,	№ 286,1934.
43.	Newell G. S., Aircraft Production, vol. 14, №	165, 1952.
44. Spies G. J., Aircraft Engineering, vol. 25, № 289, 1953.
45.	De В r u у n e N. A., Rubber and Plastic Age, vol. 35, № 3,	1954.
46.	Frey H., Aircraft Engineering, vol. 25, As 296,	1953.
47. Johnson K- A., Sheet Metal	Industries, vol. 31,	A1»	330,	1954.
48. Eickner H. W., Olson	W.	Z. and Blomquist	K-	F-.	NACA Techn.
Note 2717, 1952.
49. Sheet Metal Industries, vol. 26, № 269, 1949.
50. Parker F. H., Journal of the Royal Aeronautical Societv, vol. 55,
Л® 483, 1951.
51. Materials and Methods, vol. 30, ЛЬ 4, 1949.
52. Modern Metals, \oI. 10, A® 11, 1954.
53. Ho 11 b а с к G. E. and Bur ridge J. L.,	SAE Transactions, vol.	62,	1954.
54. Materials and Methods, vol.	40,	№ 3, 1954.
55. M о s s C. J., Journal RAS,	vol.	54, A® 478, 1950.
56. Grins f elder IL, Coe B. and Hopkins R. P., ASTM Bulletin,
№ 194, 1953.
57. Metal Industry, February 1950.
58. В г о d i n g W., Product engineering annual	handbook of product design,	1956.
59. Giddings H., Aircraft Production, vol.	13, ЛЬ 158, 1951.
60. R о v e у II., Journal RAS, vol. 55, ЛЬ 488, 1951.
61. Avietion Week, 19 June 1950.
62. Too 1 ey D. A., Materials and Methods, vol. 32, № 2, 1954
63. Preiswerk E., Light Metals, vol. 14, A® 164, 1951.
64. De В r u у n e N. A., Plastics, vol. 16, № 172, 1951.
65. Aviation Week, 21 June 1954.
66.	Modern Plastics, vol. 21, № 1, 1943.
67.	The review of Scientific Instruments, vol. 26,	№	5,	1955.
68.	Rubber World, vol. 132, ЛЬ 1, 1955.
69.	Epstein G., Materials and Methods, vol. 41,	ЛЬ	1.	1955.
70.	Mechanical Engineering, vol. 77, ЛЬ 6, 1955.
71.	Aircraft Production, vol. 18, ЛЬ I, llAO.
207

ДОПОЛНИТЕЛЬНА Я
ОТЕЧЕСТВЕННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Дерягин Б. В, Кротова Н. А., Адгезия, Исследования в области
прилипания и клеящего действия, АН СССР, 1949.
2. Дерягин Б. В., Проблемы адгезии, Веснин к Академии Hav-к СССР,
№ 7, 1954.
3. Кор так В. В., Химия высокомолекулярных соединений, АН СССР, 1950.
4. Ко беи о П. П., Аморфные истества, АН СССР, 1052-
5. "Аид р и а в о в К- А., Соболевский М. В., Высокомолекулярные
кремниГюрганнческие соединения, Оборопшз, 1949.
6. Лосев И. П. и Петров Г. С.. Химия искусственных смол. Госхпм-
издат, 1951.
7. Чмлков П. М., О склеивающем действии, Успехи химии, том 10.
№ 1. 1941'
8. Козловский А. Л., Синтетические клеи, Гизместпром, 1947.
9. Берлинских И. П., Клон и склеивание, Машгиз. 1952.
10. Мигали на Е. Я., Опыт применения карбмнольнсго клея м клеев БФ
при ремонте оборудования. Сборник «Повышение долговечности машин и пере
довые методы их ремонта», Машгиз, 1949.
11. Мигали на Е. Я, Склеивание — новая технология в машиностроении,
Дом инженера и техника имени Ф. Э. Дзержинского, Москва, 1952.
12. Петров Г. С.. Клеи па основе поликонденсациоввых совмещенных £ип-
теттических смол. Успехи химии и технологии .полимеров, Госхимиздат, Москва,
1955.
13. Матвеев И И, Синтетические клеи для машиностроения, Пластиче
с кие массы в машиностроении (Сборник). АН СССР, 1955,-
14. Назаров И. II., Карбинолвиый клей и его применение, Стапки ш ин¬
струмент, № 6. 1945.
15. Космач с в И. Г., Став ров И. С., Применение «агрбинолыюго клея
в инструментальном производстве вавода «Большевик», Информационный тех ни-
чеокий листок, Ленинградский дом техыика-машиностроителя, 1949.
16. Инструкция по примеоенпю карбинольнюго клея для реставрации дета¬
лей текстильных машип, Гизлсгпром, 1952.
17. Крешков А. П. и др., Кремненитроглифталевый «лей для проиолоч
пых тензометров, Вестинк инженеров и техников, № 6, 1952.
18. С а м о й л о и Б. И., Применение клеев БФ-2 и БФ-4 в опытах при низ¬
ких температурах, Журнал Технической Физики, № 5, 19.42.
19. Павлов Т. Т, Изготовление про'волочкых датчиков сопротивления на
плевке клея БФ, Приборы и стенды, Институт технико-экономической ннформа
шли АН СССР, 1055.	s
20. Королев А. Я-, Степанова И. В. и Исакова С. Б., О склеива¬
нии металлов карбипольпым клеем и ингибирующем действии некоторых из иих
на процесс иницширс®энной полимеризации. Доклады АН СССР, том 85. Mb 2,
1952.
21. Михалев И. И., Колобова 3. Н., Демирова 3. П., С ы ч е-
вая К- И., Смирнова А. В, Разработка режимов оклеивания различных
авиационных материалов клеями ВИАМ Б-3, БФ-2 п ПУ-2, Труды ВИАМ Mb 5,
Неметаллические материалы, под редакцией М. Я. Шарова, Обороипиз, 1956.
22. III в с к о в И. Т.. Длительная прочность и выносливость клеевых соеди¬
нений металлов (там же).
23. Паншин Б. И., Влияние температуры на статическую прочность
клеевых соединений дуралюмина (там же).
24. Паншин Б. И., Мартьянова П. И. и Но к и-па А. С., Оценка
прочности соединения дуралюмина на клеях ПУ-2 ш БФ 2 в условиях неравно¬
мерного отрыва (там же).
208

25. П а н ш и и Б. И., Котова JI. П. и Осипова H. П., Работоспособ¬
ность клееных соединений металлов при ударных нагрузках (там же).
26. С т а л ь с к а я 3. С., Склейка (статья), Справочник конструктора точных
приборов, Оборонгиз, 1953.
27. А в р а с н к Я. Д., Справочник машиностроителя, Машгиз. том 5, глава 9,
1955 н том б, глава 8, 1956.
28. Денисов П. В., Исследование явления прилипания (адгезии) плоских
стальных поверхностей, Кандидатская диссертации, Московский стаикоизгскру
ментальный институт, 1954.
29. Мамиконов Ю. Г., Адгезия высокомолекулярных диэлектриков. Кан¬
дидатская диссертация, Московский энергетический институт, 1954.
30. Н и к а н о р о п а А. И., Исследование сопряжений металлических п дере¬
вянных элементов. Кандидатская диссертация, ЦНИИПС, Москва, 1945.
31. Губенко А Б., Клееные конструкции в строительстве и инженерном
деле. Докторская диссертация, ЦНИИПС, Москва, 1949.
Ь'-ШЛИОТЕКЯ
П'. ’ДХТ-	'	-
14 Г. Эпшт.пн

ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие К русскому переводу	 .	5
Глава I
Значение клеев в производстве металлических конструкций
§	1.	Различные методы соединений металлов	 9
§ 2. Основные преимущества и недостатки клеев как средства креплении
металлов
§ 3. Использование клеевых соединений металлов в авиационных кон
струкщиях
§ 4. Клеи в конструкциях тлпта «сэндвич»	._	.	.	.
§ 5. Некоторые друше виды применения клеев
14
21
42
44
/	Глава II
Основные связующие материалы клеев для металлов
6. Составные части клеевой композиции	 48
Основные компонента клея ч их	пазначенне	 48
О классификации клеев	  49
Типы связующих, используемых и клеевых	композициях	 50
7. Тсрморсактиеные смолы . .		 51
Феноло-формадьдегнпные смолы	 51
Эпоксидные или энокешлмновые	смолы	  53
Полиуретаны	 55
Полнснлоксановые смолы	 56
Друше терморезяштвыс смолы,	используемые в клеях	 57
8. Термогогаствдные смолы	  58
Поливиниловые смолы	 58
Акриловые смолы	 61
Другие термопластичные смолы	 61
9. Эластомеры	  62
Глава III
Состав и свойства важнейших типичных клеев
66
66
К о и с тр укцио ин ые клеи
§ 10. Требования, предъявляемые к коиструкциошшм клеям для склеива¬
ния металлов
§ 11. Основные связующие материалы в составе конструкционных клсов,
их свойства и выбор	-	71
§ 12. Отверждающие агенты	 76
§ 13. Наполнители и .растворители	 79
§ 14. История разработки клеев для	металлов с использованием феполо-
формальдегадных смол	•	•	■	64
II е к о не тру к ц и о ниц ы е клеи	 66
§ 15. Клоп <из термопластичных смол	 67
§ 16. Клеи из эластоморяых материалов	 69
210

Стр.
Наполнители, вулканизаторы и другие модификаторы	 90
Липкие клеи	 92
Универсальные неконструкциоиные клеи на ооиозе каучука	 91
Клад для приклеивания к (>ез>и<че металла	 95
Клеш общего назначения	 99
§ 17. Клем in основе полиуретанов и лолисилоксаиов	 9?)
§ 18. Конструкционные клеи Для изделии, работающих при очень тивкмх
температурах . .	 101
Глава IV
Специальные теплостойкие клеи
§ 19 Проблема теплостойкости клеев	 ЮЗ
| 20.	Клей	НАА	«Хан Темп»	 108
§ 21.	Клей	СНТ	 111
§ 22.	Клеи	422		 113
§ 23.	Клей	FPL-710	 115
§ 24. Другие клеи для изделий, работающих при повышенных температурах 121
Глава V
Конструкция клеевых соединений и их испытании
§ 25. Выбор клея	 124
Испытания «леев и клеевых соединений	 127
§ 26. Испытания конструкционных клеев для склеивания металла с ме¬
таллом 	'	   127
Испытания на сдвиг	 123
Усталостные испытания	   129
Испытания иа длительную	прочность	и	ползучесть	 129
Испытания на изгиб  	 180
Испытания на удар	 180
Испытания стойкости	в	различных	жидких	средах	 131
Другие виды авслытамнй .  	 132
§ 27. Испытания конструкционных клесв, предназначаемых для изготовле-
1зия слоистых конструкций с легким заполнителем  	 138
§ 28. Испытания ««конструкционных	клесв	 Ио
§ 29. Испытания прочности клеевых	соединений без их разрушения ...	141
Конструкция и расчет клеевого соединения .... И2
§ 30. Соединении встык  	 М2
§ 31. Соединения внахлестку	   I'W
Расчет прочности клеевого соединения	 144
Влияние различных конструктивных факторов та прочность клеевого
соединения внахлестку . .	  М7
§ 32. Другие виды клеевых соединений и дополнительные конструктивные
соображения	 150
Глава VI
Технология склеивания
§ 33.	Подготовка склеиваемых поверхностей	 lit*
Алюминиевые сплавы	 1Л
Нержавеющие стали 	  ,	.	.	10*1
Магниевые сплавы  	 100
Другие металлы	 16S
Неметаллические материалы	   168
§ 34.	Подготовка клея к применению	 |0о
§ 35.	Нанесение клея на склеиваемые поверхности	 Ill)
§ 36.	Количество наносимого клеи	 П I
§ 37.	Подсушивание нанесенного клея	перед соединением склони немых
деталей 	   172
11*
211

Стр.
§ 38.	Отверждение клея в соединении	 173
§ 39.	Зачистка клеевых соединений	   183
§ 40.	Меры предосторожности при работе с клеями . . .  	 184
•§ 41.	Контроль качества склеивания	 184
Глава VII
Применение клеев в слоистых металлических конструкциях
с легким заполнителем
§ 42.	Материалы обшивки и заполнителя 	 194
§ 43.	Клея для металлических конструкций с сотовым заполнителем	.	.	.	196
§ 44.	Методы изготовления клееных металлических слоистых конструкций
с легким заполнителем	 280
§ 45.	Методы контроля клеевых соединеший ,в слоистых металлических
конструкциях с легким заполнителем	 202
§ 46.	О перспективах развития клееных слоистых конструкций . '	 204
Приложение . .	.	  205
Использованная литература	 206
Дополнительная отечественная литература  	  208
*1
Г	—
Г. Эпштейн
СКЛЕИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ
Издательский редактор М. Ф. Богомолова Тсхнич. редактор И. М. Зудакин
Т-08341.	Подписано	в	печать 21/XI 1956 г.	Учетно-изд.	л.	14,21.
Формат бумаги 60X92'Дв- 6,63 бум. л.—13,25 печ. л.
Типография Оборонгиза