Лако-красочные материалы — производство

Склеивание металлов и неметаллических материалов получило очень широкое применение в производстве са­молетов, вертолетов и других летательных аппаратов. Клеи применяются главным образом для соединения об­шивки с ребрами жесткости, стрингерами п другими эле­ментами каркаса крыла, фюзеляжа, хвостового опере­ния и в производстве других силовых конструкций.

В конструкции самолета Хаслср Б-58 применяется более 360 кг клеев, а в самолете F-111—около 400 кг1*; в транспортном самолете Боинг 727 используется до 2250 кг клеев17,

В конструкции самолета СХ-6 используется эпоксид­но-фенольный клей НТ-424 для соединения обшивки крыла (на основе борсодержащих волокон) с фюзеля­жем18. Эпоксидный пластик, армированный борсодержа­щим и волокнами, используется в конструкции щитка с применением эпоксидного клея при производстве само­лета19 Скайхок Л-4.

Разработана технология соединения деталей конст­рукции фюзеляжа самолета Боинг 727 новым эпоксид­ным пленочным клеем Эпон 927 в сочетании с заклепка­ми, При этом снижается уровень напряжений в области соединения, повышается усталостная прочность и улуч­шаются аэродинамические характеристики.

Клей состоит из двух компонентов — эпоксидной смо­

клей вместе с жидким эпоксидным клеем того же соста­ва, которым предварительно обрабатывают очищенные поверхности склеиваемых деталей. При испытании на усталостную прочность склеенные этим клеем секции фюзеляжа выдерживали свыше 1 500 000 циклов при на­пряжении до 110 кгс/см2. Эти характеристики20 сохра­няются в температурном интервале от —18 до 71 °С.

Французский реактивный самолет Вотур изготовлен с применением эпоксидного клея Аральдит-1 для склеи­вания рулей поворота, полов, перегородок, щитков шас­си, обтекателей, корневой части крыльев и их законцо — вок1.

Эпоксидные клеи используются для соединения стоек и поплавков для самолетов21 и других изделий авиаци­онной пр о мы ш л енности22.

В США проведены испытания бер рил лиевых конст­рукций, соединенных эпоксидными клеями и заклепками с целью установления их пригодности для применения в летательных аппаратах23, в том числе аппаратов, ле­тающих со скоростью М — 5—15. Как склеенные, так и соединенные заклепками бериллиевые образцы подвер­гались следующим испытаниям: образцы, соединенные внахлестку, испытывались на прочность при сдвиге при комнатной температуре, 370 и 538 °С, а па усталость при сдвиге — при комнатной температуре; двутавровые об­разцы испытывались па устойчивость при сжатии вдоль оси, на сдвиг при изгибе и на изгиб при комнатной тем­пературе и при 370°С. Испытывался листовой бериллий и коробчатые прессованные профили, склеенные эпок­сидными клеями FM-1000 и Метлбонд 328.

Для испытаний на сдвиг образцы из листового мате­риала толщиной 1,06 мм, шириной 25,4 мм и длиной 152,4 мм соединялись внахлестку заклепками из монель — металла или указанными клеями. Отверстия под заклеп­ки просверливались электроискровым методом с после­дующим легким травлением кислотой для устранения поверхностных дефектов. Перед склеиванием образцы подвергали следующей обработке: 1) протирка метил — этилкетоном; 2) погружение в 5%-ный раствор серной кислоты; 3) промывание водой; 4) нейтрализация в те­чение 5 мин при температуре от 49 до 60 °С в 10%-пом едком натре; 5) промывание водой. Склеивание произ­водилось клеем Метлбонд 328 или FM-1000 при 177 °С и

давлении 7 кгс/см2 в течение 1 ч. Предел прочности при сдвиге клеевых соединений оказался равным 266— 378 кгс/см2 при 24 °С.

В табл. 47 приведены показатели механических свойств клеевых и клепаных соединений двутавровых бериллиевых образцов.

Прочность склеенных бериллиевых конструкций была выше, чем у конструкций, соединенных заклепками, так как в клеевых конструкциях отсутствует концентрация напряжений, вызванная наличием крепежных деталей.

Многими фирмами в Англии и США освоен серийный выпуск полностью клееных металлических лопастей вер­толетов1. Лопасть вертолета может служить примером силовой металлической конструкции, в которой исполь­зование клеевых соединений позволяет обеспечить дли­тельную и надежную работу. Лопасти, изготовленные на клее, взамен заклепочных, болтовых, сварных и других соединений, имеют очень высокий ресурс работы благо­даря устранению концентрации напряжений в элементах лопасти.

Исключительно большое значение приобретают в са­молетостроении и в производстве других летательных аппаратов различные сотовые конструкции. Примером

может служить скоростной тяжелый бомбардировщик Хаслер Б-58 фирмы «Convair» (США). Часть его поверх­ности представляет собой сотовые панели из алюминие­вого сплава, склеенные с сотами из термостойкой пласт­массы. Клееную сотовую конструкцию имеет металличе­ское крыло истребителя Тридан II. Части металлического крыла (менее нагруженные) представляют собой трех­слойную конструкцию с клееным сотовым заполнителем. Центральная часть крыла самолета Бреге 1001 Тан — также трехслойная конструкция с сотовым заполнителем, изготовленная из листов алюминиево-магниевого сплава.

В конструкции самолета F-4 Фантом II (фирмы «Мс Donnel Aircraft Согр.», США) широко используются со­товые конструкции с неперфорированным заполнителем. Для склеивания обшивки и сотового заполнителя при­меняется найлоновая ткань с эпоксидным клеем с одной стороны и феноло-каучуковым с другой. Для гермети­зации с внутренней и внешней стороны используются эпоксидные пасты24.

Сотовые отсеки закрылков, рулей, стабилизаторов, элеронов, триммеров, составляющие хвостовую часть указанных конструкций, собирают и склеивают вместе с лонжероном, узлами подвески и другими деталями. Типовой сотовый отсек состоит из двух обшивок и рас­положенного между ними сотового заполнителя, выпол­ненного в форме клина. Боковые стороны отсека заде­лывают нервюрами, а вершину конуса — законцовочным стрингером. Технологический процесс изготовления от­секов сотовой конструкции включает следующие опера­ции24:

предварительная сборка и подгонка деталей;

разборка соединений;

очистка, обезжиривание, нанесение клея и прикатка пленки;

установка и фиксация в приспособлении нижней об­шивки, лонжеронов, нервюр, сотового заполнителя, за — концовочиого стрингера и вкладышей;

установка самонарезных винтов крепления уголь­ников к лонжерону;

установка и фиксация верхней обшивки на собран­ный каркас;

герметизация приспособления и создание необходи­мого вакуума;

бклеипание отсека й печи под давлением в соответ­ствии с установленным режимом;

выгрузка приспособления из печи, охлаждение и рас* прессовка;

сверление и зепковапие отверстий в местах соедине­ния обшивки с лонжероном* нервюрами и законцовоч — иым стрингером; клепка.

Предварительную и окончательную сборку отсеков проводят в специальных приспособлениях, состоящих из ложемента, каркаса, прижима, резинового жгута и покрывала. Угол между ложементом и поверхностью приспособления соответствует углу при вершине отсека. Приспособление снабжено элементами, фиксирующими взаимное положение обшивок, нервюр, лонжерона и со­тового заполнителя. Вакуум в полости приспособления создается с помощью вакуум-насоса. Давление на склеи­ваемый узел передается через ткань, загерметизирован­ную по контуру приспособления резиновым жгутом. Ба­зой для сборки отсека принята обшивка, укладываемая на ложемент.

В обшивке многоцелевого истребителя F-111 А/в Применяется около 300 сотовых панелей с алюминиевым заполнителем. В отличие от бомбардировщика X ас л ер Б-58А, где около 80% сотовых панелей имеют заполни­тель из стеклянного волокна, в истребителе F-1I1 А/в сотовые конструкции с заполнителем из стеклянного во­локна составляют только 2—5°/0 и применяются главным образом в конструкции хвостового оперения и антенного обтекателя. В качестве заполнителя используют алюми­ний 5056,

В хвостовых отсеках самолета, где размещаются си­ловые установки, применяется сотовый заполнитель из алюминия 2024. Сотовые намели с заполнителем из алю­миния 5056 склеивают теплостойкими клеями, выдержи­вающими нагревание до 176 °С, а с заполнителем из алюминия 2024 — эпоксидными клеями, выдерживающи­ми нагревание до 260 °С.

Применяют четыре типа стандартной фольги для со­тового заполнителя ячейки диаметром 3,2 мм. Плотность заполнителя составляет 0,049 г/см1 при толщине 0,018 мм, 0,072 гісм*—при 0,026 мм, 0,097 г/см3—при 0*038 мм и 0,368 г/см*—при 0,51 мм. Последний тип фольги применяется только в тех случаях, когда

необходима повышенная прочность, например вокруг отверстий для болтов. Применяется также фольга с раз­мером ячейки 15,87 мм; в этом случае плотность запол­нителя составляет 0,041 г/см3 при толщине фольги 0,018 мм, 0,06 г/см2 — при 0,025 мм, 0,084 г/смг—при 0,025 мм и 0,11 г/см2 — при 0,051 мм.

Обшивка крыльев самолета РВ-57Ф изготовляется из алюминиевых клееных трехслойных панелей с сото­вым заполнителем. Технология изготовления компонен­тов обшивки и оборудование те же, которые применяла фирма при производстве самолета Б-58, Законцовки крыльев изготовлены из сотовых панелей, склеенных эпоксидными клеями с обшивкой из стеклоткани, про­питанной смолой. Для соединений металла с металлом (по кромкам панелей при их стыковке) применен фе­ноло-каучуковый клей Метл бонд 4021 (другое обозна­чение Шасталок 620); для склеивания обшивки с со­тами— феноло-эпоксидный клей Шелл-422-1 (другое обозначение Аэробонд 422), легко образующий наплы­вы у стенок сот и обеспечивающий повышенную проч­ность при отслаивании обшивок заполнителя. Макси­мальный размер сотовых панелей самолета Б-58 равен 1 *5X5,5 м, Общий расход клея более 400 кг.

Почти все наружные поверхности отсеков фюзеляжа самолета F-111, включая и хвостовой, состоят из пане­лей сотовой конструкции из сплава 2024-Т81. Плоско­сти наружной обшивки, укрепленные перфорированным заполнителем, для снижения веса протравливаются; пер­воначальная толщина листа сохраняется только в ме­стах крепления. Для склеивания панелей применяют не — пористыс эпоксидно-новолачпые клеи. Углы панелей гер­метизируют найлонопой пленкой, помещаемой между двумя слоями клея. Верхнюю и нижнюю обшивки кры­ла изготовляют монолитными из больших плит алюми­ниевого сплава 2024-Т351. Плиты фрезеруют до полу­чения клиновых заготовок, которые затем профилиру­ются на обтяжном прессе. Для каждой обшивки тре­буется отдельный пуансон, поскольку механически обра­ботанные заготовки имеют разные значения толщины и конусности. Максимальная толщина верхней обшив­ки 20 мм, нижней—35 мм.

Профилированные заготовки подвергают травлению до конечной толщины в растворе едкого натра и суль­фида натрия при 90дС. Контроль концентрации раство­ра и температуры, перемешивание и фильтрация осуще­ствляются автоматически* Процесс начинается с очистки поверхности и равномерного нанесения маскировочного покрытия. После удаления маскировочного покрытия с выбранной площади деталь подвергают травлению. Эта операция повторяется 14 раз, причем каждый раз про­травливается дополнительная площадь, а ранее под­вергнутые травлению площади травятся повторно. Тол­щина различных частей обшивки, подвергшихся травле­нию, измеряется ультразвуковым толщиномером*5*

В производстве самолета-мишени Файэби (США) применяется три типа сотовых конструкций20:

неметаллические сотовые конструкции с обшивками и фланцами из эпоксидного стеклопластика и сотовым феноло-полиамидным заполнителем;

сотовые конструкции, обшивка, заполнитель и флан­цы» изготовленные из алюминиевых сплавов;

сотовые конструкции с алюминиевыми заполнителем и фланцами и обшивками из коррозионностойкой стали.

Для склеивания обшивок с заполнителем применяют­ся клеящие эпоксидные пленки, для склеивания запол­нителя— вспенивающиеся клеящие ленты.

Окончательная обработка обшивок из коррозионно — стойкой стали 19-9DL перед склеиванием состоит в сле­дующем: панель протирают метилэтилкетоном и в тече­ние 15 мин при 77обезжиривают парами трихлорэти­лена. Затем наносят на панель^два слоя смазки общей толщиной около 0,2 мм для защиты от коррозии (смаз­ка наносится на расстоянии 2,54 см от кромки). Со скле­иваемой поверхности удаляют с помощью химического фрезерования в промышленном травителс при 70 °С слон материала толщиной ОД524 мм, промывают деиони­зированной водой, сушат в печи при температуре около 66°С и удаляют защитную смазку, После этого панель укладывают в приспособление для склеивания, наносят клей и отверждают его при соответствующем давлении и температуре (1 ч при!77СС и давлении 1,05 кгс/см2).

Для обеспечения качественного склеивания самолет­ных ко нструкций необходим ж есткий контрол ь основ­ных операций технологического процесса* Каждая пар­тия пленочного клея испытывается на прочность при от — дире в готовых панелях. Пенообразующие клеи испиты —

вают на прочность на отдир при изгибе сотовых панелей и определяют плотность пены. Клеевые пленки подверга* ют повторным испытаниям тте раньше, чем за неделю до их использования. Пенообразующие клеящие лепты подвергают повторным испытаниям ежемесячно.

На очищенных металлических обшивках не должно быть поверхностей, через которые могла бы проникать влага. Детали проверяют па чистоту и наличие клеево­го грунта. Время с момента очистки деталей до их скле­ивания ограничено. Этот период зависит от типа метал­ла и от условий хранения. Так, незагрунтованные об­шивки из коррозионностойкой стали могут храниться максимально в течение 48 ч. Максимальный срок хране­ния деталей из алюминия и его сплавов в неззгрупто- вантюм состоянии — 24 ч, в загрунтованном — 30 суток. Все очищенные детали па время хранения упаковывают в неношеную крафт-бумагу.

Правильное склеивание требует и правильной под­гонки склеиваемых поверхностей. Перед началом от­верждения проверяют положение термопар, которое строго определено для каждой детали. Проверяются время, температура, давление и скорости охлаждения при отверждении; все эти показатели автоматически за­писываются для будущих рекомендаций.

Качество склеивания готовой детали проверяется с помощью разрушающих методов контроля образцов и подтверждается иеразру тающим контролем детали.

Склеивание панелей крыла происходит в чистом це­хе с кондиционированием воздуха, контролем влажности и воздухоочисткой. Приспособление для склеивания представляет собой алюминиевую плиту с приваренным к пей гофрированным усилителем. В приспособлении предусмотрено место для панелей, предназначенных для разрушающего контроля, которые склеиваются и отвер­ждаются по технологии изготовления крыла и одновре­менно с ним.

Крыло изготовляется по следующей технологии. Устанавливают и закрепляют нижнюю наружную об­шивку; с липкой пленки удаляют защитную подложку» клей наносят на обшивку и закрепляют лентой. Устанав­ливают корневую и концевую часть крыла, фланцы пе­редней части крыла и заднюю кромку, заполнитель и закрепляющие блоки, располагаемые по периферии. За­

тем склеивают вставки и заполняют ячейки заполнителя, наносят второй слой клея и устанавливают верхнюю обшивку. К панели прикрепляют термопары, тщатель­но проверяют образцы, помещают все в высокотемпера­турный вакуумный мешок и его герметизируют. Собран­ную панель в приспособлении для склеивания помещают в автоклав, подключают термопары и создают вакуум 600±100 мм рт. ст. В течение нескольких первых минут при работе только вакуумного насоса на деталь и ме­шок действует атмосферное давление. При достижении в автоклаве температуры 65 °С создается давление

3.5 ат. Температура постепенно — в течение 30—60 мин— повышается до 177 °С, что обеспечивает равномерный прогрев приспособления и детали. При 177 °С деталь выдерживают в течение 1 н. После отверждения давле­ние сбрасывается и под мешком создается полный ва­куум. Охлаждение примерно до 37 °С проводится в те­чение 3—5 ч под вакуумом, что предотвращает короб­ление детали. После охлаждения деталь удаляется из ав­токлава. После этого проводят разрушающий контроль образца и керазрушающий контроль детали. Образцы, изготовленные вместе с деталью, испытываются па рас­слаивание, а крыльевые панели проверяются с помощью акустических приборов. Акустический метод проверки позволяет обнаруживать очень малые непроклси.

В случае положительных результатов проверки крыльевых панелей производится их окончательная ме­ханическая сборка. К панели крепятся передние кром­ки, после чего панели крепят к центральной коробке (также представляющей собой склеенную конструк­цию) и, наконец, устанавливают законцовки крыла, из­готовленные из эпоксидного стеклопластика.

Размах крыла самолета — около 2,7 м, общая длина примерно 8,6 м. Самолет Файэби II может выполнить ряд до — и сверхзвуковых полетов при скоростях 0,9—

1.5 м и высотах от 15 до 18 288 м над уровнем моря.

В пассажирском самолете Боинг-747 (США) приме­нено более 5000 мг сотовых панелей из стеклопластиков и легких сплавов, склеенных преимущественно эпоксид­ными клеями. Трехслонные панели для авиационных конструкций типа перегородок, полов, стенок и т. д. также изготовляются с применением эпоксидных кле­ев27.

Ремонт сотовых конструкции (рис. 43) состоит в за­полнении поврежденного участка предварительно изго­товленной сотовой вставкой из алюминия, либо (в слу­чае повреждения ограниченных участков)—легким за­полнителем из эпоксидной смолы. Отремонтированный участок защищают слоями стеклоткани, пропитанной смолой. Испытания материалов совместно с отремонти­рованными панелями показали, что ремонт не снижает прочности конструкции.

Клеящие эпоксидные композиции очень широко при­меняются в авиационной технике и при склеивании стек­лотекстолитовых конструкций, для приклеивания к ме­таллу и дереву теплоизоляционных и декоративно-отде­лочных материалов, пластических масс и т. д. В незна­чительных масштабах в некоторых отраслях авиацион­ной техники применяется склеивание древесных мате­риалов, главным образом в производстве деревянных воздушных винтов и в планеростроении.

В литературе описаны методы изготовления в само­летостроении крупногабаритных изделий28* свойства эпоксидных, эпоксидно-фенольных и других клеев, при­меняемых в конструкциях высокоскоростных самоле — тов23»м’ 3I, использование пленочных клеев, армирован­ных проволокой с высоким электрическим сопротивлени­ем (например, пленочный клей ECF-111 фирмы «Min­nesota Mining and Manufact.», США32’33), применение

ультразвука для контроля качества клеевых соединений различных материалов, используемых в самолетострое­нии34 и т. Д. ЗЬ’ 36