Лако-красочные материалы — производство

Одно из основных отличий клеевого соединения от соединения с механическим креплением заключается в том, что во втором случае механический крепежный эле­мент должен проникать через субстрат для того, чтобы осуществить сборку узла. Когда механический крепежный элемент проникает сквозь субстрат или субстрат сверлят перед установкой механического крепежного элемента, в нем образуется полость.

На рис. 1.1 показаны два примера субстрата. Субстрат, представленный на рис.

1.1, я, не поврежден. Если к субстрату приложить нагрузку, то силовые линии, рас­пространяющиеся по субстрату, будут непрерывными. Если в отличие от данного

а) Ь)

случая в субстрате имеется полость (такая, как показана на рис. 1.1, b), силовые линии, распространяющиеся по субстрату, не могут быть непрерывными и долж­ны ее огибать. Таким образом, у краев полости усилие, воспринимаемое материа­лом, намного больше, чем усилие, воспринимаемое материалом вдали от полости. Края полости должны не только выдерживать нагрузку которая прикладывается к этим краям, но также должны выдерживать нагрузку которую воспринимал бы материал в зоне полости. Как будет показано в разделах 2.4 и 3.5.1 при анализе механизмов разрушения, такое состояние известно как концентрация напряже­ний (stress concentration). Концентрация напряжений может вызвать ухудшение многих механических свойств как субстрата, так и всего механического соедине­ния. В противоположность этому если для сборки узла используют клей, полость в субстрате не образуется. В результате механические свойства субстрата после из­готовления узла остаются неизменными.

Использование механического крепежа в соединении может приводить к серьез­ным проблемам, которые отсутствуют, когда применяют клеи. Во-первых, может быть снижена общая прочность соединения. Во-вторых, соединение может испыты­
вать преждевременное усталостное разрушение. В-третьих, если какой-нибудь из субстратов окажется чувствительным к ударному воздействию, операция введения механического крепежного элемента может привести к разрушению узла.

В клеевых соединениях при условии правильного их проектирования отсутствуют высокие уровни концентрации напряжений, что позволяет в полной мере реализо­вать свойства субстратов. Однако клеевые соединения требуют значительно большей площади контакта между субстратами и клеевым слоем для того, чтобы выдержи­вать такую же нагрузку, что и в случае использования механического крепления. Некоторые условия для правильного проектирования клеевого соединения описаны в гл. 3 и 11.

В большинстве случаев клееые прослойки представляют собой полимерные ма­териалы, обладающие вязкоупругими свойствами. Для вязкоупругих материалов характерны как вязкостные, так и упругие свойства. Это поведение более подробно описано в гл. 2 и 5. Полимерные клеи поглощают механическую энергию, прило­женную к клеевому соединению, и рассеивают ее в виде тепла. Поэтому усталост­ные разрушения замедляются по сравнению с механическим креплением. Напри­мер, Шликельман [4] приводит свидетельства о повышении усталостной прочности соединений, в которых использовано сочетание механического крепления и клеевого соединения. Результаты этого анализа приведены в табл. 1.1, которые показывают очевидное увеличение усталостной прочности такого комбинированного соедине­ния. Вязкоупругие свойства клеев, роль, которую они играют в клеевом соединении, и процесс разрушения клеевого соединения рассмотрены в гл. 2, 5, 6 и 9.

Кроме того, многие клеи не требуют подведения механической энергии при сбор­ке какого-либо узла. Поэтому чувствительные к ударным нагрузкам материалы мо­гут быть без затруднений использованы для изготовления требующего сборки из­делия. Например, невозможно соединить пластины динамита с помощью гвоздей. В этом случае пластины взрывчатки могут быть просто соединены липкой лентой.

Основной недостаток клеевого соединения заключается в том, что передача на­грузки через собранный узел изделия осуществляется благодаря адгезии. Адгезия представляет собой поверхностное физико-химическое явление, которое рассматри­вается в гл. 4 и 6. Представление о природе адгезии как о явлении, связанном с по­верхностью, свидетельствует о том, что механические свойства клеевого соединения в значительной степени зависят от свойств субстрата и от характера взаимодей­ствия клеевого слоя с поверхностью этого субстрата. В этом случае плохо подго­

товленная поверхность субстрата может привести к снижению прочности соеди­нения, рассчитанного исходя из значений механической прочности клеевого слоя и субстрата. Роль поверхности субстрата становится еще более существенной при решении задачи создания долговечных клеевых соединений, предназначенных для применения в жестких эксплуатационных условиях. Необходимость в надлежащем качестве поверхности при невозможности всегда его обеспечить является одним из недостатков клеевого соединения по сравнению с механическим креплением, на качество которого не оказывает влияния состояние поверхности элементов соеди­нения. В гл. 7 рассмотрены некоторые основные способы подготовки поверхностей перед склеиванием, позволяющие создавать оптимальные клеевые соединения.

Для клеев характерны некоторые другие преимущества перед механическим кре­плением. Одно из таких преимуществ, а именно способность клеев не только форми­ровать соединение, но и герметизировать собранный узел в процессе одной техноло­гической операции, привело к широкому использованию клеев в авиа-космической промышленности. В случае использования механического крепления часто необхо­димо применение отдельных уплотнительных операций, обеспечивающих создание герметичного элемента конструкции. Клеи позволяют также соединять разнород­ные в гальваническом отношении материалы, препятствуя появлению ускоренной коррозии. Например, механическое соединение стали и алюминия было бы невоз­можным. Алюминий выступал бы в роли анода по отношению к стали и быстро кор­родировал бы в коррозионно-активных средах. Благодаря тому что большинство полимерных клеев имеют неионную природу и являются диэлектриками, правиль­но выполненное клеевое соединение обеспечивает электрическое разделение эле­ментов гальванической пары, в то же время сохраняя конструкционную прочность.

В то же время механическое крепление имеет ряд преимуществ по сравнению с клеевым соединением. При использовании механического крепежного элемента можно легко убедиться, что он находится в соединении. Клеевые слои по своей при­роде являются внутренним элементом соединения. В большинстве случаев оказы­вается нелегко определить (без использования метода разрушающих испытаний) правильно ли нанесен клей. Отсутствие неразрушающего метода контроля качества приводит к необходимости выполнения комплекса испытаний методами, при кото­рых клеевые прослойки могут быть исследованы без разрушения. Другое преиму­щество механического крепления по сравнению с клеевым соединением заключает­ся в том, что техника сборки с использованием механических крепежных элементов изучается во многих учебных заведениях. В то же время существует недостаточное число курсов, изучающих проблему создания клееных конструкций. В связи с этим среди инженеров и конструкторов может возникнуть определенная неуверенность в использовании клеев. Автор выражает надежду, что настоящая книга повысит уверенность в использовании клеев и возможно станет основой при формировании учебных планов технических учебных заведений.

В табл. 1.2 и 1.3 представлены приведенные в работе Лиза [5] сводные данные о сравнении такого хорошо известного способа образования соединения, как сварка со склеиванием. Сравнение свойств клеевого соединения со сваркой дополнительно показывает преимущества и недостатки первого способа по сравнению со вторым.