Лако-красочные материалы — производство

І

Подготовка поверхности склеиваемых материалов определяется прежде всего их природой, назначением и условиями эксплуа­тации изделий, требованиями к прочности и надежности клееных конструкций. Поскольку в конструкции применяются самые раз­нородные материалы, то и подготовка их поверхности к склеи­ванию существенно различается.

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Сплавы алюминия. Сплавы алюминия широко применяются в Авиаций, приборостроении и в некоторых других отраслях про­мышленности. Поскольку они имеют повышенную коррозионную активность и длительный (как правило) срок эксплуатации, оптимальной подготовкой их поверхности является анодирова­ние в серной н хромовой кислотах. С точки зрения защиты от коррозии предпочтительным является анодирование в серной кислоте (оптимальная толщина анодной пленки 7—8 мкм, тем­пература анодной ванны 10—15 °С) с последующим наполне­нием анодной пленки в горяче^і растворе натриевого (или ка­лиевого) хромпика.

Предельная прочность при сдвиге, достигаемая при склеива­нии конструкционными клеями, колеблется в пределах от 20 до 25 МПа и определяется прочностью сцепления анодной пленки с поверхностью металла [46]. Кроме того, с повышением жестко­сти клея прочность клеевого соединения внахлестку на стандар­тном образце, как правило, снижается вследствие увеличения концентрации напряжений по концам нахлестки. Разрушение происходит в результате отрыва анодной пленки от поверхности металла.

Более совершенным способом подготовки поверхности явля­ется аноднриваннс алюминиевых сплавов в хромовой кислоте. При этом способе прочность достигает 35—45 МПа [46], причем анодная пленка, как правило, не отслаивается от металла.

Следует подчеркнуть, что максимальная прочность клеевых соединений при обоих способах анодирования достигается толь­ко в том случае, когда клей наносят на чистую анодную пленку не позже, чем через 0,5—1 ч после анодирования, без предвари­тельного обезжиривания поверхности. При обезжиривании по­верхности особенно с применением механического воздействия происходит некоторое снижение прочности. Поэтому его следует избегать, а с целью исключения загрязнения анодированные детали рекомендуется хранить в специальной упаковке (напри­мер, в полиэтиленовых мешках).

Весьма эффективным способом подготовки поверхности алю­миниевых сплавов якляется травление в растворе следующего состава (в масс, ч.) [47]:

TOC o "1-3" h z H2S04 (конц.)…………………………………………………………………………….. 22,5

Na2Cr207 ……………………………………………………………………………………. 7,5

Н20 . — . ………………………. …………………………….. "6

Травление осуществляется (после обезжиривания поверх­ности) при 60—70 °С в течение 30 мин. Этот способ подго­товки поверхности позволяет реализовать полную прочность клея (особенно если детали предварительно опескострунть)

В настоящее время не существует другого спрсоба подготовки поверхности, позволяющего получить более высокую прочность клеевых соединений сплавов алюминия.

Магниевые сплавы. Магний и его сплавы обладают очень высокой химической активностью, Поаіому перед склеиванием их обязательно подвергают химическому оксидированию. Получае­мая оксндная пленка имеет относительно низкую прочность сцепления с поверхностью металла. В результате этого проч­ность при сдвиге клеевого соединения в зависимости от состава ванны и режимов оксидирования колеблется обычно от 0,4 до 1,5 МПа [46J.

Нержавеющие стали. Существует много вариантов травления нержавеющих сталей. Например, травление при 20—30 °С в те­чение 10—20 мин (после обезжиривания) в растворе НС1 (конц.)—50% (об.), HN03 (конц.) — 5% (обл.), Н20 —45% (об.) и FeCb-6H20—150 г на 1 л раствора кислот. Однако с точки зрения прочности клеевого соединения травление не имеет преимуществ перед механическим способом подготовки поверх­ности (пескоструйная обработка).

Углеродистые стали. Углеродистые стали в редких случаях перед склеиванием подвергают химической обработке — травле­нию. Травление проводят, например, 25—40%-ным раствором соляной кислоты в воде при 25 + 5 °С в течение 2—4 мин с последующей промывкой в воде при 70—82 °С [48]. Поскольку в процессе сушки на поверхности сталей образуется ржавчина, то для ее устранения удаление воды с поверхности углеродистой стали после травления и промывки необходимо производить 96— 98%-ным этиловым спиртом, что не всегда желательно.

Другие металлы (медь и ее сплавы, сплавы цинка и т. п.) обычно подвергают механической обработке перед склеива­нием.

Титановые сплавы. Титановые сплавы широко используют в клееных конструкциях, особенно в авиации и судостроении. Од­нако до настоящего времени не разработаны достаточно эффек­тивные способы химической обработки поверхности и для этой пели широко используется травление в растворах минеральных кислот различного состава. Например, очень эффективными способами являются травление при 90°С в течение 5—10 мин в Конц. H2S04 [49] или травление при комнатной температуре в течение 2—3 мин, в водном растворе 5% (масс.) тринатринфос — фата, 0,9% (масс.) фтористого натрия и 1,6% (масс.) плавиковой кислоты с последующей тщательной промывкой и сушкой при 65—70 °С [48].

Существуют различные варианты анодирования титановых сплавов в 15%-ном растворе серной кислоты (а также с добав­кой 2% хромовой кислоты), в 15%-ном растворе ортофосфорной кислоты, в 5%-ном растворе формалина и др. [50]. Однако анодирование титана и его сплавов недостаточно хорошо изуче­но, а опробованные варианты недостаточно эффективны по срав­нению, например, с пескоструйной обработкой.

При химическом способе подготовки поверхности титана и его сплавов следует обращать особое внимание на то, что, несмотря на высокую коррозионную стойкость, в некоторых случаях они вступают во взаимодействие с компонентами растворов и (или) их поверхность наводороживается (значительное растворение в сплаве выделяющегося при обработке атомарного водорода). Это может привести к значительному снижению его прочности, что отрицательно скажется на прочности и надежности клееной конструкции. В связи с этим в каждом отдельном случае необ­ходимо выяснить, как влияет используемый для повышения адгезии клея химический способ обработки поверхности на проч­ность клеевых соединений титана и его сплавов.

Трудносклеиваемые материалы. К ним обычно относят поли­этилен и фторопласт. Склеивание таких материалов возможно после обработки их, например, в натрийнафталиновом комплексе [48] или с использованием других методов, обеспечивающих химическое преобразование их поверхности (обработка кисло — родноацетиленовым пламенем, обработка рентгеновскими луча­ми или у-лучами и др.) [48 а].

МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

К ним относят обычно механическую либо пескоструйную обра­ботку. Более эффективным способом является пескоструйная обработка. По достигаемой прочности и производительности она конкурентноспособна с химическими способами подготовки по­верхности и поэтому широко применяется в промышленности. Недостатком этого метода является отрицательное воздействие на организм человека (возможно заболевание силикозом).

При этом способе подготовки поверхности рекомендуется обязательное обезжиривание поверхности бензином и ацетоном и нанесение клея не позднее, чем через 30 мин после песко­струйной обработки. Увеличение такой выдержки приводит обычно к снижению прочности клеевых соединений и их ста­бильности. Пескоструйную обработку можно использовать для алюминиевых, титановых и медных сплавов, углеродистых и нержавеющих сталей, конструкционных пластмасс, стеклопла­стиков и композиционных материалов.

Одним из вариантов механической обработки поверхности стеклопластиков и композиционных материалов является ис­пользование специальных защитных слоев, удаляемых непо­средственно перед нанесением клея [51]. Сущность этого спосо­ба заключается в том, что при изготовлении деталей или листов из стеклопластика или композиционного материала на склеива­емую поверхность в процессе выкладки слоев препрега уклады­вают слой (наружный) специальной ткани (обычно лавсановой). После прессования деталь (лист) подвергают механической обработке (если необходимо) и только непосредственно перед нанесением клея защитный слой ткани удаляют и получают чистую, подготовленную к склеиванию, поверхность пластика. Этот способ исключительно производителен, обеспечивает высо­кую прочность клеевых соединений, при механической обработке пластиков — не образуется вредная для работающих пыль.