Лако-красочные материалы — производство

Сочетание’ сердцевины из легкого заполнителя с обшивкой да­ет возможность создать прочную и легкую конструкцию, пригод­ную для использования в ответственных агрегатах самолетов и других летательных аппаратов, а также при изготовлении кузовов автомобилей, железнодорожных вагонов, в жилищном строитель­
стве, в мебельной промышленности и в других областях народного хозяйства [18-—20]. Сотовые заполнители обеспечивают необходи­мую жесткость металлических панелей при изгибающих нагрузках и устойчивость при сжатии. Применение сот дает экономию мас­се, которая в некоторых случаях достигает 15—20%. Срок службы этих конструкций при усталостных нагрузках значительно больше, чем обычных конструкций; производство сотовых конструкций благодаря отсутствию шпангоутов и нервюр проще и экономич­нее, особенно массовое производство.

Сочетание легкого заполнителя с металлической обшивкой позволяет использовать обшивочные материалы малых толщин. В качестве материала для сердцевины в сотовых конструкциях

Рис. III.15. Клеевой шов в соединении обшивки с сотовым заполнителем:

1 — стенка ячейки сот; 2 — клей; 3 — обшивка.

Широко используются соты из тонкого металла; наибольшее при­менение нашли соты из алюминиевой фольги [21]; для изделий, работающих при высоких температурах, рекомендуются стальные и титановые соты. Обшивочными материалами обычно служат алюминиевые сплавы толщиной от 0,3 до 1,6 мм. Если же конст­рукция должна иметь высокую прочность, теплостойкость и стой­кость к абразивным воздействиям, применяют сталь. Наиболее распространенный тип клееной панели с сотовым заполнителем, представляющим собой ячейки шестиугольной формы, показан на рис. III. 14. Как приклеиваются сотовые ячейки к обшивке, пока­зано на рис. III. 15.

В настоящее время клеи широко применяются для изготовле­ния трехслойных конструкций (конструкций типа «сэндвич»), со­стоящих из двух обшивок и сердцевины. В качестве сердцевины используются пенопласты, сотовые материалы из металла, бумаги или пластиков (например, текстолита, стеклотекстолита), древеси­ны бальзы и др. В самолетостроении и других областях техники для изготовления сотового заполнителя в силовых трехслойных
конструкциях применяется специальная теплостойкая полимерная бумага, позволяющая значительно уменьшить массу конструкций.

В Англии разработаны соты из нейлона, покрытого фенольной смолой. Для этой же цели применяется волокнистый материал марки номекс, разработанный фирмой «Du Pont de Nemours» сов­местно с фирмой «Boeing» на основе ароматических полиамидов. Он более легкий и жесткий, чем другие материалы, используемые для изготовления сот. Номекс не горит, а только обугливается при 500 °С с небольшим выделением газа. Один из видов номекса по­ставляется с неотвержденным покрытием из фенольной смолы, что позволяет придавать сотам различную форму, а затем отверж — дать их при 150 °С. Соты из бумаги номекс характеризуются вы­сокой прочностью и стойкостью к удару. Исследовалась возмож­ность применения таких сот в сочетании с обшивкой из пластика, упрочненного углеродными волок­нами [22, 23].

Неметаллический заполнитель для трехслойных конструкций может быть получен методом на­мотки. После намотки его пропи­тывают эпоксидной смолой, кото­рая затем отверждается, и снима­ют г оправки. Оправка, а сле­довательно, и заполнитель, мо­жет быть любой формы.

Механические свойства сото­вого заполнителя зависят глав­ным образом от толщины стенок и размера ячеек. Прочность со­единения обшивки с заполните­лем также является функцией размера ячейки. На рис. III.16 при­ведены данные, характеризующие изменение прочности клеевого соединения в зависимости от размера ячейки. Для повышения прочности соединения заполнителя с обшивкой при отслаивании иногда применяют клеевые пленки, представляющие собой стекло­ткань, пропитанную клеем.

Так как не всегда удается подобрать клей, в котором сочета­ется хорошая текучесть с высокой эластичностью, обеспечивающей требуемую прочность при неравномерном отрыве, то иногда при­ходится применять для склеивания два клея. В этих случаях рекомендуется на соединяемые поверхности наложить подслой эластичного клея, а затем приклеить сотовый заполнитель с по­мощью несколько более хрупкого, но обладающего хорошей теку­честью клея.

Для удаления летучих веществ, образующихся в процессе от­верждения клея, в стенках сот обычно делают небольшие отвер­стия. Однако, поскольку сотовые конструкции с отверстиями (перфорированные) негерметичны и удерживают конденсирую­
щуюся влагу, во многих современных конструкциях применяют неперфорированные соты. При этом требуется клей, выделяющий при отверждении минимальные количества летучих веществ.

В сотовых конструкциях кроме соединений сотового заполните­ля с обшивкой имеются также клеевые соединения собственно сот, выполняемые в процессе производства заполнителя. Эти соедине­ния не так нагружены, как соединения сот с обшивкой, главным образом благодаря сравнительно большой площади склеивания. С помощью клеев соединяются также смежные отсеки заполнителя и заполнитель с вкладышами, окантовками и другими деталями.

В отечественной промышленности для изготовления сотовых конструкций применяются клеи ВК-3, ВК-32-200, МПФ-1, БФ-2 и БФ-4. Показатели прочности клеевых соединений на этих клеях при равномерном отрыве (100%-ное разрушение по фольге) сото­вого заполнителя (размер ячейки 5 мм) из алюминиевой фольги с обшивкой толщиной 0,4 мм приведены ниже:

Разрушающее на­пряжение при рав­номерном отрыве, кгс/см2

ВК-3 ……………………………………………………. „ , 15,0—20,0

TOC o "1-3" h z МПФ-1 ……. 23,1

БФ-2+БФ-4* …. 24,8

ВК-32-200 23,8

* Использовалась пленка клея БФ-4 с подслоем клея БФ-2.

Сотовые материалы изготовляются методом гофрирования и растяжения [5, 25]. При гофрировании (рис. III. 17) алюминие­вую фольгу, намотанную на катушку, пропускают при комнатной температуре через ванну для обезжиривания. Затем ее промы-

Вают водой, сушат при 180 °С и после охлаждения пропускают через ванну с фенольным клеем, вязкость которого тщательно кон­тролируется. Фольга проходит между двумя неподвижными валка­ми из полированной стали диаметром 25,4 мм, разделенными про­кладкой, толщина которой на 0,2 мм больше толщины фольги. По мере того как фольга проходит между валками, пленка жидкого клея толщиной 0,1 мм наносится на каждую из поверхностей. Покрытую клеем фольгу высушивают, охлаждают, формуют на вальцах и с помощью гильотинных ножниц разрезают на куски

Требуемой длины. Затем гофрированный лист укладывают на пли­ту и фиксируют на металлических шпильках, выступающих на по­верхности плиты. Гребни гофра должны касаться шпилек. Сле­дующий лист накладывают на первый так, чтобы гребни гофра совпадали с углублениями между гребнями гофра нижнего листа.

Для получения сотового заполнителя с симметрично располо­женными шестиугольными ячейками гофры склеивают на специ­альной машине с применением нагревания и давления, создавае­мого двумя пластинами, нагретыми до 200 °С. Поверхность гото­вого заполнителя обезжиривают.

Для получения сотового заполнителя путем склеивания паке­тов фольги с последующим растяжением (рис. III.18) обычно применяют фольгу шириной 0,4 м. Размер ячеек колеблется в пре­делах 3,17—12,7 мм. Предварительно обезжиренная фольга про­ходит между направляющими валками, а затем между ребристыми валками, находящимися друг против друга. При этом на обе сто­роны фольги наносятся полоски клея.

Для удаления растворителя фольгу высушивают с помощью инфракрасных ламп, после чего пропускают через дыропробиваю — щие валки, на которых она соединяется с листом фольги без покрытия, поступающим с другой катушки. Таким образом, оба листа фольги одновременно проходят через дыропробивающие ва­лки, причем на одном из них находятся иглы для пробивания отверстий, расположенные по окружности на определенном рас­стоянии друг от друга, на другом ■— углубления, в которые вхо­дят иглы. После этого оба листа пропускают через зажимные валки для удаления заусенцев. Сдвоенные листы разрезают с по­мощью гильотинных ножниц на куски определенной длины, кото­рые складывают в ящик по 300 штук. Ящик с уложенными в нем листами помещают в пресс и выдерживают там 25 мин под давле­нием 3,5 кгс/см2 при температуре 160°С для обеспечения необхо­димой прочности клеевого соединения. Скленный пакет фольги площадью 0,3—0,4 м2 и толщиной 19 мм разрезают ленточной пилой на полосы в направлении, перпендикулярном линии склеи­вания. Ширина полос определяет высоту сотового заполнителя после растяжения.

Для растяжения к разрезанному пакету фольги клеем, отверж — дающимся при комнатной температуре, приклеивают узкие гофри­рованные полоски фольги. Затем их надевают на шпильки в захва­тывающем механизме, который растягивает сотовый заполнитель. Пакет, состоящий из 300 листов фольги, растягивается до получе­ния заполнителя площадью 0,9X0,3 м при размере ячеек 3,17 мм.

Предложен способ крепления сотового заполнителя к элемен­там конструкции, заключающийся в том, что на поверхность сото­вого заполнителя в процессе его изготовления наносят вещество, способное в определенных условиях вспениваться, заполняя ячей­ки сот и фиксируя сотовый заполнитель в конструкции. В качест­ве вспенивающихся веществ чаще всего используют пенополиуре­таны или фенолоформальдегидные пены.

Механическая обработка сотового заполнителя заключается обычно в резке ленточной пилой и фрезеровании. Перед фрезе­рованием заполнителя с целью стабилизации формы и размеров его обычно заполняют водой и замораживают. Применяются так­же специальные липкие ленты.

Для нанесения клея при склеивании обшивки и сотового за­полнителя используется машина, схема которой приведена на рис. III.19 (см. также рис. 111.20). Обшивочный материал перед склеиванием (после очистки и химической обработки) покрывают с помощью пульверизатора или кисти необходимым количеством слоев клея. Каждый слой клея окрашен для облегчения контроля качества нанесения клея. Для ускорения процесса изготовления трехслойных панелей клеящие составы наносят методом горячего распыления [26].

За рубежом в качестве клеев для сотовых конструкций приме­няются главным образом композиции на основе модифицирован­ных эпоксидных смол, фенолокаучуковые клеи, клеи на основе фенольных смол, модифицированных поливинилбутиралем, фено- лополивинилформальные клеи Ридакс и др. Для сотовых конст­рукций, работающих при температурах выше 180 °С, рекомендует­ся использовать различные клеи на основе смеси фенольных смол и полиамидов, а для эксплуатации при температурах до 260 °С—• на основе смеси фенольных и эпоксидных смол. При более высоких температурах применяются клеи на основе различных аромати­ческих полимеров.

К числу эпоксидных клеев, наиболее пригодных для склеива­ния сотовых заполнителей, относятся отверждающиеся при ком­натной температуре клеи Аральдит АУ-101 и Аральдит АУ-103.

Рис. III.20. Установка для нанесения клея на сотовые заполнители: 1 — циркуляционное устройство; 2 — клеенаиосящий механизм; 3 — устройство автоматиче» ского открытия крышек ванн; 4 — цепь конвейера; 5 — замок.

Для приклеивания сотового заполнителя из алюминиевого сплава к обшивкам применяется найлоновая лента, пропитанная эпоксид­ным клеем [27]. Углеродно-графитовая ткань, пропитанная поли­амидным клеем, применяется для склеивания сотовых конструк­ций, в которых наполнитель и обшивка выполнены из стали [28].

В последнее время при склеивании сотовых конструкций все чаще применяют адгезионные грунты, которые не только защи­щают подготовленную к склеиванию поверхность, но и способст­вуют улучшению смачиваемости и растекания клея, защищают по­верхность от коррозии, предохраняют склеиваемую поверхность от вредного влияния клея (и наоборот), способствуют повышению эластичности клеевого соединения, увеличению надежности и экс­плуатационной стойкости клеевых соединений и др. [6].

Фирма «Hezcell» (США) разработала и применяет при изго­товлении сотовых конструкций новый прогрессивный способ склеи­
вания, заключающийся в нанесении жидкого клея на торцы соеди­нения сотового заполнителя с обшивкой. При этом образуются так называемые приливы, обеспечивающие прочное соединение. Кроме того, значительно снижается расход клея, а следовательно, и масса конструкции.

Фирмой «Boeing» (США) разработан комбинированный метод изготовления сотовых панелей, который заключается в сочетании пайки серебряным припоем и склеивания нержавеющих сталей типа РН-15-7Мо и 17-ПН керамическим клеем. Листы стали обезжиривают в парах трихлорэтилена и промывают в щелочном растворе. Керамический клей наносят на соединяемые поверхно­сти методом распыления; толщина клеевой пленки в высушенном состоянии составляет 0,25—0,125 мм. Сушку проводят при 25— 90 °С.

Керамический клей на основе стекла из боросиликата бария может быть использован для склеивания стальных трехслойных

Конструкций [29], работающих при температурах до 538 °С. Плоские трех­слойные панели склеивают так назы­ваемым статическим методом. Пакет, состоящий из обшивок и заполнителя, прикрепляют зажимами к форме, по — Рис. 111.21. Соты с усили — крывают резиновым чехлом, создают тельной накладкой. вакуум и производят запрессовку при нагревании и под давлением в соответ­ствии с режимом отверждения используемого клея. Детали круг­лого сечения склеивают в специальном цилиндрическом вращаю­щемся приспособлении.

Для изготовления панелей сотовой конструкции применяется также метод склеивания с помощью металлических шариков. На склеиваемую панель насыпают мелкие алюминиевые шарики (диа­метром 6,35 мм) и создают давление. Преимущество этого мето­да — значительное уменьшение числа непроклеев в соединении.

Известны сотовые заполнители с шестиугольными ячейками, расположенными в шахматном порядке, которые пригодны для изготовления деталей сложного профиля, а также с гофровым за­полнителем [21]. В некоторых случаях для повышения сопротив­ления срезу в сотовые заполнители вводят усилительные проклад­ки в виде полосок фольги (рис. 111.21). Это повышает прочность заполнителя примерно на 100%.

Разработаны трехслойные сотовые металлические конструкции, которые могут работать при температурах до 260 °С, в частности конструкции из титановых сплавов, склеенные синтетическими клеями. Наиболее пригодными оказались клеи на основе фено­лоформальдегидной смолы и нитрильного каучука и на основе эпоксидно-фенольных смол.

Для изготовления трехслойных конструкций обычно приме­няют алюминиевые сплавы. Очень перспективны конструкции с
сотовым заполнителем из нержавеющей стали и обшивкой из ти­тана.

Сотовые заполнители получают также из хлопчатобумажной или стеклянной ткани. Методы получения следующие:

Профилирование листов ткани, пропитанных связующим, с по­следующим склеиванием из них блоков;

Профилирование листов непропитанной ткани и склеивание из них блоков с последующей пропиткой связующим; растяжение пакетов сотовых заполнителей. Сотовые заполнители из неметаллических материалов приме­няют в сочетании с обшивками из стеклопластиков, дуралюмина, фанеры и т. д. Сотовые заполнители из бумаги изготовляют про­питкой специальных сортов бумаги (например, ИП-63) карбамид- ными клеящими смолами, например смолой МФ-17, или из крафт — бумаги марки КР с пропиткой бумажным лаком. В качестве связующих при производстве бумажных сотовых заполнителей при­меняют карбамидные смолы, а также поливинил ацетатную эмуль­сию и композиции на основе фенолоформальдегидных и эпоксид­ных смол. На прочность и кажущуюся плотность сотового запол­нителя из бумаги ИП-63 влияют размеры ячеек и тип связующего. Сотовые бумажные заполнители обладают высокими показателя­ми теплоизоляционных свойств.

Изготавливается сотовый заполнитель, состоящий из большого числа синусоидальных лент, склеиваемых в местах соприкоснове­ния. Каждая лента состоит из множества других, представляющих собой слои однонаправленных прядей. Прочность-заполнителя на 40% выше прочности обычных неметаллических сотовых заполни­телей [30].

Предложена трехслойная конструкция, пригодная для полов, перегородок и стенок, состоящая из двух алюминиевых обшивок с заполнителем из вспененного поливинилхлорида, армированного стеклянным волокном [31]. Известны сотовые заполнители, имею­щие в сечении форму шестиугольников, склеенных карбамидо — формальдегидными смолами в местах соприкосновения. Их полу­чают из стеклянных холстов, пропитанных связующим на основе поливинилацетата [32].

Изучено влияние компонентов различных клеев на коррозию алюминиевых сотовых панелей и клеевых соединений титановых сотовых конструкций, применяемых при изготовлении вертолетов [33]. Описано склеивание сотовых конструкций из пористых орга­нических или неорганических материалов с различными обшивка­ми с помощью полиуретановых или эпоксидных клеев [34]. Созда­на универсальная машина, совмещающая все операции изготов­ления сот [35]. Описаны заливочные составы на основе эпоксид­ных смол для крепления в трехслойных панелях с сотовым запол­нителем крепежных деталей [36], а также процессы формования и склеивания титановых слоистых конструкций для сверхзвуковых пассажирских самолетов [37].

22—2591