Посадить на клей

Можно ли склеить самолет? Большинство наших современников ответят на этот вопрос утвердительно. Но с одной оговоркой: если этот самолет - сборная модель из "Детского мира". А между тем более половины срока из своей столетней истории летательные аппараты тяжелее воздуха были в основном склеенными из дерева и ткани.
Большинство довоенных самолетов были склеенными из дерева и ткани.
Большинство довоенных самолетов были склеенными из дерева и ткани. "Типичный представитель" бипланов середины 1930-х годов самолет И-15 конструкции Н. Н. Поликарпова.
Да и в современных самолетах множество деталей соединены друг с другом при помощи клея. Более того, сделать современный самолет, вертолет, космический аппарат без применения клея попросту невозможно.

Во многих случаях склеивание имеет существенное преимущество перед другими способами соединения деталей. Прежде всего, потому, что оно позволяет надежно скреплять разнородные материалы, например металл и древесину, резину и стекло, ткань и пластмассу.

Историю создания клеёв и технологии склеивания в ВИАМе можно разделить на два этапа: первый - с 1932 по 1959 год (прочность клеевых соединений в это время не превышала 10 Мпа, или ~ 100 кгс/см2) и второй - с момента образования в 1959 году специализированной клеевой лаборатории, возглавляемой Д. А. Кардашовым. К настоящему времени здесь созданы клеи и способы их применения, обеспечивающие прочность соединения 40-50 МПа и более.

В 30-х годах для производства самолетов использовали сосну, альбуминовую фанеру и казеиновый клей. Под действием влаги, неизбежно попадавшей на детали конструкции при эксплуатации, прочность и основного материала, и клеевых соединений снижалась. Более того, эти материалы были отличной питательной средой для различных микроорганизмов (казеиновые клеи готовят из обычного молока) и самолет начинал попросту гнить, проведя под открытым небом всего 5-6 месяцев.

Повысить атмосферостойкость деревянных конструкций удалось, когда были созданы синтетическая замена клею из натуральных продуктов и новые конструкционные материалы на основе дерева - дельтадревесина. Первыми синтетическими клеями, созданными в ВИАМе, стали ВИАМ Б-3 и ВИАМ Ф-9. С их появлением были разработаны и новые технологические процессы склеивания. В период с 1930 по 1950 год эти клеи использовали для производства самолетов деревянной и смешанной конструкции (с применением металла).

Клеёными были такие известные и широко распространенные в довоенное и военное время самолеты, как поликарповские Р-5, И-15, И-16, яковлевские Як-З, Як-7Б, самолеты Лавочкина ЛаГГ-1, ЛаГГ-3, Ла-5 и Микояна МиГ-1. Из машин этих типов (а это почти 16 тыс. экземпляров) 85% были в основном клеёными.

Если же учесть, что в этот период выпускали большое количество цельнодеревянных десантных планеров и что во многих сериях металлических самолетов Ил-4 и Ту-2 из-за дефицитности дуралюмина консоли крыла и носовую часть фюзеляжа изготавливали с использованием древесины и фанеры, то становится понятно, насколько широко использовался клей в авиации довоенного и военного периодов.

На втором этапе начались интенсивные работы по созданию клеёв конструкционного назначения, теплостойких клеёв для ракетно-космической техники, для склеивания резинотехнических изделий и неметаллических материалов. Значительно расширились границы температур, при которых предстояло работать новым клеям.

Так, если для самолетов 30-40-х годов ХХ века нижний предел температу ры составлял, как правило, -50оС, а верхний не превышал 100-110оС, то с началом развития реактивной и ракетной техники эти пределы расширились: от -269 до +1600°С. Сегодня в ВИАМе разработано более 100 марок синтетических клеёв, пригодных для эксплуатации в этом интервале температур.

Кроме экстремальных температур клеи должны выдерживать и самые разнообразные климатичес кие условия - от влажных тропиков до засушливых пустынь, от мягкого европейского климата до суровых арктических зим. Современные клеи обеспечивают надежную работу металлических и неметаллических конструкций в самых невероятных условиях.

Первыми конструкционными клеями, предназначенными для склеивания металлов, были фенолокаучуковые. Сочетание в одном клее фенолоформальдегидной смолы и каучука позволило использовать положительные свойства как первого, так и второго компонента - клей сохранял прочность и достаточную теплостойкость фенолоформальдегидной смолы и приобретал эластичность, свойственную каучукам, благодаря чему мог работать при воздействии отслаивающих и ударных нагрузок.

Разработка отечественных фенолокаучуковых клеёв помогла решить важнейшую народнохозяйственную задачу создания первых силовых клеёных авиационных конструкций с высоким ресурсом и надежностью. Благодаря их использованию авиационные ОКБ разработали принципиально новые клеёные конструкции узлов и агрегатов, обладающие высокой эффективностью по сравнению с конструкциями, изготовленными традиционными методами (сборка клепкой, сваркой, пайкой и т.д.).

Фенолокаучуковые клеи ВК-3, ВК-32-200, ВК-25, ВК-50 внедрены практически на всех авиазаводах страны. На вертолетах Московского вертолетного завода им. М. Л. Миля установлены лопасти несущих и рулевых винтов цельноклеёной конструкции. Это позволило снизить трудоемкость изготовления агрегатов в 4-6 раз, увеличить ресурс в 10 раз, а весовую эффективность повысить в 2-3 раза. Впервые с использованием этих клеёв созданы силовые клеёные сотовые конструкции.

Увы, несмотря на ряд положительных свойств, у фенолокаучуковых клеёв есть и недостатки. Прежде всего, к ним относятся необходимость прогрева клеевого шва до 150-200°С для его отверждения и приложения значительных усилий на соединение: давление при склеивании достигает 1 МПа (~ 10 кгс/см2).

Это не позволяет применять такие клеи для скрепления естественно состаренных алюминиевых сплавов. А они имеют существенное преимущество перед искусственно состаренными по усталостной прочности и коррозионной стойкости (о технологии старения алюминиевых сплавов см. на стр. 50). Нельзя использовать фенолокаучуковые клеи для изготовления конструкций из полимерных композиционных материалов, поскольку из-за высокого давления склеивания происходит коробление конструкций.

Клеи на фенолоформальдегидной основе выделяют при отверждении летучие вещества. Для их удаления из конструкции в сотовом заполнителе делают перфорацию - мелкие отверстия, что снижает его прочность. Кроме того, при эксплуатации таких конструкций в них попадает влага, которая приводит к коррозии сотового заполнителя. В некоторых случаях влаги скапливается столько, что она может нарушить весовой баланс и нормальную эксплуатацию сотового агрегата.

Но клей широко использовался в производстве самолетов и позже, например в фюзеляже и крыльях знаменитого истребителя Як-3.
Но клей широко использовался в производстве самолетов и позже, например в фюзеляже и крыльях знаменитого истребителя Як-3.
В институте разработаны высокопрочные пленочные клеи на основе модифицированных эпоксидных олигомеров, свободные от перечисленных недостатков, созданы клеи вдвое большей прочности. Но кроме увеличения прочности удалось значительно улучшить и технологические свойства новых клеёв.

Для них не требуется жидкий подслой или подогрев при прикатывании пленки к субстратам, при их отверждении выделяется не более 2% летучих веществ и, следовательно, не требуется перфорация. В результате трудоемкость технологического процесса склеивания снизилась по сравнению с фенолокаучуковыми клеями на 40%, повысилась культура производства, уменьшились пожароопасность и загрязнение окружающей среды, значительно улучшились условия труда. Высокопрочные пленочные клеи применяют в наиболее нагруженных и ответственных агрегатах планера для склеивания сотовых и слоистых конструкций из металлов и полимерных композиционных материалов.

Для склеивания некоторых элементов сотовых конструкций (соединение блоков сотового заполнителя между собой и с элементами силового каркаса) в институте созданы вспенивающиеся клеи. При отверждении они увеличивают толщину клеевого слоя в 1,5-3 раза и благодаря этому заполняют неровности между соединяемыми элементами.

Прочность клеевых соединений сотовых конструкций, выполненных вспенивающимися клеями, составляет около 5 МПа, что во многих случаях превышает прочность сотового заполнителя. Важно, что режимы отверждения вспенивающихся клеёв совпадают с режимами отверждения высокопрочных пленочных клеёв, и это позволяет изготавливать агрегаты с применением как основного высокопрочного, так и вспенивающегося клея за одну технологическую операцию.

Начиная с 1985 года интенсивно развиваются работы по созданию нового класса конструкционных материалов - долгоживущих клеевых препрегов на основе высокопрочных клеёв и стекло- и угленапол нителей. Препрегами называют полуфабрикаты, состоящие из смеси компонентов реактопласта и наполнителя в виде непрерывных волокон, тканей или бумаги.

При использовании в качестве наполнителя мелких частиц полуфабрикат называется премиксом. После введения всех компонентов текучесть смеси остается высокой, изделия из нее можно формовать заливкой (литьем), контактным формованием, намоткой. Технологическая оснастка для формования изделий из премиксов и препрегов проста, и энергетические затраты на обработку невысоки.

Применение клеевых препрегов позволяет изготавливать агрегаты сложной сотовой конструкции за одну технологическую операцию. При этом сокращаются трудозатраты, затраты энергии, количество используемой оснастки и вредные выбросы в атмосферу. Особенно важно и то, что масса готовых панелей снижается почти на 0,4 кг/м2. Изготовленная из них обшивка в 10 раз более герметична, чем обычная, что особенно важно для сотовых конструкций.

На основе клеевых препрегов изготавливают стекло- и углепластики. Эти материалы по сравнению с аналогичными традиционными имеют более высокие трещиностойкость (на 40-50%), прочность при межслоевом сдвиге (на 20-35%), усталостную и длительную прочность, лучше сохраняют прочностные характеристики после воздействия различных внешних факторов (вода, влага, топливо, масла, повышенные температуры).

В настоящее время конструкционные пленочные клеи и препреги применяются практически во всех изделиях авиационной и ракетно-космической техники. С использованием клеевых препрегов разработан слоистый алюмополимерный материал СИАЛ, обладающий повышенными надежностью и ресурсом.

По сопротивлению усталости, вязкости разрушения, статическим механическим свойствам, ударо- и огнестойкости он превосходит монолитные листы из традиционных алюминиевых сплавов, которые в настоящее время применяют в авиации. Слоистые материалы имеют также пониженную плотность. За создание высокопрочных клеёв и препрегов и внедрение их в перспективные изделия группа сотрудников ВИАМа удостоена Государственной премии России.

Для склеивания металлов и различных неметаллических материалов в клеевых и комбинированных соединениях (клееклепанных, клеесварных, клеерезьбовых) в институте разработаны пастообразные клеи холодного и горячего отверждения. Сейчас их широко используют не только в авиационной, но и в автомобильной промышленности, в кораблестроении, приборостроении и во многих других отраслях.

Прочность при испытании на сдвиг алюминиевых образцов, склеенных клеями этого класса, находится в пределах от 20 до 35 МПа при удлинении от 25 до 125%. Выносливость клеёных, клееклепанных и клеесварных конструкций в сочетании с высокой водо- и тропикостойкостью увеличивает ресурс изделий. Масса же конструкции (по сравнению с обычной клепаной) заметно снижается.

В ВИАМе выполнен большой объем работ по созданию клеёв для склеивания сырых резин с металлами в процессе вулканизации, вулканизованных резин с резинами, резинотканевыми материалами и металлами.

За последние 15-20 лет в быту стали необыкновенно популярны липкие ленты скотчи - пленочные клеи с постоянной липкостью. Между прочим, эти материалы используются и в авиации. В ВИАМе разработаны липкие ленты для крепления ковровых покрытий, декоративно-отделочных пленок, теплозвукоизоляции, для временного ремонта лакокрасочного покрытия на внешней поверхнос ти планера самолетов. Липкие ленты изготавливают на различных основах: бумаге, пленке, пене, нетканых материалах, фольге.

В 90-х годах ХХ века получило развитие научное направление по созданию клеёв со специальными свойствами для авиационного приборостроения. Это, например, электропроводящие клеи с удельным объемным электрическим сопротивлением 10-4-10-6 Ом.м для крепления радиоэлементов; теплопроводные клеи, клеи с высокими электроизоляционными свойствами; вакуумно-плотные клеи, обеспечивающие герметичность при вакууме 10-8 мм рт.ст. (1,33 мкПа).

Специалисты создали карборансодержащие термостойкие клеи, в частности фенольнокремнийорганические, полиуретановые, неорганические, работоспособные до температур 1600оС.

Вот и ответ на вопрос, поставленный в начале статьи: в современном самолетостроении, так же как и в других высокотехнологичных отраслях, без клея не обойтись. Более того, по мнению многих специалистов, количество используемых в промышленности клеёв (и по их суммарной массе, и по числу видов) весьма точно отражает уровень развития производства и технологии: чем выше уровень, тем больше потребности в клеях.

   
автор: Доктор технических наук А. Петрова
Кроме того...
Трёхмерная графика в прямом видео
Французская компания Total Immersion разработала систему D’Fusion, которая позволяет "на лету" встраивать самую разнообразную интерактивную...
Аппендикс далеко не бесполезен
Ученые Школы медицины Университета Дьюка (Duke University Medical School), США обнаружили, что аппендикс, который ранее считался бесполезным и...
Всё, что меньше протона
Ученые надеются приручить силу, которая не дает вселенной элементарных частиц превратиться в хаос...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Чинук-программа побеждает человека в шашках
Чинук-программа побеждает человека в шашках Чинук-программа побеждает человека в шашках
Шашки хакнули. Или, как ещё говорят, крякнули. Словом, "код шашек" взломан и ничего загадочного в этой игре не осталось. Все ходы не только записаны, но и заранее просчитаны
Посадить на клей
Посадить на клей Посадить на клей
Можно ли склеить самолет? Большинство наших современников ответят на этот вопрос утвердительно. Но с одной оговоркой: если этот самолет - сборная модель из "Детского мира"
Наномеханический компьютер: надёжный и экономичный
Наномеханический компьютер: надёжный и экономичный Наномеханический компьютер: надёжный и экономичный
Согласно маркетинговым исследованиям, к 2008 году количество компьютеров во всём мире превысит 1 миллиард, а к 2015 году - 2 миллиарда. Согласно данным Department of Energy
Детектор преступных замыслов
Детектор преступных замыслов Детектор преступных замыслов
Департамент национальной безопасности (ДНБ) США разрабатывает программу, которая позволит компьютеру определять преступные намерения человека по выражению лица и другим неконтролируемым признакам
Создано ветряное зарядное устройство для мобильников
Создано ветряное зарядное устройство для мобильников Создано ветряное зарядное устройство для мобильников
В скором времени в продажу может поступить необычное зарядное устройство для сотовых телефонов, работающее от ветра
"Искусственные мускулы" добывают электроэнергию из волн
"Искусственные мускулы" добывают электроэнергию из волн
Японская компания Hyper Drive неподалеку от побережья Флориды провела полевые испытания плавучего электрогенератора, использующего энергию волн
Sharp создала самый тонкий в мире ЖК-телевизор
Sharp создала самый тонкий в мире ЖК-телевизор Sharp создала самый тонкий в мире ЖК-телевизор
Компания Sharp объявила о выпуске самого тонкого и яркого в мире ЖК-телевизора. При длине диагонали дисплея в 52 дюйма толщина новинки составляет всего 20 миллиметров, а вес - 25 килограммов, сообщает Reuters
Проекторы для мобильных телефонов на подходе
Проекторы для мобильных телефонов на подходе Проекторы для мобильных телефонов на подходе
В сентябре начнется массовое производство миниатюрных проекторов для вывода картинок и видео с мобильного телефона на экран
Околозвездное облако жизни
Околозвездное облако жизни Околозвездное облако жизни
Синтез первичного органического вещества - одна из самых загадочных стадий происхождения жизни. Все больше ученых склоняется к мысли, что этот этап проходил не на Земле
На топливных баках шаттлов обнаружены трещины
На топливных баках шаттлов обнаружены трещины На топливных баках шаттлов обнаружены трещины
В воскресенье руководство NASA заявило, что на топливных баках шаттлов, запуск которых планируется до конца 2007 года, с помощью рентгена удалось обнаружить микротрещины. По мнению NASA
Космический саботаж
Космический саботаж Космический саботаж
Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства в последнее время преследуют неудачи. Неизвестный сотрудник компании-подрядчика повредил два компьютера
Уран лишился одного из своих колец
Уран лишился одного из своих колец Уран лишился одного из своих колец
Результаты наблюдений, проведённых с помощью телескопа Keck II на Гавайях, показали, что система колец Урана сильно изменилась по сравнению с состоянием 1986 года
Психологи уравняли болтливость женщин и мужчин
Психологи уравняли болтливость женщин и мужчин Психологи уравняли болтливость женщин и мужчин
Женщины произносят в день больше слов, чем мужчины, однако болтают столько же. Как это так? А вы у них спросите, уж они вам понарасскажут. Или поинтересуйтесь у мужчин, которые это выяснили
Антидепрессанты вызывают преждевременные роды
Антидепрессанты вызывают преждевременные роды Антидепрессанты вызывают преждевременные роды
Во время беременности опасно принимать антидепрессанты, потому что эти лекарства повышают риск преждевременных родов, цитирует Reuters статью в «Американском журнале психиатрии» (American Journal of Psychiatry)
Расселяясь из Африки, наши предки теряли гены и становились более похожими
Расселяясь из Африки, наши предки теряли гены и становились более похожими Расселяясь из Африки, наши предки теряли гены и становились более похожими
Анализ краниометрических (то есть относящихся к промерам черепа) показателей современного человека свидетельствует о том, что все живущие ныне на Земле люди произошли от сравнительно небольшой группы особей
Обычная пневмония может вызвать легочное кровотечение
Обычная пневмония может вызвать легочное кровотечение Обычная пневмония может вызвать легочное кровотечение
К пневмониям принято относиться не очень серьезно, однако некоторые формы пневмонии смертельно опасны для человека, вызывая сильное кровотечение в легких
На Земле станет еще теплее
На Земле станет еще теплее На Земле станет еще теплее
Разработана модель, объясняющая, как течения мирового океана и деятельность человека повлияют на изменения климата в ближайшее десятилетие, сообщает BBC News со ссылкой на журнал Science
Эпидемии распространяются быстрее, чем раньше
Эпидемии распространяются быстрее, чем раньше Эпидемии распространяются быстрее, чем раньше
Развитая сеть авиационных маршрутов, обслуживающая 2,1 млрд. пассажиров в год, способствует тому, что эпидемии смертельно опасных заболеваний сегодня распространяются гораздо быстрее, чем раньше
В древнейших горных породах Земли нашли алмазы
В древнейших горных породах Земли нашли алмазы В древнейших горных породах Земли нашли алмазы
Группа немецких и австралийских геологов под руководством Мартины Меннекен (Martina Menneken) обнаружила в кристаллах циркона, возраст которых оценивается примерно в 4,3 миллиарда лет
В Тирренском море поймали кальмара-гиганта
В Тирренском море поймали кальмара-гиганта В Тирренском море поймали кальмара-гиганта
Рыбаки недалеко от итальянского острова Эльба в Тирренском море поймали гигантского кальмара весом в 18 килограммов и длиной почти в полтора метра
Одноразовый подгузник
Одноразовый подгузник Одноразовый подгузник
Если изобретение многоразовых подгузников теряется в бездне веков, так же как изобретение одежды вообще, то появление одноразовых можно проследить
Потепление требует встречи без галстуков
Потепление требует встречи без галстуков Потепление требует встречи без галстуков
Принято считать, что главные проблемы галстука – это сложность его завязывания и то, что он, собака, душит

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • На Земле станет еще теплееНа Земле станет еще теплее
    Разработана модель, объясняющая, как течения мирового океана и деятельность человека повлияют на изменения климата в ближайшее десятилетие, сообщает BBC News со ссылкой на журнал Science
  • Эпидемии распространяются быстрее, чем раньшеЭпидемии распространяются быстрее, чем раньше
    Развитая сеть авиационных маршрутов, обслуживающая 2,1 млрд. пассажиров в год, способствует тому, что эпидемии смертельно опасных заболеваний сегодня распространяются гораздо быстрее, чем раньше
  • В древнейших горных породах Земли нашли алмазыВ древнейших горных породах Земли нашли алмазы
    Группа немецких и австралийских геологов под руководством Мартины Меннекен (Martina Menneken) обнаружила в кристаллах циркона, возраст которых оценивается примерно в 4,3 миллиарда лет
  • В Тирренском море поймали кальмара-гигантаВ Тирренском море поймали кальмара-гиганта
    Рыбаки недалеко от итальянского острова Эльба в Тирренском море поймали гигантского кальмара весом в 18 килограммов и длиной почти в полтора метра
  • История изобретений
  • Одноразовый подгузник Одноразовый подгузник
    Если изобретение многоразовых подгузников теряется в бездне веков, так же как изобретение одежды вообще, то появление одноразовых можно проследить
  • Чёрный ящик
  • Воля случая
  • Технологии
  • Чинук-программа побеждает человека в шашкахЧинук-программа побеждает человека в шашках
    Шашки хакнули. Или, как ещё говорят, крякнули. Словом, "код шашек" взломан и ничего загадочного в этой игре не осталось. Все ходы не только записаны, но и заранее просчитаны
  • Посадить на клейПосадить на клей
    Можно ли склеить самолет? Большинство наших современников ответят на этот вопрос утвердительно. Но с одной оговоркой: если этот самолет - сборная модель из "Детского мира"
  • Наномеханический компьютер: надёжный и экономичныйНаномеханический компьютер: надёжный и экономичный
    Согласно маркетинговым исследованиям, к 2008 году количество компьютеров во всём мире превысит 1 миллиард, а к 2015 году - 2 миллиарда. Согласно данным Department of Energy
  • Детектор преступных замысловДетектор преступных замыслов
    Департамент национальной безопасности (ДНБ) США разрабатывает программу, которая позволит компьютеру определять преступные намерения человека по выражению лица и другим неконтролируемым признакам
  • Техника
  • Космос
  • Околозвездное облако жизниОколозвездное облако жизни
    Синтез первичного органического вещества - одна из самых загадочных стадий происхождения жизни. Все больше ученых склоняется к мысли, что этот этап проходил не на Земле
  • На топливных баках шаттлов обнаружены трещиныНа топливных баках шаттлов обнаружены трещины
    В воскресенье руководство NASA заявило, что на топливных баках шаттлов, запуск которых планируется до конца 2007 года, с помощью рентгена удалось обнаружить микротрещины. По мнению NASA
  • Космический саботажКосмический саботаж
    Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства в последнее время преследуют неудачи. Неизвестный сотрудник компании-подрядчика повредил два компьютера
  • Уран лишился одного из своих колецУран лишился одного из своих колец
    Результаты наблюдений, проведённых с помощью телескопа Keck II на Гавайях, показали, что система колец Урана сильно изменилась по сравнению с состоянием 1986 года
014