Склеивание – один из старейших способов соединения поверхностей, однако развитие технологии склеивания шло до ХХ в. очень медленно. Есть сведения, что клеи человек применял свыше 3000 лет назад. В древности клеи готовили из битума и дегтя. Известно, что Вавилонскую башню возводили на известняковом растворе. Египтяне пользовались клеями из древесных смол и яичного белка. Отдельные задачи, над решением которых все еще работают инженеры, унаследованы нами от библейских времен. Ведь склеивать - и просто, и не просто... Взять хотя бы то место из Ветхого завета (гл. 22), где говорится: «Грамоте глупца учить, что глиняные черепки склеивать!»

Большой объем исследований по склеиванию металлов был проведен в годы второй мировой войны, как того требовала военная промышленность. Первые клеи для склеивания металлов, обеспечивавшие высокую прочность соединений при сдвиге и расслаивании, были разработаны на основе фенольных смол в сочетании с неопреновым или нитрильным каучуком. В 1950 г. началось серьезное экспериментирование с эпоксидными композициями, которые по прочности соединений были поставлены в один ряд с фенолокаучуковыми клеями. Основное их достоинство – малое содержание растворителей. К тому же они не выделяют летучих продуктов при отверждении. Промышленность клеев особенно быстро начала развиваться с 60-х годов прошлого века.

Клеевые материалы используются в разных отраслях промышленности и в быту. И часто встает вопрос: склеивать или соединить механическим способом (сваркой, пайкой, болтовыми соединениями, клепкой и т.д.)? Обычно выбирают механический способ, но верно ли это?

В настоящее время разработаны клеевые материалы для различных нужд. Так применяются клеи в индустрии строительных материалов, электротехнической промышленности, автомобилестроении, авиационной промышленности и ракетно-космической технике, тракторостроении, судостроении, производстве станков и инструментов, абразивов, деревообрабатывающей промышленности и др. В вертолетостроении, например, клеи позволили изготовлять металлические лопасти несущих винтов с недостижимым ранее ресурсом. Действительно, клеящие материалы все шире применяются для склеивания различных материалов во многих отраслях.

Успешность применения клеев объясняется рядом существенных преимуществ, которые клеевые соединения обеспечивают по сравнению с соединениями других видов. Здесь прежде всего надо отметить возможность склеивания практически всех материалов промышленного значения.

• Это стали, алюминиевые, магниевые и титановые сплавы, латунь, медь и серебро.

• Среди неметаллических материалов следует назвать древесину, пластики, кожу, резину, силикатное и органическое стекло, фарфор, керамику, бетон, ткани, картон, бумагу. Разумеется этот перечень далеко не исчерпывает все возможные материалы.

• К тому же клеи склеивают металлы как с металлами, так и с неметаллами.

• А в некоторых случаях склеивание представляет собой даже единственный способ соединения разнородных материалов в ответственных конструкциях.

Сварные, паяные, заклепочные и болтовые соединения металлов не всегда дают самое эффективное решение проблемы.

- Известно, что сварка разнородных металлов очень сложна технологически и что в некоторых случаях, например при сварке алюминия с магнием, она приводит к образованию хрупких швов.

- Трудно сваривать листы разной толщины.

- К тому же при контакте двух разных металлов часто образуются гальванические пары, способствующие возникновению коррозионных явлений.

- Еще гораздо сложнее паять легкие сплавы. Их пайка менее надежна, чем пайка сталей. Из некоторых паяных конструкций никак не удается полностью удалить остаточные флюсы, что вызывает коррозию металлов.

- Сверление отверстий под болты и заклепки увеличивает затраты времени и удорожает производство, а отверстия снижают прочность металлических конструкций.

- Механические соединения металлов тоже подвержены коррозии.

- Они, как правило, не герметичны и не обладают гладкой поверхностью.

Применение клеев в металлических конструкциях позволяет

- надежно и достаточно просто соединять разнородные металлы разной толщины, делая ненужными сверление и изготовление болтов и заклепок.

- Клеи упрощают процесс соединения

- и удешевляют его,

- а конструкция выигрывает, иногда весьма значительно, в стоимости и весе.

- Нагрузки в клеевом шве распределяются по всей площади соединения, в то время как при склепывании и сболчивании нельзя избежать концентрации напряжений у болтов и заклепок.

- Склеенные металлы имеют гладкую поверхность в местах соединения.

- Клеи не ослабляют металл, как при сварке (из-за изменения свойств в зоне сварного шва).

- Клеевые швы не подвержены коррозии

- и в отдельных случаях достаточно герметичны без дополнительного уплотнения.

- Сравнительные исследования заклепочных, сварных и клеевых соединений алюминиевых сплавов показывают, что клеевые соединения выигрывают по прочностным характеристикам при эксплуатации в условиях умеренных температур. Это особенно верно для тонких сечений и при вибрационных нагрузках. Клеевые соединения превосходят заклепочные по работе на срез и сопротивлению ударным нагрузкам.

Таким образом, КЛЕИ обеспечивают определенные ПРЕИМУЩЕСТВА перед обычными методами соединения. Отметим некоторые из них еще раз:

1. Клеи позволяют получать более гладкие поверхности; они не выдавливаются наружу на поверхность узла и не деформируют ее. Этот важно для аэродинамических характеристик корпусов самолетов, ракет и космических аппаратов. Ровная поверхность является преимуществом для таких изделий, как электронные модули, когда необходима плотная пригонка или когда нужен подвижный контакт. Во всех случаях, когда требуются ровные поверхности, клеи исключают всякие операции по притирке и выравниванию.

2. Клеи допускают использование более легких материалов. Приклеенные тонкие обшивки не разрушаются в точках опоры; наоборот, клеи позволяют реализовать их полную прочность. Так как крепление происходит по всей поверхности, клеевые соединения снижают до минимума концентрацию напряжений, которая обычно возникает в местах крепления винтами, болтами, заклепками и точечной сваркой. Равномерное распределение напряжений обеспечивает большую прочность и жесткость узла, позволяя снизить толщину материала или уменьшить общие габариты.

В свое время по сообщению одной авиационной фирмы, один переход к изготовлению капотов двигателей из сотового материала позволил снизить вес самолета на 200 кг с лишним.

3. Клеи гасят вибрации. Более равномерное распределение напряжений означает вместе с тем повышение усталостной прочности при вибрационных нагрузках. Конструкционные клеи способны передавать, перераспределять и поглощать напряжения, так что металлы нередко разрушаются от усталостных напряжений раньше клеев. Клеи часто используют в дополнение к заклепкам и болтам.

4. Клеи соединяют разнородные материалы. При соединении разнородных металлов обычными методами во многих случаях возникала проблема защиты от гальванической коррозии. Клеевой слой, изолируя два металла друг от друга, снимает эту проблему. Склеивание удовлетворительно решает и задачи крепления металла к пластикам. Твердые топлива надежно приклеивают к стальному корпусу. Это – одна из наиболее перспективных областей применения клеевых соединений.

5. Клеи упрощают задачу изготовления изделий сложной формы. Во многих случаях клеи позволяют скреплять между собой части с поверхностью сложной формы, с трудом поддающиеся соединению обычными методами.

6. Клеи выполняют роль герметиков. Так как клеевой шов непрерывен, они могут служить уплотнениями по отношению к жидкостям, а также многим газам.

7. Клеи могут выполнять роль изоляторов или проводников. Клей, как правило, является изолятором. Состав многих клеев подбирают специально, чтобы сделать их проводниками. Таким образом, клеевые слои между соединяемыми поверхностями могут обладать свойствами как изоляторов, так и проводников.

8. Клеи позволяют крепить толстый материал к тонкой подложке. Сварка металлов толстых сортаментов с тонкими металлическими листами сопряжена с трудностями. С неметаллами же металлы не удается надежно сваривать. Клеи позволяют соединять между собой материалы в самых разных сочетаниях.

9. Клеи часто помогают снизить себестоимость изделий. Экономическую эффективность применения клеев очень трудно оценить. Расходы обычно зависят от используемой оснастки, инструментов и объема задания по выпуску изделий. Снижение расходов не есть главная причина, заставляющая прибегать к клеевым соединениям, но они обеспечивают экономию в крупномасштабном производстве, особенно при соединении металла с металлом. Так, обшивку большой площади можно приклеить почти с такой же затратой человеко-часов, что и на обшивку вдвое меньшей площади, в то время как затраты труда на соединение поверхностей с помощью болтов и заклепок пропорциональны площади соединяемых поверхностей.

Но склеивание вместе с тем не свободно и от недостатков. Здесь прежде всего надо упомянуть о сравнительно невысокой теплостойкости клеевых соединений. Ведь теплостойкие клеи на основе органических полимеров способны длительно работать лишь при температурах приблизительно 300оС и кратковременно до 350-500оС, тогда как клепаные и сварные соединения выдерживают длительную службу при гораздо более сильном нагреве. Что же касается высокотеплостойких (до 1200-1500оС) клеев на основе элементоорганических и неорганических полимеров, то возможности их практического использования пока сильно ограничиваются малой эластичностью таких клеев.

Кроме того, клеевые соединения со временем стареют. Поэтому они не так долговечны, как сварные и клепаные соединения. Во многих случаях склеивание требует подогрева соединяемых деталей, откуда проистекает еще один недостаток склеивания. Далее, клеевые соединения сравнительно плохо выдерживают неравномерный отрыв, что приходится учитывать при проектировании клеевых конструкций.

Несмотря на все отмеченные преимущества клеевых соединений, последние не всегда выгодны на практике. Так, конструкции сложного профиля в условиях опытного производства (но не при массовом выпуске) экономичнее изготовлять без клеев, ибо требующаяся для склеивания специальная оснастка сложна и обходится весьма дорого.

Если последние «но» не для вас, то смело применяйте склеивание. Успехов!