Склейка композиционных материалов

Композиционные материалы, представляющие собой полимерные связующие, армированные неорганическими волокнами: углеродными, борными, на основе карбидов кремния и бора, боридов, различных оксидов, нитевидными кристаллами, характеризующимися очень высокими значениями удельной прочности и удельного модуля упругости.
Композиционные материалы обладают более высокой усталостной прочностью, чем металлы, и отличаются меньшей чувствительностью к концентрации напряжений.Применение композиционных материалов позволяет значительно (до 30- 40%) снизить массу конструкций.
При проектировании клееной конструкции из композиционных материалов следует учитывать, что напряжения сдвига между слоями материала могут оказаться не менее опасными, чем аналогичные напряжения в клеевом соединении. Наиболее эффективно соединение на ус, преимуществом которого является отсутствие утолщения и изгибающих напряжений.
При выборе формы клеевых соединений композиционных материалов необходимо иметь в виду, что прочность материала при сдвиге, растяжении и сжатии зависит от ориентации волокна. Соединения на ус обладают более высокой прочностью при сжатии, чем при растяжении.
Исследование боропластиков с различной ориентацией волокон показало, что конструктивные возможности клеевого соединения сильно ограничиваются недостаточно высокой прочностью материала при межслойном сдвиге.
При проектировании клеевых соединений композиционных материалов с целью снижения концентрации напряжений в нахлесточных соединениях могут быть использованы комбинации клеев: по краям нахлестки следует применять эластичный клей, а в середине жесткий. Для снижения концентрации напряжений в нахлесточиом соединении иногда срезают некоторую часть, склеиваемого материала: применение проточки на более жесткой: трубе (например, металлической) в соединении на ус с трубой из композиционного материала позволяет существенно повысить прочность клеевого соединения при растяжении. Скашивание кромок более эластичного элемента (композиционного материала) менее эффективно.
При изготовлении конструкций с участием композиционных материалов необходимо учитывать также способ подготовки поверхности соединяемых материалов, зависящий как от типа выбранного клея, так и от числа клеевых слоев, значения модуля упругости и ударной вязкости склеиваемых материалов.
Для соединения композиционных материалов между собой и с металлами (сталь, титановые сплавы) могут быть использованы клеевые композиции, а также заклепочные и клеезаклепочные соединения. Выбор клея зависит от природы связующего в композиционном материале. Чаще всего рекомендуется использовать модифицированные эпоксидные и фенольные композиции, отверждаемые при нагревании.
При склеивании композиционных материалов (например, углепластов и боропластов), обладающих невысокой чувствительностью к усталостным нагрузкам, необходимо учитывать усталостную прочность клеев, так как низкая усталостная прочность существенно снижает прочность конструкций в целом. Усталостная прочность клеевых соединений композиционных материалов составляет обычно менее 20% исходной статической прочности соединения. Для повышения усталостной прочности клеевых соединений используются углеродные волокна, выполняющие роль армирующего наполнителя клея и являющиеся носителем клея.
Модифицированные фенолоформальдегидные клеи также могут быть применены для соединения композиционных материалов. Теплостойкость клеевых соединений композиционных материалов в ряде случаев ниже теплостойкости клеевых соединений металлов на тех же клеях, что объясняется недостаточной теплостойкостью склеиваемого композиционного материала.
Лучшим способом подготовки поверхности является опескоструивание; в этом случае разрушение происходит не по клею, а по композиционному материалу.
Для предохранения склеиваемой поверхности композиционных материалов от загрязнений находят применение защитные слои, удаляемые непосредственно перед нанесением клея. Представляет интерес применение защитных слоев из нейлоновой ткани.