Способ склеивания материалов

 

Изобретение относится к получению конструкций склеиванием. Склеивание деталей осуществляют клеями на основе эпоксидных смол и пластификаторов. Химическая природа склеиваемых материалов может быть различной (металлы, пластики, силикаты). После холодного отверждения при комнатной температуре склеиваемые детали подвергаются радиационной обработке умеренными дозами. В результате значительно увеличивается прочность клеевого соединения. 1 табл.

Изобретение относится к области соединения материалов клеями на основе эпоксидных смол. Склеивание получило широкое распространение во многих отраслях техники. Благодаря применению клеев при соединении металлов устраняется концентрация напряжений, возникающая при паяном, сварном и механическом методах соединения. Кроме того, исключается образование гальванических пар в местах склеивания разнородных металлов, уменьшается вес и стоимость конструкций. Для склеивания широкого ассортимента материалов успешно применяются клеи на основе эпоксидных смол. (Д.А. Кардашев. Синтетические клеи. М. , Химия, 1968, с. 129-142. И.3. Чернин, Ф.М. Смехов, Ю.В. Жердев. Эпоксидные полимерные композиции. М., Химия, 1982, 230 с.).

Известно, что введение в эпоксидную смолу пластифицирующих добавок различного типа повышает прочность клеевого соединения. Так наибольший эффект повышения прочности при сдвиге наблюдается при введении жидких полисульфидных каучуков /тиоколов/. Эфиры фосфорной кислоты дают меньший эффект. При этом прочность клеевой композиции, состоящей из эпоксидной смолы марки ЭД-20 /100 вес.ч./, отвердителя полиэтиленполиамина /10 вес.ч./ и тиокола зависит от концентрации пластификатора и, в лучшем случае, увеличение прочности шва не превышает 40% (И. К. Черняк. Эпоксидные компаунды и их применение. Л., Судпромгиз, 1963, с. 15). Известно также повышение прочности соединений путем облучения непластифицированных эпоксидных клеев (В.И. Восканьянц. Радиолиз исходной и отвержденной эпоксидной смолы ЭД-5. Журнал Пластические массы, 1970, 8, с. 50-54). При радиационном воздействии для достижения максимального эффекта /45 кгс/кв.см./ требуются значительные дозы, порядка 300 Мрад, что сопряжено с большой продолжительностью процесса облучения, а значит и с высокой стоимостью его. Кроме того, использование высоких доз облучения возможно только в тех случаях, когда радиационная стойкость склеиваемых деталей достаточно высока. К сожалению это бывает не часто. Например, большинство деталей электронной техники недопустимо облучать дозами, превышающими 50-100 Мрад. Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение прочности клеевых соединений деталей из металлов, пластиков, силикатных и других материалов, выполненных клеями на основе эпоксидных смол. Решение этой задачи достигается за счет радиационного облучения соединений, выполненных клеями на основе эпоксидных смол, содержащими до 10 вес.ч. пластификатора. После холодного отверждения под небольшим давлением клеевое соединение облучается дозой 1-50 Мрад, в зависимости от конкретной технической задачи. Этим приемом удается повысить предел прочности при сдвиге на 60-65% без заметного повышения стоимости процесса склеивания. Кроме того, использование небольших доз облучения позволяет применять предлагаемый метод для склеивания радиационно-чувствительных деталей. Примеры, приводимые ниже, иллюстрируют эффективность предлагаемого метода. Для более корректного сопоставления разработанного метода с известными технологическими приемами ниже будут приведены примеры получения клеевых соединений известными методами, выполненные и испытанные нами (первые три примера).

Пример 1. Клеевую композицию, состоящую из смолы ЭД-20 (100 вес.ч.) и отвердителя - полиэтиленполиамина (10 вес.ч.), наносят на поверхность пластины из сплава АМГ-6 размером 60х20х2 мм. Используя вторую такую же пластину, формируют нахлесточное соединение площадью 300 мм кв. Склейку помещают под пресс и отверждают 24 часа при комнатной температуре. После этого определяют предел прочности при сдвиге. Среднее значение прочности 30,5 кгс/кв.см /для пяти образцов склеек, полученных в одинаковых условиях/.

Пример 2. Получают клеевые соединения, как описано в примере 1, но после отверждения склейки вакуумируют до прекращения газовыделения и облучают дозой 20 Мрад. Среднее значение предела прочности при сдвиге 37,0 кгс/кв.см.

Пример 3. Получают клеевые соединения, как описано в примере 1, но в состав клеевой композиции вводят 7 вес. ч. трикрезилфосфата в качестве пластификатора. После отверждения склейки имеют значение предела прочности при сдвиге 35,0 кгс/кв.см.

Пример 4. Получают клеевые соединения как описано в примере 1, но в состав клеевой композиции вводят трикрезилфосфат /7 вес.ч./ в качестве пластификатора. После отверждения склейки вакуумируют и облучают дозой 20 Мрад. Предел прочности при сдвиге этих образцов составляет 45,7 кгс/кв.см.

Пример 5. Получают клеевые соединения как описано в примере 1, но в состав клеевой композиции вводят дибутилфталат /7 вес.ч./. После отверждения склейки вакуумируют и облучают дозой 20 Мрад. Предел прочности при сдвиге полученных образцов составляет 41,7 кгс/кв.см.

Пример 6. Получают клеевые соединения как описано в примере 1, но в состав клеевой композиции вводят тиокол HB /7 вес.ч./ в качестве пластификатора. После отверждения склейки вакуумируют и облучают дозой 20 Мрад. Предел прочности полученных образцов составляет 49 кгс/кв.см.

Пример 7. Получают клеевые соединения как описано в примере 4, но облучают образцы дозой 60 Мрад. Предел прочности при сдвиге полученных образцов составляет 42 кгс/кв.см.

Пример 8. Получают клеевые соединения как описано в примере 4, но облучают образцы дозой 0,5 Мрад. Предел прочности при сдвиге облученных образцов составляет 36 кгс/кв.см. Для лучшей наглядности, свойства склеек, полученных в описанных примерах, сведены в таблицу.

Из приведенных в таблице данных видно, что предлагаемый метод позволяет существенно повысить предел прочности при сдвиге клеевых соединений, выполненных клеями на основе эпоксидных смол. Очевидно, что эффект упрочнения существенно превосходит суммарный эффект от введения пластификатора и облучения склеек, выполненных клеем, не содержащим пластификатора. Специально проведенным исследованием мы установили, что предварительное облучение элементов клеевой композиции, равно как и склеиваемых деталей не приводит к увеличению прочности клеевых соединений. Эффект значительного упрочнения клеевых соединений нами экспериментально обнаруживался и на других эпоксидных рецептурах. В представленных примерах мы ограничились смолой ЭД-20, поскольку рецептуры на ее основе имеют наибольшую практическую значимость. Увеличение предела прочности при сдвиге наблюдается и при склеивании других материалов (некоторых металлов, нескольких видов стеклопластиков и силикатных материалов) предлагаемым способом. Нами экспериментально установлено, что облучение дозами, превышающими 50 Мрад удорожает процесс облучения и приводит к снижению прочности соединений за счет потери эластичности клеевого слоя. Увеличение концентрации пластификатора выше 10 вес.ч. приводит к снижению прочности, делая клеевой слой слишком пластичным. Данное изобретение может найти широкое применение в различных областях техники в случаях где необходимо получать особо прочные клеевые соединения.

Формула изобретения

Способ склеивания материалов клеями на основе эпоксидных смол с отвердителями при использовании радиационной обработки отвержденного клеевого соединения, отличающийся тем, что в состав клея вводят пластификатор в количестве не более 10 вес. ч. на 100 вес.ч. смолы, а радиационную обработку осуществляют дозами 1 - 50 Мрад.

РИСУНКИ

Рисунок 1