Клей вместо сварки

Причина очевидна: современная наука позволяет для каждой производственной операции разработать свой сорт клея, который учитывал бы свойства соединяемых материалов, область их последующего применения, и гарантировал бы оптимальные характеристики и необходимую прочность соединения.

"Регио-шаттл" - так называются пассажирские железнодорожные вагоны, выпускаемые немецким концерном "Адтранц" со штаб-квартирой в Хеннигсдорфе, в окрестностях Берлина. Технология их сборки существенно отличается от традиционной, той, что ещё недавно считалась единственно возможной. Раньше на металлический каркас наваривались листы стали, теперь на него наклеиваются кузовные элементы из полимеров. В результате изделия концерна "Адтранц" на четверть легче, чем вагоны конкурентов, а заодно отличаются более совершенной тепло- и звукоизоляцией. Касаясь достоинств этой технологии, Андреас Гросс из Бременского института прикладного материаловедения - крупнейшего в Европе научно-исследовательского учреждения этого профиля - говорит:

- Речь идёт, прежде всего, о том, чтобы использовать главную особенность технологии склеивания, а именно: возможность прочно соединять между собой различные материалы, причём так, чтобы в полной мере сохранить свойства этих материалов. Скажем, в производстве транспортных средств специального назначения очень часто приходится соединять металлы с пластмассами. В качестве пластмасс используются, как правило, полимеры, упрочнённые синтетическим волокном, и наклеивать их приходится на детали из листовой стали. Для этого в распоряжении конструкторов и технологов сегодня имеется широкий ассортимент разных клеёв промышленного производства.

То обстоятельство, что при склеивании материалы сохраняют свои свойства, является уникальным достоинством этого способа соединения. Например, в сварных конструкциях воздействие высокой температуры приводит, как правило, к существенному росту хрупкости материала в районе шва. Столь же негативно влияет на прочностные характеристики материала технология клёпки или винтового соединения. Но у склеивания есть и другие преимущества, - говорит Андреас Гросс:

- Технология склеивания способна не только прочно соединить две детали между собой, но и придать клеевому соединению особые свойства. Это может быть, например, антикоррозийность. Или клей в качестве электроизолятора может лишить место соединения двух металлов способности проводить электрический ток. Одновременно клеевое соединение может оказаться полезным в борьбе с вибрацией конструкции - благодаря тому, что оно способно, скажем, поглотить или отфильтровать колебания определённой частоты.

Технология склеивания широко используется и в самолётостроении. Например, специальные эпоксидные смолы уже давно применяются для соединения внешней обшивки крыльев с внутренними рёбрами жёсткости. А несколько лет назад появились токопроводящие клеи для нужд микроэлектроники. Они не только вполне успешно конкурируют с традиционной пайкой, но даже постепенно её вытесняют. По оценке экспертов, уже сегодня более половины всех сборочных операций в сфере микроэлектроники выполняются клеевым способом, без пайки. Объясняется это тем, что клей проще в обращении, его легче прицельно нанести точно в нужное место монтажной платы, и он обладает более низкой температурой плавления, чем припой.

Однако есть у клеёв и недостатки. Например, как и все прочие органические полимеры, они недостаточно жаропрочны и теряют свои клеющие свойства, как правило, уже при температурах около ста градусов Цельсия. Правда, в последнее время исследователям удалось получить полимерные соединения, выдерживающие температуры до 270-ти градусов Цельсия, но это достигнуто в ущерб ряду других ценных свойств. Главная же проблема, по словам Андреаса Гросса, состоит в том, что...

- Никогда не будет универсального клея. И раньше его не было, и впредь не будет. Напротив, для каждой области применения следует разрабатывать и использовать другой клей, оптимальный именно для данного сочетания материалов и для данной технологической операции.

Поэтому учёные Бременского института прикладного материаловедения активно работают, во-первых, над созданием высокотемпературных клеёв, а во-вторых, над совершенствованием технологии подготовки поверхностей к нанесению на них клея. Дело в том, что автомобилестроители, стремясь уменьшить вес автомобилей, начинают всё шире применять элементы кузова из волокнистых композитных материалов, а они сварке не поддаются, их можно только склеивать. Впрочем, сегодня технологи всё чаще предлагают и стальные детали соединять при помощи клея. Мало того, уже даже начато экспериментальное производство клеёных распределительных валов для автомобильных двигателей.

Но самые большие надежды Андреас Гросс и его коллеги из Бременского института прикладного материаловедения возлагают на так называемую комбинированную технологию соединений. Как явствует уже из названия, речь здесь идёт о комбинации различных способов соединения материалов - например, о сочетании склеивания с клёпкой или с точечной сваркой. Андреас Гросс:

- Все существующие технологии соединения имеют свои преимущества и свои недостатки. Цель комбинированной технологии, собственно, в том и состоит, чтобы недостатки отдельных технологий по мере возможности компенсировались, а достоинства - суммировались.

Особенно перспективной представляется исследователям технология, в которой склеивание сочетается с прессованием. Мощный пресс прижимает детали друг к другу и развивает при этом столь значительное усилие, что между деталями под давлением возникает очень прочный точечный контакт. Одновременное или последующее введение клея придаёт такому соединению долговечность.