КЛЕИ ДЛЯ ДРЕВЕСИНЫ
А.Иванов






[1] [2]
Введение
   Древесина, являясь «природным композитом», использовалась во многих областях науки и техники а особенно в авиации, но, к сожалению, сегодня ошибочно считается неактуальным применение дерева в конструкциях летательных аппаратов (ЛА).

   В начальный период развития авиации древесина являлась почти единственным основнымсамолётостроительным материалом.В годы Великой Отечественной войны лишний раз подтвердилось значение древесины, как авиационного материала. В тяжёлыедни немецкого наступления, когда основные сырьевые базы алюминия были временно захвачены врагом, а новые ещё не были освоены, древесные материалы сыграли большую роль в деле сохранения и роста нашей авиационной мощи. Широко использовалась древесина в самолётах Яковлева, Щербакова, Лавочкина, Илюшина и др. Наши союзники также создали прекрасный цельнодеревянный двухмоторный самолёт многоцелевого назначения Де Хэвиленд DH-98 «МОСКИТО», которых было выпущено ,олее 7000 экземпляров, а находились они на вооружении ВВС Франции, Бельгии, Израиля, Югославии, Швеции,
   Чехословакии и Польши вплоть до 1961г [по данным работ[1]]. Кроме того «Москито» был самым скоростным
самолётом (679 км/час) бомбардировочного командования ВВС Великобритании в течении целого десятилетия
(с ноября 1941 г. до 1951 г.) [по данным работ[2]].


  Появление новых высокопрочных авиаматериалов не снизило ценности древесины как авиационного материала. Она может найти очень широкое применение при производстве легких спортивных, туристических, транспортных самолётов и планеров. 
  Древесина широко используется в авиапромышленности других стран, в частности цельнодеревянный французский самолёт «КАП 230» на котором сборная Франции в 1988 году на чемпионате мира заняла третье место.

   Конечно, у дерева как конструктивного материала имеются некоторые недостатки, но при использовании его в соответствующей конструкции оно может быть весьма эффективным по весу и стоимости.
   В настоящее время одним из препятствий, мешающим широкому применению дерева в авиации, является утрата полных сведений относительно его физико-механических свойств.
   В то же время технология обработки древесины в мебельной промышленности сделала огромный шаг вперёд, по сравнению с технологиями даже авиапромышленности 30-40–х годов. Разработано множество новых, более совершенных клеёв, улучшены процессы защиты древесины от воздействия окружающей среды и высоких температур. А также разработаны техпроцессы и оборудование, позволяющее использовать деревянные конструкции в крупносерийном производстве.
   Также можно утверждать, что целиком деревянные конструкции основных элементов самолётов имеют применение по преимуществу для легкомоторных пассажирских и учебных машин.
При рассмотрении деревянных конструкции ЛА, основное внимание уделяется местам соединения и стыковки узлов и агрегатов.
   Во время сборки узлов и агрегатов деревянных конструкций детали соединяются в определённой последовательности с точным взаимным расположением, в соответствии с указаниями в чертежах, затем устанавливают на эти узлы или агрегаты металлические детали и собранные узлы. Операции сборки и соединения деталей для получения узла или агрегата значительно отличаются от операций установки на них металлических деталей. Поэтому процессы сборки узлов и агрегатов деревянных конструкций можно
разбить на два этапа:
1. Собственно сборка узла и агрегата
2. Монтаж и установка на них металлических деталей и узлов.
   Отдельные детали соединяют в узел чаще всего путём склеивания и сравнительно очень редко путём вязки в шип или соединения на шурупах, гвоздях или болтах. Шурупы и гвозди часто ставят для усиления клеевого соединения и для запрессовки во время склейки.
   Склеивание – один из широко применяемых способов получения неразъёмных соединений.
   Применение склейки повышает процент использования высококачественной древесины и уменьшает отходы, т.к. увеличивается возможность использования малоразмерных реек и планок, из которых путём склейки изготавливают длинные, больших сечений детали.
   Склейкой в комбинации с гнутьём можно получить весьма сложные конструкции криволинейных контуров, отличающиеся высокой прочностью.
   Склеенные детали меньше коробятся, чем детали изготовленные из целой древесины.
   Склейкой достигается очень прочное соединение отдельных деталей и целых конструкций, отличающихся меньшим весом, чем такие же конструкции на болтах, шурупах и гвоздях [ по данным работ [3] ].
   В клеевых соединениях более равномерно распределены напряжения, исключены отверстия под болты и заклёпки, ослабляющие скрепляемые элементы.
   Важным достоинством соединений на основе синтетических клеёв является их атмосферостойкость, способность противостоять коррозии и гниению.
   В ряде случаев клеевые соединения обеспечивают герметичность конструкций.
   Основным недостатком клеевых соединений является их относительно невысокая прочность при неравномерном отрыве а также необходимость применения специальных методов контроля качества клеевого шва. Как было сказано выше, сейчас практически утеряны расчётные данные по клеям, плюс химической промышленностью разработано много новых клеёв не проходивших испытания для применения в авиапромышленности, но имеющих выдающиеся характеристики по своим физико-механическим и эксплуатационным свойствам.

Общие принципы выбора и применения клеящего материала

   Современные клеи в большинстве случаев представляют собой композиции на основе полимерных материалов.
  Выбор клея для соединения материалов в изделии определяется многими условиями. Универсального клея, способного склеивать любые поверхности, нет. Однако имеется множество самых разнообразных по свойствам клеёв, из которых нужно выбрать наиболее пригодные.
  Одним из первых и, по-видимому, наиболее важным фактором, определяющим выбор клея, является характер и величина напряжения, которое должно выдерживать соединение при эксплуатации.
  Следует иметь в виду, что прочность склеивания зависит не только от применяемого клея, но и от конструкции соединения, технологии склеивания, состояния склеиваемых поверхностей и многих других факторов.Клеевые соединения древесных материалов должны иметь прочность, близкую к прочности склеиваемых материалов.
  Прочностные характеристики клеевых соединений должны соответствовать условиям эксплуатации соединения. Основным показателем эксплуатационных свойств клеёв является их клеящая способность и долговечность.
  Таким образом, авиационные клеи должны удовлетворять следующим требованиям:
1. Авиационный клей должен давать клеевой шов прочностью не ниже прочности древесины на скалывание;
2. Клеевой шов должен отличаться высокой водостойкостью, грибостойкостью, бензо- и маслостойкостью и вибростойкостью;
3. Клей должен легко приготовляться и легко контролироваться до его употребления в производстве;
4. Клеевые компоненты должны легко транспортироваться и сохраняться;
5. Технология применения клеёв должна быть простой и удобной как в производстве, так и при ремонте.

Обзор клеeв и склеиваемых материалов

Характеристики клеёв системы «Дерево – Дерево»
Примечание:
* - данные по испытаниям 8 образцов
** - данные по испытаниям 20 образцов

По остальным клеям количество образцов на которых проводились испытания неизвестно.

Постановка проблемы испытаний

   В связи с тем, что большинство клеёв для древесины создавались для применения в мебельной промышленности по ним нет данных как такие клеи поведут себя при эксплуатации в агрессивной среде атмосферы, как могут измениться их физико-механические свойства после воздействия на клеевой шов атмосферной влаги, смесей ГСМ и т.п. факторов.
  А также методики проведения испытаний клеевого шва в СССР и в Европе различны.
  Была поставлена задача на базе кафедры 903 «Авиационного материаловедения» Московского Авиационного Института (МАИ), под руководством доцента кафедры Вишневского Г.Е., провести сравнительные испытания ряда общедоступных клеев и сформулировать рекомендации по их применению в деревянном самолётостроении.

Методика испытаний, принятая в данной работе:

   Проанализировав используемые методики, проводимых в СССР, России и Германии, испытаний было принято решение о проведении испытаний клеёв согласно норм авиапромышленности 1945 г. т.к.
- над этими требованиями работали такие институты как ЦАГИ и ВИАМ;
- клеи прошедшие испытания по данным нормам широко применялись в авиации на протяжении 50 лет;
- возможности лаборатории каф. 903 позволяли провести данные исследования.
  Определение клеящей способности смоляных клеёв проводится на образцах, изготовленных из склеенных брусков ясеня и сосны влажностью 7-12% и испытанных на скалывание методом сдвига.
  Направление волокон древесины параллельно плоскости склейки, направление годичных слоёв – под углом 45 – 90° к плоскости склейки.
  Поверхности брусков древесины, предназначенные для склейки тщательно строгаются и плотно сфуговываются друг с другом не ранее, чем за 2 часа до склеивания.
  Цинубление не допускается. Перед нанесением клея со склеиваемых поверхностей древесины удаляется древесная пыль, стружка и другие виды загрязнения.
  При склеивании температура материала и воздуха в помещении не должна выходить за пределы 18-25°С. Образцы изготавливаются из брусков после снятия с них пресса, но не ранее чем через 24 часа.
  Число образцов для каждой пробы должно быть не менее восьми.
  Испытываемый образец помещается в специальный прибор, а прибор с образцом устанавливается на испытательную машину.
  Скорость нагружения образца – 50 мм/мин.
  Восемь образцов испытываются в воздушно-сухом состоянии через 168 часов после склейки, а восемь других – после 24 часового вымачивания в воде.
  Вымачивание производится не ранее, чем через 168 часов после склейки.
  После вымачивания образцы сразу же помещаются в испытательную машину.

Далее>>

© 2005 СКБ "Вулкан-Авиа"