14.11.2023

Фото: ЦАГИ

Клеи – древнейший строительный и хозяйственный материал. Считается, что уже неандертальцы склеивали материалы с помощью древесной смолы. Признаки применения клеев были обнаружены в раскопках времен Древнего Египта. А производство клеящего вещества было запущено впервые в конце XVII века.

Клей универсален – он нужен и быту, и в промышленности. Многие из нас клеили в детстве модели самолетов, кораблей и машин, но интересно, что похожим образом клеящие вещества применяются и в настоящем машиностроении. Склеивание имеет ряд преимуществ перед другими способами крепления деталей, например позволяет скреплять разнородные материалы.  

Рассказываем о том, как с помощью клея собирали и собирают настоящие самолеты.
 

Применение клея в авиации началось практически с момента ее появления. Самым доступным материалом для создания первых самолетов было дерево, которое отлично склеивается. В самолетах начала 1930-х годов, когда авиастроение приобретает массовый характер, применялась сосна, фанера (по сути склеенные древесные листы) и казеиновый клей животного происхождения. Такие соединения не обладали водостойкостью, а также служили питательной средой для распространения микроорганизмов, поэтому через несколько месяцев работы под открытым небом самолеты приходили в негодность.  

Ко второй половине 1930-х годов возможности древесины в авиации исчерпались, и конструкторы находились в поиске новых материалов. Появившиеся в 1920-е годы алюминиевые сплавы оставались остродефицитными, и массовые машины 1930-х годов сохраняли цельнодеревянную или смешанную деревометаллическую конструкцию планера.

Ситуация улучшилась с разработкой дельта-древесины (пропитанных смолами и спрессованных древесных листов) и синтетического клея. Первые такие клеи − ВИАМ Б-3 и ВИАМ Ф-9 − были созданы Всесоюзным научно-исследовательским институтом авиационных материалов и нашли широкое применение в авиации 1940-50-х годов. В частности, клееными были такие массово выпускавшиеся в довоенное и военное время самолеты, как Р-5, И-15, И-16, Як-З, Як-7Б, ЛаГГ-1, ЛаГГ-3, Ла-5 и МиГ-1.

Клеевые технологии очень пригодились для повышения живучести Ил-2 – знаменитого штурмовика Великой Отечественной, самого массового самолета в истории. Металлический топливный бак этой машины часто пробивался пулями, и даже если самолет выживал, чинить такую пробоину было затруднительно. Тогда в том же ВИАМе в короткие сроки был разработан мягкий бак из слоев ткани и резины, проклеенных между собой. Специально для этого были созданы быстродействующие клеи, обеспечивавшие прочность сразу после контакта поверхностей. Такими мягкими баками, отверстия от пуль в которых затягивались резиной сами, были оборудованы тысячи самолетов Ил-2.

С развитием авиации на смену деревянным деталям пришли цельнометаллические конструкции, и для них были нужны новые, более совершенные клеящие составы. Первыми для соединения металлов в авиации стали применять фенолкаучуковые клеи, сочетавшие прочность и теплостойкость фенолформальдегидной смолы с эластичностью каучука. Благодаря этим качествам клеевые соединения могли выдерживать отслаивающие и ударные нагрузки.

Разработка фенолкаучуковых клеев вызвала появление новых технологий, например слоистых клееных конструкций, когда тонкие слои металла соединяются клеем. От монолитных металлических деталей слоистые отличаются повышенной усталостной прочностью и долговечностью. Еще одно новшество, ставшее возможным благодаря новым клеям, − сотовые конструкции, дающие существенную экономию веса при сохранении устойчивости и прочности.

Появление ракетно-космической техники потребовало значительно расширить возможности применения клеев, в том числе по температурным ограничениям. Если для авиации 1930-40-х годов пределами были температуры от -50 до +110 °С, то с появлением реактивных самолетов и ракет этот диапазон увеличился на сотни градусов.

Фото: ВИАМ

Сегодня клеевые соединения применяются в авиастроении наравне с традиционными методами сборки: клепкой, сваркой, пайкой и т.д. Сокращение доли механических соединений и замена их на клеевые не только снижает вес самолета, но и способствует уменьшению лобового сопротивления во время полета и, как следствие, помогает экономить топливо.

В сочетании с заклепками, винтами и другими типами сборки клеи обеспечивают более прочное соединение материалов. Клей полностью заполняет пространство механических креплений, соединяя детали и удерживая их в одном и том же положении независимо от окружающих условий. В отличие от металлических резьбовых соединений, которые концентрируют свое усилие в определенной точке, клей воздействует на гораздо большую площадь детали и, следовательно, оказывает большее сопротивление.

Сегодня все большее распространение в авиационной промышленности получают композитные материалы. Конструкции деталей из композитных материалов также армируются промышленными клеями, наносимыми на механические крепления для обеспечения максимальной адгезии.

Фото: НИИ полимеров

Современное авиастроение уже невозможно представить без использования клеев. В настоящее время клеи применяются практически во всех изделиях авиационной и ракетно-космической техники. Специально для авиации разработаны клеи с уникальными свойствами: электропроводящие, теплопроводные, вакуумно-плотные и т.д.

Весной этого года в НИИ полимеров им. В.А. Каргина (под управлением ОНПП «Технология» Госкорпорации Ростех) создан высокопрочный клей «Анатерм-118» для работы в экстремальных условиях, в том числе в открытом космосе. Материал предназначен для герметизации и фиксации деталей из металлов и сплавов. Клей может длительное время оставаться в исходном состоянии и очень быстро отверждаться в зазорах между металлическими поверхностями. Отличительной особенностью клея является его высокая конечная прочность.

Одной из последних разработок института стала серия акриловых клеев «Анатерм-222» и «Анатерм-223», обладающих высокой скоростью отверждения, высокой адгезией (способностью соединять разнородные материалы), ударопрочностью в отвержденном состоянии и возможностью склеивать даже замасленные поверхности.

Тиксотропный высоковязкий герметик «Анатерм-527» обладает «контролируемой» прочностью, а клей высокой прочности «Анатерм-53» отверждается двумя способами: анаэробно в узких зазорах металлических изделий при нарушении контакта с кислородом воздуха, а также под действием УФ-излучения на поверхности материала для устранения липкости клеевого шва.  

Материалы ультрафиолетового отверждения, разрабатываемые в институте под маркой «Квант», также обладают высокой скоростью отверждения. Они созданы в рамках импортозамещения и применяются в работе над авиационным остеклением. 

ОНПП «Технология» им. А.Г. Ромашина также выпускает термостойкие клеи для авиации и космоса. Например, клеевая пленка, которая имеет толщину всего от 1 до 3 мм, предназначена для склеивания металлических и неметаллических (в том числе композитных) поверхностей, работающих при температурах от -130 до +150 °С. А разработанный обнинским предприятием высокопрочный клей-герметик для ракетостроения выдерживает температуру до +300 °С и способен «подружить» разнородные материалы, например металл и керамику.