КЛЕЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Полезная модель относится к области изготовления широкой гаммы изделий, в частности, деталей машин, строительных плит и блоков, в которых их составные части соединены посредством клея.
В настоящее время довольно широкое применение находят изделия, полученные склеиванием их составных частей (клееные изделия). Использование клеевых соединений при изготовлении изделий имеет ряд преимуществ: обеспечивается равномерное распределение напряжений по площади соединения; появляется возможность соединять детали из разнородных материалов и материалов, которые нельзя соединить другими способами, например, металл и стекло; клеевой слой способствует гашению вибрации и шума; клеевые соединения герметичны; при их получении отсутствуют температурные деформации; они, как правило, обладают коррозионной стойкостью; обеспечивают соединение деталей различной конфигурации и толщины.
Необходимо отметить, что одной из общих проблем клеевых соединений, ограничивающей область их использования, является разность свойств склеиваемых деталей и клеевого слоя. Особенно это характерно для клееных изделий, воспринимающих при эксплуатации значительные нагрузки. В данном случае клеевой слой является «слабым звеном», так как его способность выдерживать нагрузки, как правило, значительно ниже, чем склеенных им составных частей изделия. Это значительно ограничивает область применения таких соединений при изготовлении изделий.
Известен многослойный конструкционный клееный материал, состоящий, как минимум, из трех уложенных друг на друга и скрепленных клеем слоев материала, причем каждый из двух его наружных слоев выполнен из конструкционного материала, например, дерева или металла, а, по меньшей мере, один из внутренних слоев выполнен из жесткого пенополиуретана или из конструкционного композитного наполненного пенополиуретана, или трудногорючего пенополиуретана.
(см. патент РФ на полезную модель №31139, кл. E04C 2/00, 2003 г.).
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что это одно их типовых клеевых соединений, широко используемых для получения плоских изделий, например, строительных плит, утеплительных материалов и пр., которые в процессе эксплуатации не испытывают значительных нагрузок, что ограничивает область их использования.
Известна плита фальшпола, выполненная многоугольной формы и представляющая собой клееное многослойное изделие, состоящее из, по меньшей мере, трех слоев: верхнего рабочего слоя, опорного слоя и нижнего рабочего слоя, соединенных между собой клеем и облицованное по периметру кромочным материалом. Опорный слой плиты фальшпола выполнен однослойным из влагостойкой древесно-стружечной плиты, имеющей повышенные гидрофобные свойства. В качестве верхнего и нижнего слоев используется алюминиевая фольга, кашированная крафт-бумагой, которая представляет собой многослойный материал, где между несущим слоем (крафт-бумагой) и полированной алюминиевой фольгой помещен слой полиэтилена, который выполняет функции клея, соединяющего слои материала, а также улучшает паро- и гидроизоляционные характеристики изделия в целом.
(см. патент РФ на полезную модель №128644, кл. E04F 15/024, 2013 г.).
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что в нем, в отличие от приведенного выше, слой клея, соединяющего слои изделия, выполняет определенные дополнительные функции, для обеспечения которых необходимо регулировать толщину данного слоя. Однако за счет разности свойств материалов слоев и клея, в процессе эксплуатации изделия за счет приложения к нему нагрузок (учитывая назначение данного изделия - это статические вертикальные нагрузки), клеевой слой подвергается деформации, что отрицательно сказывается на свойствах изделия.
Известно клеевое соединение, состоящее из охватывавемой и охватывающей деталей, соединенных друг с другом клеевым слоем. В клеевом слое между охватывавемой и охватывающей деталями в месте их соединения помещена теплопроводная сетчатая основа, в качестве которой используют трикотажный шнур-чулок из металлических нитей, толщина которого в растянутом состоянии близка, но не больше толщины клеевого слоя между соединяемыми деталями. При формировании клеевого соединения основу надевают на охватываемую деталь с облеганием и, перед совмещением деталей, фиксируют ее край от сползания.
(см. патент РФ №2179268, кл. F16B 11/00, 2000 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного клеевого соединения необходимо отметить, что сетчатая структура теплопроводной основы позволяет равномерно распределять клей по площади склеивания, а также удерживать клей в ячейках от сдвига в случаях осесимметричных отклонений соединяемых деталей, что снижает вероятность непроклея.
Кроме того, данное соединение характеризуется повышенной прочностью при знакопеременных температурах, которая обеспечивается за счет того, что сетка разбивает сплошной клеевой слой на небольшие участки, что способствует уменьшению напряжений из-за разности коэффициентов линейного теплового расширения охватываемой и охватывающей деталей. При использовании сетчатой основы повышается электропроводность клеевого соединения за счет того, что петли металлических нитей в зазоре располагаются с возможностью контакта друг с другом и между охватываемой и охватывающей деталями, создавая электропроводные ”мостики”. Таким образом, использование размещенной в клеевом слое сетчатой основы повышает несущую способность клеевого слоя за счет его равномерного распределения между элементами и уменьшения напряжения при нагреве соединения. Однако использование сетчатой основы не позволяет обеспечить повышение несущей способности соединения в случае действия на него значительных нагрузок, как статических, так и динамических, что значительно сокращает его область применения.
Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка клеевого соединения, характеризующегося повышенной стойкостью к воздействию нагрузок.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в клеевом соединении, содержащем как минимум, два элемента, соединенных друг с другом клеевым слоем, новым является то, что между элементами в клеевом слое размещены проставки, помещенные в сепаратор, размещенный между элементами в клеевом слое, причем проставки могут быть выполнены в виде шариков, а сепаратор - сетки или проволоки с выполненными в ней ячейками.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен фрагмент клеевого соединения.
Клеевое соединение представляет собой как минимум, два элемента изделия 1 и 2, соединенные друг с другом клеевым слоем 3.
Элементы 1 и 2 могут быть выполнены в виде пластин, если изделие является плоским, в частности, плитой строительной или опорной конструкции. Элементы 1 и 2 могут иметь цилиндрическую или овальную форму, если изделию присуще соединение типа «вал-втулка». Конкретные материалы слоев и клеящего состава определяются исходя из конкретного назначения изделия. Такой выбор не представляет сложностей для специалистов.
Особенностью данного клеевого соединения является то, что между элементами 1 и 2 в клеевом слое 3 размещены проставки 4, выполненные, например, в виде шариков. Проставки 4 помещены в сепаратор 5, находящийся между элементами 1 и 2 в клеевом слое 3. Сепаратор 5 может быть выполнен различным известным образом, например, в виде сетки, перфорированного тонкого листа, в котором образованы ячейки под опорные элементы или из проволоки, образующей при ее укладке на элемент 1 или 2 при формировании соединения ячейки для размещения в них проставок. Размер ячеек сепаратора должен быть таким, чтобы проставки - опорные элементы размещались в них свободно, с небольшим зазором.
Проставки 4 являются воспринимающими нагрузку элементами. Проставки могут иметь различную форму, но наиболее целесообразно выполнять их, как уже было отмечено выше, в виде шариков, так как в данном случае не нужна операция ориентирования проставок при размещении их между элементами 1 и 2 в клеевом слое 3, что значительно упрощает процесс сборки соединения. Размер проставок 4 должен быть примерно равен толщине клеевого слоя. Это позволяет обеспечить постоянный контакт проставок с элементами 1 и 2 и, тем самым, обеспечить большую несущую способность соединения, особенно в том случае, если силы действуют перпендикулярно клеевому слою.
Наличие сепаратора обеспечивает равномерное распределение проставок в клеевом слое, что значительно улучшает несущую способность соединения за счет обеспечения постоянства характеристик по всему клеевому соединению, а также упрощает технологию изготовления соединения за счет упрощения операции равномерного распределения проставок по клеевому слою.
Необходимо отметить, и это весьма важно, что клеевое соединение может содержать и большее количество элементов 1 и 2, между которыми расположены слои клеевого состава, в которых в сепараторах размещены проставки.
Каждый слой такой конструкции может иметь собственные габариты и физико-механические характеристики, например модуль упругости, твердость, коэффициент Пуассона, параметры поверхностного слоя, коэффициент теплопроводности и т.д. Клеевой слой имеет свои характеристики по прочности на отрыв, сдвиг, кручение, пластичность и т.д. Твердость проставок сравнима с твердостью элементов 1 и 2. Количество проставок регламентирует общий объем клея между пластинами, что связано с прочностью соединения и передачей электросопротивления (или электропроводности), звуковых и вибрационных волн и рассчитывается по известным методикам. Это позволяет изготавливать изделия с заданными и распределенными по толщине свойствами.
Клеевое соединение показало свою эффективность в случае, когда на него действует большая нагрузка, разрушающая клеевое соединение. В этом случае, нагрузка передается с элемента 1 на элемент 2 через проставки 4, а клей обеспечивает неподвижность соединения.
Клеевое соединение изготавливают следующим образом:
- подготавливают поверхность элемента 1 (пусть это будет пластина) под нанесение клеевой композиции. С поверхности механически удаляются все включения, которые могут помешать хорошей адгезии с клеем. Поверхность обезжиривают;
- на пластину укладывают сепаратор, который фиксируется по всей поверхности нанесения клеевой композиции. Сепаратор повторяет радиус кривизны пластины. Так, например, в случае сборки цилиндрического соединения укладывается цилиндрический сепаратор. Сепаратор должен быть очищен от инородных включений и обезжирен;
- проставки (пусть они будут выполнены в виде шариков) очищают от инородных включений и обезжиривают;
- устанавливают проставки в сепаратор. В случае сборки сложных фасонных поверхностей, сепаратор может быть выполнен так, что проставки устанавливают в него предварительно. При этом, проставки зафиксированы в нем от выпадения. Технологически это не представляет сложностей;
- производят подготовку клеевой композиции для нанесения. Например, смешивают все компоненты, добиваясь однородной структуры;
- на пластину наносят клеевую композицию так, что она с излишком покрывает сепаратор вместе с проставками, образуя равномерный слой без воздушных пузырьков;
- подготавливают элемент 2 (его подготовка осуществляется аналогично подготовке элемента 1);
- производят монтаж соединения, укладывая элемент 2 так, чтобы обеспечить контакт между проставками и элементами 1 и 2 по всей площади соединения. Выдавленный клей удаляют;
- производят отверждение клеевой композиции в соответствии с технологией ее отверждения, в зависимости от химической основы клея.
По приведенной выше технологии было изготовлено изделие, состоящее из двух элементов 1 и 2, выполненных в виде плоских пластин, размерами 20×70 мм., толщиной 5 мм., из стали 45. В качестве проставок использовали шарики из подшипника с диаметром 2 мм. В качестве сепаратора использовали сетку. Элементы 1 и 2 соединяли внахлест с помощью эпоксидной композиции, состоящей из 100 объемных частей эпоксидной смолы ЭД-20 и 10 объемных частей отвердителя ПЭПА. Отверждение клеевого слоя проводили в течение 24 часов. Для проведения испытаний изделия к нему была приложена распределенная сжимающая нагрузка, направленная перпендикулярно клеевому слою. Соединение выдержало нагрузку в 1,5 раза большую, чем аналогичное соединение без проставок.