Новые конструкционные клеи для КА, работоспособные в диапазоне от криогенных до повышенных температур Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Решетневскуе чтения. 2014

УДК 678.686+678.643

НОВЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ КЛЕИ ДЛЯ КА, РАБОТОСПОСОБНЫЕ В ДИАПАЗОНЕ ОТ КРИОГЕННЫХ ДО ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР

А. И. Вялов, С. Н. Гладких, А. С. Шестаков, А. Э. Дворецкий

ОАО «Композит» Россия, 141070, Московская область, г. Королёв, ул. Пионерская, 4 E-mail: [email protected]

Представлены новые конструкционные клеи холодного отверждения с высокой механической прочностью и повышенной эластичностью. Клеи работоспособны в температурном интервале от -196 до плюс 200 °С и обеспечивают высокую прочность на сдвиг 17МПа клеевых соединений из алюминиевого сплава.

Ключевые слова: конструкционные клеи, наполнитель, эластичность, прочность при сдвиге, прочности при отрыве, газовыделение, противометеорная защита, топливный бак, температура.

NEW STRUCTURAL ADHESIVES FOR SPECECRAFT IS PERFORMANCE FROM CRYOGENIC TO ELEVATED TEMPERATURES

A. I. Vyalov, S. N. Gladkikh, A. S. Shestakov, A. E. Dvoretskii

Open Joint Stock Company «Kompozit» 4, Pionerskaya str., Korolev, Moscow Region, 141070, Russian Federation. E-mail: [email protected]

The paper presents new structural cold-setting adhesives with high mechanical strength and increased elasticity. The adhesives can operate in the temperature range of - 196 to + 200 °C, and they yield a high shear strength 17 MPa of the adhesive joint for aluminum alloys.

Keywords: structural adhesives, filler, elasticity, shear strength, tearing strength, outgassing, meteoroid shield, fuel tank, temperature.

Известно широкое применение клеев К-400, Крио-сил, ВК-9, ЭПК-1 с наполнителем гексагональным нитридом бора (ГНБ) [1] в изделиях РКТ в узлах, работоспособных в диапазоне от криогенных до повышенных температур (150.. .200 °С).

Из результатов испытаний клеевых соединений на этих клеях, приготовленных с ГНБ разных марок и производителей (табл. 1), видно значительное влияние марки ГНБ на прочности клеевых соединений в широком температурном интервале. Установлено, что исследованные клеи с наполнителем ГНБ марки «С» при температуре минус 196 °С обеспечивают са-

мые высокие прочности соединений алюминиевого сплава на сдвиг и отрыв, а также достаточно высокие прочности склеивания при повышенных температурах (150.200 °С).

Новые конструкционные клеи ЦМК-3, ЦМК-12, отличающиеся от ВК-9 повышенной адгезионной прочностью и эластичностью, результаты испытаний которых представлены в табл. 2, с нитридом бора марки «С» при температуре минус 196 °С также обеспечивают высокие прочности на сдвиг (11,0-12,0 МПа) соединений из АМг6.

Марка клея Шифр ГНБ тсдв, МПа, при °С ботр., МПа, при, °С

20 100 200 -196 20 200 -196

Криосил ЗАК 10,7 2,3 2,2 5,7 29,6 1,2 44,4

«С» 12,5 2,2 1,7 11,5 31,0 1,8 70,3

РОЗ 10,4 2,5 1,6 8,1 31,1 1,9 47,6

ЭПК-1 ЗАК 14,5 4,0 2,0 6,9 29,1 2,59 69,2

«С» 13,5 4,3 1,6 6,7 34,8 1,8 70,0

РОЗ 12,4 2,7 1,6 4,9 26,1 3,83 83,8

ВК-9 с 10 масс.ч. ГНБ ЗАК 13,4 4,3 2,3 9,7 46,4 - 46,8

«С» 14,4 4,7 2,6 12,0 32,3 - 49,6

РОЗ 16,3 4,9 2,1 10,9 36,3 - -

Таблица 1

Прочности на сдвиг, отрыв соединений АМг6 с клеями Криосил, ВК-9, ЭПК-1 с разными ГНБ при температурах от минус 196 до 200 °С

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

Таблица 2

Прочности соединений на клеях ЦМК-3, ЦМК-12 с разными наполнителями

Марка клея Склеиваемые материалы Наполнитель, мас. ч. тсдв, МПа, при °С

+20 +150 -196

ЦМК-3 АМг-6 + АМг-6 Асбест - 25 15,8 2,8-3,0 9,1-9,5

Асбест - 30 14,4 2,2-3,0 -

Нитрид бора -15 16,5 2,1 11,1

АМг-6 + УП Нитрид бора - 25 14,1 1,7-2,0 11,0-12,0

ЦМК-12 АМг-6 + АМг-6 Асбест - 20 16,7 1,9-2,3 -

Нитрид бора - 25 16,4 1,8-2,5 11,1-12,2

АМг-6+УП Асбест - 30 - 2,2-2,3 -

Нитрид бора - 25 14,4 2,8 10,5-11,8

Таблица 3

Прочности соединений на сдвиг на клеях ЦМК-3-1, ЦМК-14, ЦМК-14С

Марка клея Склеиваемые материалы Наполнитель , мас. ч. Прочность, МПа, при температуре, °С

+20 +150 -196

ЦМК-3-1 АМг-6 + АМг-6 Асбест - 30 16,4 3,3 8,7-9,0

Асбест - 50 16,6 3,2-3,8 9,3

Диасил - 40 15,0 2,5-2,6 -

ГНБ - 30 13,4 4,2 12,4-12,7

TiO2 - 35 12,2 3,2-4,3 -

TiO2 - 100 14,3 3,9-4,5 -

АМг-6 + УП Асбест - 30 - 0,1-3,2 -

Асбест - 50 - 2,8-3,2 -

ГНБ - 30 - 3,0 11,0-12,0

ЦМК-14 АМг-6 + АМг-6 Асбест - 25 14,0 3,2-3,7 -

TiO2 - 60 15,6 3,4-3,6 -

ЦМК-14С АМг-6 + АМг-6 ГНБ-2,5 15,0 3,8 13,3-13,8

Нерж.Ст. +АМг6 ГНБ-2,5 15,3 3,7 -

Нерж.Ст.+Нерж.ст ГНБ-2,5 17,2 3,7 17,2

Топливный бак (1) с приклеенными опорами-вкладышами ПС-1-100 (2) на клее ЦМК-12 (3), зафиксированными при помощи армированного скотча (4)

Так как у клея ЦМК-12 более высокое относительное удлинение при разрыве - 8-10 %, чем у ЦМК-3 (5 %), и еще выше, чем у клея ВК-9, на клее ЦМК-12 были приклеены пенопластовые опоры-вкладыши на сферические топливные баки КА «Фобос-грунт» для крепления экранов противометеорной защиты. Снимки подтверждают (см. рисунок), что опоры на топливных баках фиксировались на время приклеивания с помощью армированного скотча, так как для склеивания на клее ЦМК-12 требуется невысокое давление.

Соединения на клее ЦМК-12 выдержали испытания на воздействия:

- вибрации, имитирующей транспортировку и этап выведения;

- кратковременных циклических нагружений;

- внутреннего давления в баке.

Разработаны термостойкие клеи ЦМК-3-1, ЦМК-14, ЦМК-14С с повышенной прочностью соединений при 150 °С (табл. 3). Клей ЦМК-3-1 имеет минимальные показатели газовыделения по ГОСТ 50109-92: ПМР <1,0 %, ЛКВ < 0,1 %, клей ЦМК-14С имеет повышенную эластичность - относительное удлинение 5,2-6,1 %.

На клее ЦМК-14 соединение макета адаптивной системы (с имитатором малого КА весом 10, 30 и 41,2 кг) с имитатором средства выведения выдержало нагрузки, имитирующие воздействия на КА при транспортировке, подготовке на технической и стартовой позициях, в полете (на участке выведения и орбите функционирования).

Проведенные испытания показали, что клеи ЦМК-3, ЦМК-12, ЦМК-3-1, ЦМК-14С не вызывают коррозию алюминиевых, титановых сплавов, сталей, сохраняют высокие адгезионные характеристики после имитации хранения в течение 25 лет. На клеи разработаны ТУ.

По запросу ОАО «РКК «Энергия» разработаны и испытаны термостойкие клеи ЦМК-15, ЦМК-22 холодного отверждения с целью возможности замены существующих клеев К-300-61, К-400, превосходящие последние по прочностям склеивания при температурах от 20 до 300 °С.

© Вялов А. И., Гладких С. Н., Шестаков А. С., Дворецкий А. Э., 2014