The new science of strong materials

Рис
41.
Клеевое соединение внахлестку
;
внизу показано распре
-
деление напряжений вдоль соединения
.
Максимальное напряжение
-
в точках А и
B.
Итак
,
казеин в твердой хрупкой форме передает нагрузку в лучшем гуковском стиле
.
Когда напряжения на концах
склейки достигают прочности сухого казеина
,
в соединении появляются трещины со своими собственными местными
концентрациями напряжений
,
в конце концов трещина проскакивает через середину клеевого соединения примерно так
,
как это было бы в стекле
.
Влажный казеин очень похож на мягкий сыр
,
и его поведение не имеет ничего общего с гуковским
.
В результате в
местах концентрации напряжений
,
у концов склепки он интенсивно течет
,
передавая часть нагрузки на центральную
часть клеевого шва
.
Поэтому подобные казеину клеи снимают некоторые проблемы
,
в частности прочность склейки в
сухом и влажном состояниях почти одна и та же
.
Это
,
конечно
,
превосходная характеристика и одна из причин
популярности казеина
.
Если бы мир был стерильным
,
казеин был бы практически идеальным клеем
.
К сожалению
,
казеин представляет собой
,
как мы уже говорили
,
смесь сыра и извести и
c
течением времени портится так же
,
как и сыр
.

---

VIVOS VOCO: 
Дж
. 
Гордон
, «
Почему
мы
не
проваливаемся
сквозь
пол
» - 
Часть
2
http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/TECHNICS/GORDON.1/PART02.HTM
Его последние часы напоминают заключительный этап жизни камамбера
:
казеин превращается в жидкость с дурным
запахом и выползает из соединений
,
оставляя после себя лишь грязные пятна
.
Интересно
,
что добавка фунгицидов в клей
не улучшает его
.
Все это заставило предпринять значительные усилия
(
на них ушли годы
),
чтобы разработать синтетические
смолоподобные клеи
,
основанные на полимерных веществах
.
Пожалуй
,
лучшим и наиболее долговечным решением было
использование в те годы фенол
-
формальдегидной смолы
,
или бакелита
.
В исходном состоянии бакелит представляет
собой либо жидкость
,
напоминающую по виду патоку
,
либо сухой порошок
.
Под действием тепла и давления порошок
становится жидкостью
,
которая со временем затвердевает
,
если действие тепла и давления продолжается
.
Получившееся
твердое нерастворимое вещество практически не подвержено гниению
.
Фенол
-
формальдегид стал основой целой серии
действительно великолепных клеев
.
Правда
,
использовать их можно лишь тогда
,
когда допустима тепловая обработка
при температуре около
150° 
С
.
Важно также
,
чтобы при склейке не было заметного зазора в соединении
.
Поэтому
операция склейки на практике должна выполняться на гидравлических прессах с подогревом
.
Такая склейка оказалась
очень удобной только в производстве фанеры
,
где она имела огромный успех
.
Фенол
-
формальдегидные клеи позволили получать хорошую водостойкую фанеру
.
Но проблема клеевых соединений в
самолетах и на судах оставалась нерешенной
,
потому что на практике оказывается трудным аккуратно нагревать стыки в
больших конструкциях
.
Вообще говоря
,
фенол
-
формальдегидные смолы могут твердеть и без нагрева
,
но для этого в них
следует добавить большие количества химических катализаторов
,
способствующих твердению
.
Такими катализаторами
служат сильные кислоты
,
которые разрушают древесину да еще и оказываются токсичными
.
Первые синтетические клеи для сборки деревянных конструкций были основаны на карбамидной смоле
,
которая может
твердеть со значительно более слабыми катализаторами
.
Эти первые клеи были довольно хорошими
,
но
,
надо сказать
,
таили в себе некоторые опасности для конструкций
.
Для предварительно хорошо пригнанного шва тонкая клеевая
прослойка была достаточно надежной
.
Но когда соединение было подготовлено плохо
,
так что слой клея был толстым
,
усадка и внутренние напряжения
,
сопровождающие его твердение
,
разрушали склейку
.
Поскольку проверить качество
подгонки шва после сборки и склепки невозможно
,
клеевые соединения были потенциальной причиной катастроф
.
Другое неудобство состояло в том
,
что время твердения клея после добавки катализатора
,
а следовательно
,
и время
,
в
течение которого с таким клеем можно было работать
,
ограничивалось несколькими минутами
.
Более того
,
о твердеющем
клее нельзя было сказать
,
сколько минут назад в него был добавлен отвердитель
.
Эти обстоятельства в сочетании с
известными человеческими недостатками часто приводили ко всякого рода ошибкам
.
Правда
,
впоследствии были
разработаны отвердители
,
которыми можно было
смазывать одну деталь
,
в то время как другая
смазывалась самим клеем
-
твердение и схватывание начиналось лишь после того
,
как поверхности прижимались одна к другой
.
Дальнейшим
шагом в сторону повышения надежности
(
учитывались все те же человеческие недостатки
)
была окраска клея и
отвердителя в разные характерные цвета
.
Положение дел с клеем к концу войны было
,
таким образом
,
следующим
.
Прекрасная и чрезвычайно водостойкая фанера
стала универсальным материалом
.
В качестве сборочных клеев конкурировали казеин и карбамидная смола
.
Казеин был
исключительно прост в использовании и обладал прекрасной прочностью как в сухом
,
так и во влажном состояниях
,
но в
то же время при первой же возможности он катастрофически разлагался
.
Карбамидный клей не подвержен разложению
,
но поначалу при клейке он требовал определенной сноровки
,
да к тому же случалось
,
что он ни с того ни с сего
рассыпался
.
С тех пор карбамидные клеи были значительно усовершенствованы
,
а два теперешних синтетических клея
,
резорцин
-
формальдегидная и эпоксидная смолы
,
будучи
,
правда довольно дорогими
,
обладают практически всеми
необходимыми достоинствами
.
Нужно лишь иметь в виду
,
что эпоксидная смола часто вызывает воспаление
Тогда необходимо сделать выбор из десятков современных клеев
,
то главными аргументами за и против обычно служат
легкость применения
,
долговечность и стоимость
.
Правильно сработанное соединение при использовании любого
хорошего клея бывает прочнее окружающей древесины
.
Как правило
,
разрушение происходит не по самому шву
,
и слой
клея оказывается покрытым тонким слоем древесины
.
Гвозди и шурупы не увеличивают прочности хорошего клеевого шва
,
но в процессе твердения всякий клей требует
,
чтобы склеиваемые поверхности были плотно прижаты одна к другой
,
а это проще всего достигается с помощью гвоздей
и шурупов
.
Ну
,
а коль уж гвоздь забит
,
нет особого смысла вытаскивать его после схватывания клеем
.
Более того
,
если
склейка по каким
-
либо причинам оказалась неудачной
,
механическое крепление будет полезной страховкой
.
В те
времена
,
когда был еще только казеин
,
в тропиках о некоторых самолетах говорили
,
что они собраны на гвоздях без
шляпок
.
В большинстве случаев это было
,
конечно
,
клеветой
,
но я сам несколько раз был свидетелем того
,
что это не так
уж далеко от истины
.
Лично я
,
когда речь идет о клеях
,
не постеснялся бы надеть и ремень
,
и подтяжки
.