Развитие и усовершенствование современной техники требуют создания новых полимерных материалов с улучшенными служебными характеристиками. Материалы, обладающие повышенными прочностными характеристиками и теплостойкостью, пониженными токсичностью и экологической опасностью, улучшенными технологическими параметрами, необходимы, в том числе для создания изделий авиационной техники. В ВИАМ создана широкая гамма клеев и материалов на их основе, отвечающих высоким требованиям авиационно-космической техники [1, 2].

Современные клеи являются многокомпонентными системами. Наполнитель является одним из основных компонентов клея, так как введение его в состав клеевой композиции оказывает существенное влияние на основные свойства клея и клеевых соединений, выполненных на его основе.

В состав клеев наполнители вводят с целью обеспечения необходимой вязкости, тиксотропных и антикоррозионных свойств, стойкости к атмосферному воздействию, с целью повышения когезионной прочности, электро- и теплопроводности, ударной прочности. Введение наполнителей влияет на внутренние напряжения в клеевых соединениях, как правило, снижая их, а также обеспечивает минимальную усадку отверждаемого клеевого шва [3, 4].

На комплекс свойств наполненных эластомеров влияют такие физические факторы, как форма (зернистая, пластинчатая или в виде измельченных волокон) и дисперсность частиц наполнителя, форма их поверхности (гладкая или пористая), условия и степень наполнения.

Дисперсность наполнителя характеризуется размером его частиц, их удельной поверхностью (суммарной поверхностью частиц, содержащихся в единице массы наполнителя) и удельным числом (числом частиц, приходящимся на единицу массы наполнителя).

По размерам частиц наполнители разделяются на изотропные, частицы которых имеют одинаковые размеры в трех направлениях, и  анизотропные – размеры их частиц различны в трех направлениях. Чем больше показатель удельной поверхности наполнителя, тем выше его дисперсность. Наполнители с высокой степенью дисперсности отличаются большей активностью. Как правило, с повышением степени дисперсности наполнителя возрастает его удельная активность (активность 1 м² поверхности наполнителя). Удельная активность наполнителя зависит от типа химических реакционноспособных групп на поверхности частиц наполнителя.

При выборе наполнителей, частицы которых имеют оптимальные размеры, необходимо учитывать их склонность к агломерации, возрастающей с ростом удельной поверхности наполнителя, и седиментации (осаждению) частиц, которая ускоряется с уменьшением удельной поверхности. Образование агломератов частиц наполнителя приводит к повышению вязкости клея. Также на вязкость клеевой композиции влияет форма частиц наполнителя [3, 4].

Наполнителями являются вещества неорганической или органической природы (твердые, жидкие или газообразные). Основными неорганическими наполнителями, применяемыми в клеевых составах, являются оксиды и соли металлов, мел, асбест, каолин и др. Важнейший органический наполнитель, применяемый в резиновых клеях, – технический углерод – высокодисперсный углеродный материал с формой частиц, близкой к шарообразной, который образуется при термическом или термоокислительном разложении углеводородов.

В табл. 1 представлены наполнители и свойства, которые они могут придавать полимерным материалам.

Таблица 1

Зависимость свойств полимерных материалов

от содержания в их составе различных наполнителей

                   * +, - – свойство присутствует или отсутствует.

В последнее время в России и за рубежом все больше внимания уделяется вопросам пожарной безопасности во время полета.

Интерьер современного пассажирского лайнера чрезвычайно насыщен разнообразными полимерными материалами декоративно-отделочного и конструкционного назначения. Поиск материалов интерьера, начатый в ВИАМ, велся в широком диапазоне: декоративные, обшивочные, обивочные, напольные, облицовочные и многие другие материалы, при этом весьма важной и сложной задачей являлась пожаробезопасность [4–9].

Среди наполнителей негорючесть клеевым соединениям придают гидроксид алюминия, гипс и триоксид сурьмы.

Для приклеивания декоративно-облицовочных материалов к агрегатам и аппаратам бытового оборудования пассажирских самолетов, вертолетов, а также к различным аппаратам и приборам, в ВИАМ разработан и широко применяется в промышленности клей марки ВК-11с, содержащий в качестве наполнителя-антипирена оксид сурьмы. В качестве облицовочных материалов рекомендуются: винилискожа различных марок (на основе стеклянной или хлопчатобумажной ткани), полихлорвиниловые пленочные материалы, эластичный пенопласт типа «поролон», различные декоративные хлопчатобумажные ткани, декоративно-бумажный слоистый пластик и т. п., которые могут приклеиваться к алюминиевым и магниевым сплавам, фанере, декоративным пластикам, стеклотекстолитам и органопластикам [4–7].

Клей ВК-11с обеспечивает прочность при отслаивании клеевых соединений на уровне 1,0 Н/мм. Жизнеспособность клея составляет 6–8 ч после совмещения компонентов. Клеевые соединения работоспособны в интервале температур от -60 до +80°С в различных климатических условиях, отвечают требованиям по горючести: продолжительность остаточного горения 3 с; по классификации относятся к классу «самозатухающих», что удовлетворяет требованиям АП-25 по пожаробезопасности.

Анализ современных разработок новых негорючих материалов, в том числе клеевых составов, показал, что обеспечение негорючести материалов и стойкости к тепловому излучению реализуется путем использования специальных добавок в составе клея, введением в состав антипиренов. Чаще всего композиции содержат наполнители, содержащие бром, триоксид сурьмы и т. д. [4–14].

В связи с необходимостью замены импортного дорогостоящего клея марки LA5102 фирмы «Clifton Adhesive», применяемого для соединения полиуретановых материалов фирмы «Uretek» (США), в ВИАМ разработана рецептура клея холодного отверждения, представляющего собой двухкомпонентный раствор, для склеивания тканепленочных материалов спасательных надувных трапов самолетов гражданской авиации. В результате проведенных исследований определены влияние содержания наполнителей на прочностные свойства клеевых соединений и соответствие требованиям АП-25 по пожаробезопасности. Исследованы основные свойства клея и свойства клеевых соединений тканепленочных материалов. Разработан состав клея холодного отверждения с оптимальным соотношением полимерной основы и наполнителей (фосфорсодержащего наполнителя в комбинации с оксидом сурьмы). В результате проведенных исследований установлено, что разработанный клей холодного отверждения обеспечивает прочность при расслаивании не менее 1,3 кН/м (при Т_исп=23±2°С через 24 ч после склеивания тканепленочных материалов для спасательных надувных трапов самолетов гражданской авиации) и превышает показатели импортного аналога – клея марки
LA5102 фирмы «Clifton Adhesive» (обеспечивает прочность на уровне 0,87 кН/м). Клеевые соединения работоспособны в интервале температур от -60 до +80°С, стойки к циклическому воздействию температур, воздействию гидролиза (+60°С при φ=98% – не менее 50 сут), отвечают требованиям по горючести: продолжительность остаточного горения 3 с; по классификации относятся к классу «самозатухающих», что удовлетворяет требованиям АП-25 по пожаробезопасности. В табл. 2 приведены прочностные свойства разработанного клея в сравнении с клеями аналогичного назначения.

Таблица 2

Сравнительные показатели прочности клеевых соединений тканепленочного материала на основе клеев холодного отверждения при Т_исп=23±2°С

В настоящее время нанодисперсные алмазосодержащие материалы применяются в ряде отраслей науки и техники. Они используются для повышения эксплуатационных характеристик износостойких гальванических металлических покрытий, как добавки к смазочным маслам в качестве модификаторов трения, в качестве основы полировочных паст для супертонкой полировки поверхностей, при производстве автодорожных покрышек для повышения их износостойкости [15, 16].

Изучается возможность применения наноалмазов в медицине и еще ряде областей, например, для использования наноразмерных алмазоуглеродных материалов в качестве наполнителей или добавок в составе клеев для повышения прочностных характеристик резинометаллических изделий. Анализ эффективности применения алмазоуглеродных наноматериалов в различных областях и их свойства позволяют ожидать, что предложенное направление может оказаться перспективным и при разработке новых составов клеевых материалов [4, 11, 13, 15–17].

В ВИАМ разработан клей, предназначенный для склеивания с металлами в процессе вулканизации резин на основе СКН, и подслой, повышающий адгезию клея к резинам на основе неполярных каучуков (СКИ, СКИ+СКД и др.) [10, 11, 18–20]. В составе подслоя наряду с техническим углеродом в качестве наполнителя исследован алмазоуглеродный наноразмерный наполнитель. Разработанная клеевая система горячего отверждения обеспечивает прочностные характеристики клеевых резинометаллических соединений на уровне характеристик системы «Сhemosil» фирмы «Lord Germany GmbH» (Германия) и превышает свойства отечественного аналога – клея ВКР-85 (табл. 3).

Таблица 3

Сравнительные свойства клеев горячего отверждения для резинометаллических соединений (подложка – сталь 30ХГСА)

Разработанная клеевая система (клей+подслой) работоспособна в интервале температур от -50 до +130°С на воздухе и в агрессивных средах. Клеевая композиция не содержит в своем составе дефицитных импортных, дорогостоящих материалов и разработана полностью на отечественном сырье.