Новости партнеров


GEO приглашает

Летний фестиваль комедий «Итальянские истории» — продолжается в новом сезоне. Откроется он премьерой комедийного блокбастера — «Захочу и соскочу. Мастер-класс» Сиднея Сибилии с Эдоардо Лео и Гретой Скарано в главных ролях


GEO рекомендует

Чайник VITEK VT-7051 прозрачный, как вода, поэтому будет гармонично смотреться на любой кухне. Дополнительное преимущество модели — сертифицированный английский контроллер Strix. Благодаря ему чайник проходит не менее 3 000 циклов закипания и может прослужить в пять раз дольше обычного


Новости партнеров

Искусство склеивания

текст: Тобиас Цик

Райнер Йост понимает скептиков. Он сам долгое время был в числе тех, у кого слово «клей» ассоциируется с отваливающимися крючками для полотенец в ванной, пустых тюбиках из-под клея и разбитых и снова склеенных чашках, которые при мытье разваливаются на куски. «Склеенное – это временное», – по сей день убеждены многие.

Но не Райнер Йост. Он возглавляет группу специалистов по клеящим материалам в отделе комплектующих немецкого концерна «Даймлер». «Без клея мы не могли бы делать такие легкие, прочные и надежные автомобили», – говорит он. Его превращение из скептика в энтузиаста клея началось в середине 1990­-х, когда концерн готовил к выводу на рынок новую компактную модель автомобиля. Небольшая машина должна была стать удобнее, легче и экономичнее предшественников, не уступая им при этом в надежности.

Когда Йост с коллегами экспериментировал с алюминием и магнием, с обтекаемым кузовом и новой коробкой передач, к ним зашел представитель одного химического концерна и показал склеенные внахлест металлические листы – опытные образцы. «В то, что мы увидели, было трудно поверить», – вспоминает Йост. Инженеры растягивали листы и подвергали их многотонным нагрузкам: тянули, дергали, отдирали. Результат был поразителен: металл ломался, а склеенный шов выдерживал.

Коллеги из авиапромышленности рассказали Йосту о самолетах, которые по тридцать лет летали без единого происшествия – со склеенными крыльями и фюзеляжем. Мало-помалу воспоминания об отваливающихся крючках уходили в прошлое, уступая место новой эпохе в автомобилестроении.

Шайбы и накладки тормозных колодок клеят уже давно – так почему бы не делать то же самое с деталями кузова? Так после бесчисленных испытаний в продажу поступили первые «Мерседесы» А-класса.

Сегодня клей применяется и при производстве машин представительского класса. На заводе в городе Зиндельфинген робот проводит стальной рукой по металлу – без единой искры. По краю стальной детали он аккуратно наносит красную пасту. Выводит петли, рисует завитки, оставляя свободные места – как кондитер, украшающий торт кремом. Эта паста – ударостойкий клей, обязательный компонент современных автомобилей класса «люкс».

Длина склеенных швов, соединяющих детали кузова одного «Мерседеса», превышает 180 метров. Сварка применяется все реже и реже: иногда детали приходится приваривать, например, в ожидании, пока не затвердеет клей. Преимущества клея неоспоримы.

Благодаря равномерному распределению нагрузки по всей поверхности склеенный кузов заметно прочнее сварного. Этот эффект еще в 1960х годах использовался в бывшей ГДР – крылья, двери и крыша автомобиля «Трабант» были склеены.

В 1963 году американские инженеры установили, что если переднее и заднее стекла приклеить к кузову, то они будут действовать, как стенка платяного шкафа. Сконструированные таким образом автомобили были на треть прочнее тех, у которых стекла закреплялись только с помощью резиновой прокладки. Современные склеенные кузова показывают гораздо более лучшие результаты в краш-тестах, чем сварные. К тому же склеивание приглушает колебания и поглощает шум; в отличие от болтов и сварочных аппаратов, клей не портит металл. Наконец, клей является хорошим электроизолятором, предотвращающим коррозию.

Незаметно для широкой публики в промышленности наступила новая эра. При производстве вагонов, кораблей, самолетов, ветрогенераторов, микрочипов склеивание применяется сегодня чаще, чем сварка, припайка или клепка.

А ведь склеивание – очень древняя идея. Еще в эпоху неолита люди использовали силу прилипания поверхностей одинаковых и различных материалов. С помощью березовой смолы и пчелиного воска древние охотники закрепляли на древках топорища и наконечники копий. Шумеры варили клей из звериных шкур; из гробницы Тутанхамона в 1920-х годах археологи извлекли плитку сухого клея, который почти не отличался от того, что был в ходу во времена самих раскопок. Древние римляне делали строительный раствор более вязким, стойким и морозоустойчивым, примешивая к нему бычью кровь, мочу или молочный белок казеин. Такая смесь использовалась для строительства ворот Порта Нигры в Трире – самого большого античного памятника Германии. Еще в начале двадцатого века ею скрепляли деревянные каркасы первых самолетов, а сегодня приклеивают этикетки на стеклянные бутылки.

«В самих клеящих веществах изменилось немногое», – объясняет Вальтер Брокманн, один из ведущих немецких исследователей клея. Научный прорыв случился в  1930х годах, когда химики начали разрабатывать такие синтетические субстанции, как фенольная смола, а через десяток лет – эпоксидную смолу и полиуретаны.

Сегодня в мире продается около 25 000 видов клея. Многие из них изобретены на заводе «Хенкель» в пригороде Дюссельдорфа. Легкий запах мыла по-прежнему напоминает о том, чем когда-то прославилось предприятие. Но немногие знают, что фирма уже давно стала одним из крупнейших клеевых концернов мира.

«Хенкель» зарабатывает семь миллиардов евро в год на продаже продуктов из области «клеевых технологий» – это половина общей выручки. Ученые «Хенкеля» работают над клеями для микрочипов, пропускающих ток только в одном направлении; разрабатывают моментальные клеи для заживления повреждений на коже; трудятся над упаковками для готовых блюд из фольги, состоящей из четырех слоев различных материалов. Ее можно закрытой ставить в микроволновую печь и разогревать еду. При этом упаковка не лопается и не теряет цвет, а в пищу не попадают ядовитые вещества.

Другой отдел концерна занимается классическими видами клея для домашних умельцев. Руководитель исследовательской группы Торе Подола демонстрирует вязкую массу, которая моментально приклеивает кирпич к гладкой боковой поверхности. Кирпич не сползает, но несколько минут его еще можно поправлять вручную.

Так почему же отваливаются эти несчастные крючки для полотенец в ванной? «Все просто! – объясняет Торе Подола. – В них часто используется двусторонняя клейкая лента, в которой содержатся пластические компоненты. То есть клей не затвердевает, а при повышении температуры «ползет». Из-за этого крючок и отваливается. «С двухкомпонентным клеем таких проблем не будет. Но если вы захотите снять крючок со стены, вы оторвете и кафельную плитку», – говорит ученый.

Сегодняшним клеевым бумом мы обязаны авиационной промышленности. В 1930е годы инженеры собирали самолеты из множества деревянных деталей, которые сначала склеивали смесью из мочевины и формальдегида, а позднее синтетическими фенольными смолами. Вскоре выяснилось, что эти смолы могут скреплять и металл. И первые европейские производители стали заменять заклепку за заклепкой клеем. Смелее всех оказались конструкторы фирмы «Фоккер»: в 1955 году взлетел первый двухмоторный пассажирский самолет, алюминиевый фюзеляж и крылья которого на две трети были склеены.

Именно самолетостроение сделало важнейший прорыв в истории клея. Выяснилось, что в некоторых из первых аэробусов A300 в тех склеенных местах, на которые приходилась наибольшая нагрузка, металл подвергся коррозии. В поисках причин этого было детально изучено старение клеевых соединений: до этого инженеры и авиаконструкторы опирались исключительно на собственный опыт.

Гельмут Шефер занялся этими исследованиями в 1980х годах. До недавнего времени он возглавлял отдел техники склеивания и изучения поверхностей в Фраунхофском институте технологии производства и прикладных исследований материалов (IFAM), крупнейшем в Европе исследовательском институте такого рода. Ученые разрабатывают наноклеи, которые «включаются» и «выключаются» с помощью высокочастотных электрических полей. Их цель – сделать действие клеящих соединений предсказуемым.Амбициозные замыслы: в отличие от металлов, где атомы выстраиваются в строгом порядке, в клеях царит неразбериха длинных молекулярных цепей. Из-за этого сложнее сформулировать универсальные законы действия клея на различные материалы.

Другой вызов: даже лучший клей почти бессилен, если конструкция деталей не предназначена для склеивания или поверхность недостаточно подготовлена. Внешний слой материала нередко состоит из иного вещества, чем изначально предполагалось. «Обычно вы наклеиваете не на сам металл, – объясняет Шефер, – а на различные адсорбаты. То есть на грязь».

Но если учитывать специфику поверхности, можно совершать чудеса. Исследователи IFAM разработали метод, который позволяет автопроизводителям склеивать листы металла, не удаляя масло, нанесенное для защиты от коррозии. Секрет в том, что молекулы масла сохраняются в специальном клее при затвердении. А ведь клеить на промасленных металлах недавно казалось невозможным.

Вместе с инженерами, физиками и химиками в IFAM уже давно работают биологи. Ведь на пути в будущее ученым приходится ориентироваться на природу, в распоряжении которой опыт миллионов лет.

В офисе Инго Грунвальда стоит маленький аквариум с мидиями, которых он привез из Дании. Ученый следит за тем, как один из моллюсков путешествует по гладкой стеклянной стенке. Липкими нитями – «биссусами» – эти животные «приклеиваются» к разным поверхностям: к скалам, молам и стенкам судов. Во время лабораторных экспериментов они цепляются даже за тефлон, который используется как антипригарное покрытие.

Вместе с учеными из других институтов исследователи IFAM пытаются имитировать эти сцепляющие механизмы, чтобы использовать их в медицине. Например, там, где швы разрывают мягкие ткани, они используют клеи, которые основаны на фибрине – субстанции организма, способствующей сворачиванию крови. Поскольку такой клей добывается из кровяной плазмы и должен быть стерилен, его изготовление дорого, а сила сцепления мала. В то же время чистый цианакрилат, являющийся основой распространенных моментальных клеев, заживляет и человеческие раны. Но разлагаясь, он может выделять яд, и поэтому врачи вынуждены использовать его только для лечения внешних повреждений. Им бы как нельзя кстати пришелся тканевый клей, сделанный по образцу биссусов мидий. С его помощью можно было бы склеивать сломанные кости и приклеивать зубные имплантаты к деснам. Даже сердечный клапан, возможно, когда-нибудь удастся склеивать, а не сшивать с таким чувствительным органом, как сердце.

Не важно, когда именно утвердятся в медицине имитаторы мидий – эпоха клея уже наступила. Автостроители не исключают, что однажды смогут склеивать готовые части кузова, покрытые лаком, а потом «одним нажатием» снова разбирать их. Благодаря этому при ремонте можно было бы менять отдельные детали, а отслужившие свое машины можно было бы легко утилизировать. Когда это станет реальностью? Ученые не спешат с прогнозами, ведь пока не решена щекотливая проблема: ничто не должно отклеиваться в самый неподходящий момент. Просто представьте: из-за случайного нажатия не той кнопки машина разваливается на полном ходу посреди автобана. После одного такого инцидента вся агитация в пользу клея пошла бы насмарку.

05.05.2011
Связанные по тегам статьи: