книги из ГПНТБ / Попов, В. М. Теплообмен через соединения на клеях

кривые опорных поверхностей, с -помощью которых мо­ жет быть вычислен объем VM или эквивалентная тол­

щина среды |&в межвыступного пространства [Л. 11]. Поскольку предлагаемые выше способы определения

эквивалентной толщины среды бв межвыступного про­ странства связаны с необходимостью получения и обра­ ботки профилограмм, что сопряжено с некоторыми труд­ ностями при их реализации, то определенный интерес для широкой инженерной практики представляет при­

ближенный метод расчета величины бв. Анализ большо­ го числа кривых опорных поверхностей показал, что в первом приближении эквивалентная толщина среды межвыступного пространства равняется половине высоты максимальных выступов микронеровностей, т. е.

лентной толщины среды бв по кривым опорных поверх­ ностей (рис. 4-12) и формулам (4-13), (4-14) для метал­ лических поверхностей с различным микрорельефам показали удовлетворительную сходимость результатов, начиная с 6-го и выше классов чистоты (рис. 4-13). Стандартное среднее квадратическое отклонение от усредняющей кривой для указанных классов чистоты не превышает 12%.

Таким образом, в практике инженерных расчетов для клеевых соединений с поверхностями, обработанны­ ми выше 6-го класса, вполне допустимо оценку эквива­ лентной толщины среды межвыступного пространства производить по упрощенной формуле (4-17).

Технология склеивания металлов допускает наличие

параметром. На рис. 4-14,а приведены снятые с образ­ цов профилограммы волнистых поверхностей с различ­ ной высотой Яв и длиной шага LB волн. На кривых опорной поверхности (рис. 4-14,6) показано сравнение волнистостей с профилями А п В, имеющими различные шаги LBl и /.„г и практически одинаковую высоту волны Я В1= Яв2, и волнистостей с профилями А и С, имеющими различные высоты волн Я В1 и # вз. Оценка кривых опор­ ной поверхности на одинаковом расстоянии от вершин

121

123

Результаты анализа волнограмм поверхностей раз­ личной чистоты обработки свидетельствуют о том, что отклонения в высоте волн не превышают 15—20% высо­ ты максимальной волны, поэтому в первом приближении вполне допустимо считать высоту всех волн в каждом направлении одинаковой.

Рис. 4-13. Сравнение значений эквивалентной тол­ щины среды межвыступного пространства по­ верхностей образцов, вычисленных по профило­ граммам (1-11 на рис. 4-12) и формулам (4-17), (4-13).

Цифры у расчетных точек соответствуют позициям и данным образцов рис. 4-12.

А

*8

б)

а)

Рис. 4-14. Влияние формы волнистости на кривую опорной по­ верхности.

126

а также данные работ [Л. 97] и автора монографии сви­ детельствуют о том, что при наличии волнистости на фрезерованных, строганых и точеных поверхностях зна­ чение эквивалентной толщины среды может быть выра­ жено следующим образом:

а для поверхностей, предварительно шлифованных и подвергнутых в дальнейшем пескоили дробеструйной обработке,

впадины макронеровностей, целесообразно проводить конкретно для каждого частного случая с помощью со­ временных измерительных инструментов. В то же время, как показали специально проведенные исследования,за-

127

висимость эквивалентной толщины среды от максималь­ ной высоты неровностей с достаточной для инженерных расчетов точностью аппроксимируется уравнением вида

с эквивалентным объемом адгезива, находящегося меж­ ду поверхностями субстратов и заполняющего впадины неровностей, т. е.

где 8П— толщина адгезива между вершинами максималь­ ных неровностей поверхностей; 8В1, 8В2 — эквивалентная

толщина адгезива в межвыступном пространстве склеи­ ваемых поверхностей 1 и 2.

Такое представление вполне допустимо, так как плот­ ность теплового потока в различных сечениях по норма­ ли к поверхностям практически постоянна. Поскольку перенос тепла через прослойку адгезива осуществляется

получаем приближенные расчетные формулы термиче­ ского сопротивления клеевых соединений:

128

для шлифованных, опескоструенных волнистых поверх­ ностей

. Для проведения проверочных расчетов определение

входящей в (4-23) толщины 6В следует осуществлять по кривым опорных поверхностей или с помощью выраже­ ния (4-13).

Поскольку приведенные выше расчетные зависимости (4-24) —(4-27) выведены на основе целого ряда допуще­ ний, то необходима опытная проверка указанных зави­ симостей [Л. 100].

Таблица 4-4

Геометрические характеристики склеиваемых поверхностей исследуемых образцов

*Номера образцоз 1—4, 7 соответствуют нумерации позиций рис. 4-12.

Сэтой целью исследовались образцы, основные ха­ рактеристики которых приведены в табл. 4-4. В качестве адгезива применялся маловязкий клей ВК-1. Толщина прослойки выдерживалась в пределах 0,08; 0,12; 0,16; 0,27 и 0,35 мм. В процессе формирования клеевого шва

и исследований термического сопротивления поддержи­ валась температура 368 К и давление 2 - 105 Па. В целях сведения до минимума влияния ориентационного эффек­ та структурных элементов полимера в клеевой прослойке

(4-27). При этом следует иметь в виду, что примене­ ние указанных формул визвестной мере зависит от верхне­

го предела_отношения бв/бп. Очевидно, что с увеличением

отношения бв/бп снижается точность при вычислении со­ противления R по этим формулам. Однако проведенная

оценка влияния отношения бв/бп на точность определе­ ния сопротивления R указывает на возможность исполь­ зования формул (4-24) — (4-27) для инженерных расче­

тов. Так, даже при максимальном значении 6в/бп«1/2

130

(кривая 2) расхождение между опытным и расчетным значением R не превышает 2,6%. В то же время согласно

технологическим требованиям [Л. 2] отношение 6в/бп обычно не превышает 1/ 10—1/8.

Несколько в другом плане представляется механизм формирования термического, сопротивления прослойки на основе высоковязких клеев. Есть все основания пола­ гать, что если маловязкие клеи в процессе формирова­ ния прослойки почти полностью заполняют впадины неровностей, то клеи с высокой вязкостью в ряде случа­ ев такой способностью не обладают. Об этом в частности

к современным представлениям о процессах, протекаю­ щих на границе раздела полимер — субстрат. Известно, что по способности смачивания твердые тела разделяют на тела с высокой и низкой поверхностной энергией. Те­ ла с высокой поверхностной энергией смачиваются пол­ ностью химически чистыми жидкостями, чего нельзя ска­ зать о телах с низкой поверхностной энергией. К первым относятся, в частности, металлы, ко вторым — смолы и полимеры.

В процессе смачивания поверхности субстрата конфи­ гурация полимерных макромолекул претерпевает су­ щественные изменения. Так, макромолекулы глобуляр­ ного строения должны разворачиваться, молекулы же фибриллярной формы не смогут заполнить всю поверх­ ность, если их конфигурация не обеспечит плотной упа­ ковки в поверхностном слое. Активное взаимодействие поверхности субстрата с адгезивом протекает в первую очередь на вершинах микронеровностей, т. к. размеры макромолекул в ряде случаев могут превосходить разме­ ры впадин неровностей. Молекулярное взаимодействие на границе раздела адгезив— впадина неровностей по­ верхности субстрата ограничивается не только соотноше­ нием размеров макромолекул и впадин, но и наличием адсорбированных на поверхности частиц жира и воды, по­ вышенной вязкостью адгезива, сопротивлением газовой среды во впадине.

Остановимся на вопросе адгезии между полимерами н металлическими поверхностями. Термодинамическая

работа адгезии Wa на единицу площади, f. е. работа, за­ траченная на преодоление сил сцепления двух поверх­

поверхности субстрата согласно формуле (4-16) в© раз больше площади геометрической поверхности, очевидно, что и работа адгезии для реальных металлических по­ верхностей в со раз превосходит вычисленную по формуле (4-30). Но чем больше краевой угол [см. формулу (4-29)], тем менее вероятным представляется растекание адгези­ ва по поверхности субстрата с полным заполнением впадин неровностей и пор в поверхностной окисной плен­ ке. Отсюда возрастает вероятность консервации газовых (воздушных) включений во впадинах неровностей и порах пленки (рис. 4-17). Представляя различные впади­ ны неровностей и пор на поверхности субстрата в виде

132