Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

22.10.2023

Размер:

10.76 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 312 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Таблица 1-2

Основные характеристики клеев на основе эпоксидных смол и параметры технологии склеивания

	Вязкость
Марка клея	по ВЗ-1
Марка клея	при Т =
	= 2 'ЗК, с

Рабочая темпера тура соединения, К

	Основные параметры технологии склеивания
Количество		Температура ерждения.от ,	К		Выдержкапод давлением, ч
слоев и	Давление	Температура ерждения.от ,	К	Открытая вы	Выдержкапод давлением, ч
расход	отвержде			Открытая вы
клея на	ния />-10~5,			держка
каждый	Г1а
слой, г/м2

Жизнеспо	Литератур
Жизнеспо	Вид соединения ный источ
собность	ник
клея

ВК-32-ЭМ	300—400	373	1/200—	0 ,5 — 1	423	15—20 мин при		3	6— 10
			—250			288—303 К			суток
К-153	6	373	1/150—	1 ,5 - 2	293;		—	18; 4	Не бо
			—200		373				лее	1 ч
БОВ-1	21—60	523	1/150—	0 ,1 —0,5	289	10— 15 мин		24	4—6 ч
			—200
ВК-1	0 ,5 —2	423	1/100—	0 ,3 —3	393—	1	ч при 353 К	3—5	72 ч
			— 150		—433
ВК-7	—	. 523	1/150—•	0 ,5 - 1	398—	24	ч при 293 К	12	2 мес
			— 160		—478 и 2 ч при 333
							К
ФЛ-4С	30—40	373	1/200—	0,5	428—		' — '	2	Не	ме
			■— 300		—433				нее	8 ч
КЛН-1	—	373	1/150—	0 ,5 —2	291 —	30 мин при		24	2 ч
			^ 2 5 , 0 .		—298		293 К

Клеевое,	клее	[Л.	1]
механическое
То	же	То	же
Клеевое		То	же
То	же	То	же

Клеевое, клее То же механическое

Клеевое, клее [Л. 7] сварное

То же

[Л. 1]

							Т а б л и ц а 1-3
Состав и условия отверждения некоторых эпоксидных клеев горячего отверждения							[Л, 8]
Марка клея	Состав	Части массы, %		Рабочая темпера-	Режим отверждения
				Рабочая темпера-			ность клея
				тура, К.	Температура, К	Время, ч	ность клея
					Температура, К	Время, ч
Д-2	Смола ЭД-6	100	Э	До 373	393	10	2—3 суток
	МА	2,28	Э
	ПКП	200—250
	Диметиланилин	0,5
Д-8	Смола ЭД-6	100		До 343	343	5—7	30—40 мин
	ПЭПА	10— 12
	ДБФ	10— 15
	ПКП	0 ,6 - 1 ,6	g
Д-16	Смола ЭД-6	100		До 343	413	7	То	же
	ТЭА	10
	ДБФ	10
	ПКП	180—220
Д-86	Смола ЭД-6	100		До 343	393	10	До 1	мес
	ТЭА	10
	ДБФ	10
	Ацетон	60—80

П р и м е ч а ние. М А—малеиновый ангидрид; ПКП—пылевидный кварцевый песок;	Э—эпоксидное число смолы данной партии; ТЭА—
триэтаноламин; ДБФ—дибутилфталат; ПЭПА—полиэтиленполиамин; количество клея без	наполнителя.

Т а б л и ц а

1-4

Основные характеристики

клеев на основе

кремнийорганических соединений и параметры

технологии склеивания

Марка

Рабочая

Количество

Давление

Температу

Выдержка

Жизнеспо

Вид сое

Литератур

температу

слоев и рас

отвержде

Открытая выдержка

клея

ра соеди

ход клея на

ния, /»*10-5,

ра отверж

под дав

собность

динения

ный источ

нения, К

каждый слой,

Па

дения,

лением, ч

клея

ник

г/м а

ВК-2

До

673

2/150—200

8— 15

523

1 ч при 288—303 К

12 мес

Клеевое,

[Л. 1]

—первый слой;

клее-за-

1 ч при 333 К

клепоч-

—второй слой

ное

ВК-8

До

1 273

2/150—200

8—15

473; 453

1 ч при 293 К—•

3; 5

6 мес

То

же

[Л.

первый слой;

30 мин при 333 К

—второй слой

вк-ю

До

1 473

2/150—200

473

—

6 мес

[Л. 9]

ВК-15

До 1 273 2/150—200

1—3

423

1 ч

6 мес

я а

[Л. 1]

Свойства твердых тел, в том числе и теплофизиче ские, как известно, в значительной степени зависят от совершенства (однородности) их микроструктуры. Клее вые же прослойки соединений на клеях как гетероген ные системы вследствие многообразия свойств компо нентов и фаз раздела имеют неоднородные структуры. Неоднородность структур клеевых прослоек касается не только композиционного состава. Возникающие в про цессе структурообразования прослойки усадочные и тем пературные напряжения концентрируются преимущест венно на границах раздела фаз клей (адгезив) — склеи ваемая поверхность (субстрат) и связующее — наполни тель, создавая сложное внутреннее силовое поле. Вслед ствие неоднородности структуры и наличия концентра ций напряжений в клеевой прослойке приложенное од нородное внешнее поле температур вызовет сложное внутреннее температурное поле. В свою очередь внутрен нее силовое поле прослойки динамически неравновесно. Обычно как при склеивании, так и в процессе эксплуа тации в клеевых прослойках протекают релаксационные процессы, изменяющие концентрации внутренних напря жений [Л. 4]. Вследствие этого внутреннее температур ное поле клеевой прослойки постоянно находится в тер модинамически неравновесном состоянии и структура его является достаточно сложной. Остановимся на основных факторах, оказывающих влияние на формирование тер мического сопротивления клеевых прослоек.

Рассмотрим процесс теплообмена для указанных вы

ше видов	соединений на	клеях,	представив для них
(в соответствии с реальной структурой				клеевых систем)
схемы	составляющих	термических		сопротивлений
(рис. 1-1).			1-1, а;	I) вполне допу
Для клеевого соединения (рис.

стимо считать, что эквивалентная по всей поверхности склеивания толщина клеевого слоя б (рис. 1-2,а) не рав на нулю. В то же время за счет незначительной толщи ны клеевой прослойки (<0,5 мм) и пленок на поверхно стях субстратов (< 3 -10-7 м) поток тепла в любом сече нии, перпендикулярном плоскости раздела, сохраняется (постоянным, т. е. задача относится к категории одномер ных. Тогда согласно закону Фурье [Л. 10] плотность теп лового потока

Если не принимать во внимание толщину клеевой прослойки и поверхностных пленок, то на средней гео метрической линии АА для эквивалентной толщины про слойки имеет место условный температурный перепад

AT = Ti— Т'г (рис. 1-2,6).		Поскольку 6 мало, температу
ры Ti и	Т2 практически	равняются температурам Т \ и
Т'г, т. е.	AT = Ti—Т2. Введение условного температурного

а) *)

Рис. 1-1. Схемы клеевых соединений (а) и составляющих их терми, ческих сопротивлений (б).

I — клеевое соединение; II — клеевое соединение с контактирующими поверя ностями; III — клее-механическое соединение.

I	14 I
	a)			6)		e)
Рис. 1-2.	К	определению термического			сопротивления клеевого со-
I единения	со	сплошной прослойкой ( l Mi< A M2)-
а — схема	клеевого соединения;			б — распределение температур		по толщине
склеиваемых		изделий с	клеевой	прослойкой;	в — распределение	температур
по толщине склеиваемых			изделий	с условным слоем металла.

перепада практически оправдано, так как определение экспериментальным путем температур Т \ и Т'2 весьма затруднительно. В то же время экспериментальное опре деление значения температур Т± и Т2 возможно, если из мерить температуры в точках lmi, lmг, lni, Uz и затем экстраполировать полученные кривые Т =f{l) до средней линии АА.

Клеевую прослойку и поверхностные пленки условно можно представить эквивалентным по сопротивлению слоем металла толщиной бм (рис. 1-2,в) с приведенным коэффициентом теплопроводности склеиваемых матери

алов ХмТогда выражение (1-1) примет вид:

	Я__	ЛМ1 ат1	1	d T 2		-Я ■5г.	(»-2)
			ма	d L ,		dl
•де согласно граничным условиям первого рода
		dT Т \ — Т’2		Тх — Тг
		dl	К		SM	•
, следовательно,			т , - т 2 _		дт
		-	т , - т 2 _		дт		(1-3)
		Я	м SM		R		(1-3)
десь	/? = 8М/ЯМ— термическое			сопротивление			слоя ус-
овного металла толщиной 8М.
С учетом		(1-3) последовательно включенные терми-
еские	сопротивления		(см. рис.		1-1,6;	/), создаваемые

клеевым слоем и поверхностными пленками, представ ляются в виде

./?/=|^?к,с+ ^ о1+;^ о2= Л77(7-

О "4)

Общее термическое сопротивление соединения слага ется из сопротивления зоны клеевого слоя R' и сопротив лений металлических слоев

склеиваемых изделий R" =

— Rmi ~\~Ягл2>т. е.

R = R' + R"=RK.o + R0l+

+ ^?02 + Т?М1+ Лм2.				(1"5)
Для	определения сопротив
лений RMi, Rm2, создаваемых
металлическими слоями, рас
смотрим однородную			плоскую		а)
пластину толщиной бм, изотер
мические поверхности			которой
с координатами		1=1у	и	1— 12
имеют	температуры		Ту	и Т2
(рис. 1-3,а), при этом полага
ем, что источники и стоки теп
ла в пластине отсутствуют. Тог
да для стационарного теплово					Рис. 1-3. К определению
го потока его плотность				через
поверхность S(l)		(рис.		1-3,6)	термического	сопротивле
					ния плоской	пластины,
равна:					а — схема распределения тем
					пературы по толщине пластины;
				0 - 6)	б —• тепловой поток между изо
					термическими	поверхностями.

Объединяя выражение (1-6) с уравнением закона Фурье и интегрируя полученное уравнение в пределах Ти Т2, имеем:

- ( r f r = 7	' , - r a = ( ) \| 1 2Kr		;	(1-7)
т		!,
с другой стороны,
<2 =	- ^ ^	- .		(1-8)
Сопоставление уравнений		(1-7) и (1-8)	дает:

«= \|-щ Г	<‘-9)
h

2—745

С помощью элементарных преобразований последнее уравнение приводится к виду

Я м =-Й Ь

(1-10)

где 6м= к —h — толщина пластины.

Более сложной представляется схема клеевого соеди нения при наличии мест непосредственного контакта склеиваемых поверхностей (см. рис. 1-1,а; II).

Результаты многочисленных исследований [Л. 11,12] свидетельствуют о том, что площадь фактического кон такта составляет незначительную часть номинальной поверхности сопряжения твердых тел (см. гл. 4). Осталь ная часть межконтактной зоны в клеевых соединениях при непосредственном контактировании склеиваемых по верхностей заполнена обычно малотеплопроводной кле евой композицией. Вследствие того что теплопроводность клея мала (ЯСталь45Авк-1~250; Атиб/Авк-1~960), тепло вой поток при подходе к зоне раздела стягивается к пят

		нам	фактического				контакта.
		Если допустить, что места
		контакта равномерно							рас
		пределены			по	поверхности
		склеивания,			то	изотермы и
		линии теплового потока в не
		посредственной				близости от
		поверхности			раздела				идеа
		лизированно				могут			быть
		представлены				схемой			рис.
		1-4. Переход тепла						в	зоне
		раздела будет осуществлять
		ся теплопроводностью							через
Рис. 1-4. Линии теплового то		места		фактического				контак
ка и изотермы в зоне клеево		та	и	клеевые			включения
го сосинения с непосредствен		между		выступами				неровно
но контактирующими	поверх
ностями.		стей	склеиваемых поверхно
1 ~ линии теплового тока:	2 — изо	стей.
термы.		Рассмотрим механизм те-

плопереноса для данной схе мы, выделив в двух склеенных полуограниченных те лах цилиндрический канал сечением с, равный шагу вы ступов микронеровностей и перпендикулярный плоско сти склеивания (рис. 1-5). Точное распределение тем пературы такого поля является сложным и трехмерным.

Изучение температурного поля с помощью электриче ской модели показывает, что параллельность изотерми ческих поверхностей будет довольно сильно нарушаться вблизи зоны раздела и расстояние, с которого наруше ние практически вырождается, равно примерно шагу между двумя контактными пятнами. Изменение темпе ратуры в канале по оси микровыступа будет представ ляться кривой MNK, при этом в точке N, соответствую щей месту фактического контакта, наблюдается равен ство температур обоих тел. Незначительная толщина поверхностного слоя металла, где происходит интенсив ная перегруппировка линий теплового тока, позволяет изобразить распределение температур вблизи клеевой зоны прямыми ММ' и КК' с условным скачком темпера туры ДГ. Величина его может быть легко определена опытным путем с помощью метода экстраполяции рас пределения температур в телах до поверхности склеи вания. Определение скачка температуры ДТ в сочетании

Рис. 1-5. Схема		(а) и распределение	темпера
тур	(б) клеевого	соединения с непосредственно
контактирующими		поверхностями (для	случая
1	А.ыг) •

-Д''

с измерением плотности потока через клеевую прослойку позволяет найти термическое сопротивление клеевой зо ны RK.3=AT/q.

Поскольку в рассматриваемом клеевом соединении тепловой поток вблизи зоны раздела, проходя через ме ста фактического контакта и клеевые включения, раз дваивается, то, очевидно, можно представить, что на его пути возникают два параллельно включенных набора термических сопротивлений (см. рис. 1-1,6; II).

Результирующая тепловая проводимость клеевой зоны определяется с учетом положений электротепловой ана логии по закону Кирхгофа:

Як.. Я01+ Rct + R01 R0i + Як.с -(- /?02	( Ml )

Общее термическое сопротивление соединения нахо дится согласно правилу последовательно включенных

СОПрОТИВЛеНИЙ i ? K.3 И lR m1 + ' P m2-

Входящее в выражение (1-11) термическое сопротив ление клеевого слоя по своей природе является внешним и определяется эквивалентной по поверхности склеива ния толщиной клеевой прослойки и теплопроводностью клеевой композиции.

Совершенно другую природу имеет термическое со

противление стягивания R c?.	Как известно	из теории
электрических контактов [Л.	13], сопротивление, вызван
ное сужением или расширением проводника,		называется

сопротивлением «стягивания». Вследствие перестройки теплового потока в области изменения сечения появляет ся добавочное термическое сопротивление, равноценное по своему эффекту увеличению толщины слоя металла. Это сопротивление носит объемный характер и относит ся к категории внутренних, так как связано с перерас пределением линий теплового тока на внутренней сторо не каждого из слеиваемых металлов. Эта конвергенция линий теплового тока ведет к повышению плотности теп ловых потоков, что требует высокого локального опреде ляющего потенциала потока. Если же отнести действие сопротивления стягивания ко всей поверхности склеива ния, то это сопротивление фактически преобразуется во внешнее, обусловливающее температурный скачок в кле евой зоне.

Наличие на склеиваемых поверхностях окисных пле нок, с одной стороны, повышает сопротивление стягива ния, с другой — в какой-то степени уменьшает плотность стягивания к местам контакта. Однако в конечном итоге следует ожидать повышения общего термического сопро тивления при наличии окисных пленок. Ввиду того что в отечественной и зарубежной практике на сегодняшний день отсутствуют методы расчета термического сопротив ления R0 окисных пленок, этому вопросу в книге отво дится специальный раздел (см. гл. 4),

<<< < Предыдущая 12 / 312 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ