автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Разработка и исследование метода определения теплопроводности клеевых соединений

РГБ

На правах рукописи

ЛУВШКОел Ежена Николаеве»

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ КЛЕЕВЫХОТОИНЕНИЙ

Специальность Об. 14.05-Теоретическме основы теплотехники

АВТОРЮЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени -. кандидата технических наук

Вороиея-1995

Работа выполнена на кафедре . энергетики и гидравлики Воронежской государственной лесотехнической академии

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Попов 8.М.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Дрейцер Г.А., ' • - кандидат технических наук,

доцент Мовговой Н.8.

Ведущая органивация - научно*проивводственное обгеди-нение им. С.А.Лавочкина (г.Хиыки)

Защита состоится " И " нюня_ 1896 г. в 14 ч.

на васеданик диссертационного Совета Д. 063.81.Об в Воронежском государственном техническом университете по адресу: 304026 г.Воронеж, Московский пр-т. д. 14,

С диссертацией можно овнакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат равослан "_" _ 1996 г.

Ученый секрет^ь диссертационного совета 'У " А ,Н.Глушаков

«

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среди новых конструкционных материалов особое место занимают клеи на основе синтетических полимеров. Синтетические клеи с успехом применяются при изготовлении клеевых соединений в аэрокосмической технике, электро-и радиотехнической, химической, судостроительной и других отраслях промышленности.

Успех применения синтетических клеев объясняется рядом существенных преимуществ, которые клеевые соединения имеют по сравненгао с традиционными видами соединений типа сварки, пайки, клепки. „

Особенно перспективны клеи для создания металлических конструкций. Во многих случаях соединения металлических конструкций на клеях в процессе эксплуатации работают в условиях повышенных тепловых нагрузок, при которых создание нормальных рабочих условий требует осуществления интенсивного теплоотвода из рабочей воны.

Однако наличие клеевой прослойки между поверхностями склеенных деталей, обладающей меньшей по сравнению с металлами теплопроводностью, создает дополнительное термическое сопротивление на пути теплового потока. Вместе с тем, известные методы расчета теплопроводности тонких пленок в этом случае непригодны, поскольку на теплопроводность клеевой прослойки в условиях соединений накладывается эффект ани-

80ТР0ПКИ.

Другая сторона проблемы заключается » том, что долгосрочными программами в области новых технологий предусматривается улучеение качественных характеристик конструкционных материалов в частности, соединений на клеях. Наиболее перспективным направлением представляется получение пифораацин по формированию фиеикомеханических свойств клеевых прослоек соединений в процессе их отверждения.

Особый интерес представляют данные о формировании внутренних аепрпаений, как ответственных ва надежность соединений. В свяан с этим, практический интерес представляет

направление исследований по установлению корреляций между теплопроводностью и внутренними напряжениями клеевых прослоек в соединениях, что вытекает из основных положений физики твердого тела.

Установление взаимосвязи теплопроводность - внутренние напряжения позволяет прогнозировать долговечность и надежность клеевых соединений без их разрушения и дает, возможность создавать соединения с заданными характеристиками. '

Объектами исследований являлись клеевые прослойки, составленные ив клеев различной природы.

Методы исследования содержали патентный поиск, эксперименты по изучению теплофизических и механических характеристик, обработку опытных данных с помощью математической статистики.

Решение данной проблемы осуществлялось автором в ранках выполнения работ по теме "Исследование теплофизических свойств тонкослойных материалов и покрытии, термических сопротивлений клеевых соединений" координационного плана НИР по комплексной проблеме "Теплофизика и теплоэнергетика АН СССР (шифр 1.9.1.1.6. п.11) по теме "Полимеры", по теме "Надежность и контроль" по линкии Госкомитета по высшему образованию РФ.

Дель и задачи работы. Цель настоящей работы: разработать теоретическую модель теплопереносг черев клеевые прослойки на основе различных по природе клеев, выявить взаимосвязь теплофизических и механических характеристик клеевых соединений для обоснования возможности проведения теплового метода контроля качества клеевых соединений.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

1. Исследовать теплопроводность клеевых прослоек «а основе наполненных и ненаподненных клеев в процессе их отверждения.

2. Исследовав теплопроводность клеевых прослоек соединений в процессе их експлуатации.

3. Исследовать взаимосвязь тешкшроводнезти в внутренних напряжений в клеевых прослойках соединений.

Разработать тепловой метод определения прочности соединений на кдееях.

5. Установить возможность тепловой диагностики деформационных характеристик клеевых соединений. Научная новизна работы

Впервые предложена модель теплопроводности клеевой прослойки соединений, учитывающая эффект анизотропии, вызванный развитием внутренних напряжений;

предложена расчетная зависимость для определения теплопроводности клеевых прослоек на основе высоковязких клеевых композиций;

разработан тепловой метод контроля качества клеевых соединений;

определена зависимость прочности и долговечности клеевых (»единений через теплопроводность клеевой прослойки;

показана возможность проведения тепловой диагностики деформационных характеристик клеевых соединений без разрушения соединения;

разработан системный подход для создания клеевых соединений с заданным комплексом свойств.

На защиту выносят следующие положения и результаты: модель теплопроводности клеевой прослойки, учитывающая эффект анизотропии, вызванный развитием внутренних напряжений в процессе формирования и эксплуатации соединений;

расчетная зависимость для определения теплопроводности клеевых прослоек для высоковяагах клеевых композиций;

результаты экспериментальных исследований теплопроводности и внутрен"их напряжений клеевых прослоек соединений в процессе кх отверждения и эксплуатации;

основы теплового метода контроля прочностных и де-форкационных характеристик клеевых соединений.

Практическая значимость работы заключается в разработанной впервые методике определения теплопроводности клеевых прослоек с учетов эффекта анизотропии, вызываемого воздействием внутренних напряжений. Установление корреляционной связи теплопроводность - внутренние напряжения открывает возможность создавать соединения с заданными свойствами и осуществлять неразрушавдий контроль прочности соединений на клеях.Полученные в работе результаты использованы при создании ивделий на НПО им. С.А.Лавочкина.

Апробация работы. Научные положения и результаты иссле-

дований обсуддались и были одобрены на научных конференциях Воронежской государственной лесотехнической академии (1СОО-1994гг.), на региональном научно-техническом семинаре "Про- ' цессы тепломассообмена в машиностроении" (Воронеж 19911994гг.), на международной научно-технической конференции "Нераарушащий контроль в науке и индустрии-94" (Москва. 1994).

Публикации. По теме диссертации опубликовано б печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит ив введения, 5 глав, выводов, списка литературы ив ?5 наименований, приложения, включает 30 рисунков. Объем основного текста составляет 106 машинописных страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертации, сформулирована цель работы.

В первой главе рассматривается природа теплопереиоса •» блочных полимерах как гоиогеияш системах, аиадиекруется влияние механических воздействий на теплопроводность блочных полимеров, изучается теплопроводность гетерогенных шиш-мерных систем, к который откосятся клеешс соединения. Анализируя ииеадкйсд на сегодняшний день оЗъои дашш по теплопроводности гетерогенных котгериьк систен ткаа покрьггкй, видно, что чксто кехаккческий псрскоо ьвтодкк определенна тепло&шическкя керзктерксткк для Сгдчида полйггроБ покритка кедопуста:. Проеодешй сишш лктературшто севера исследований лробдеш'теплолерзноса б псш&срвык «втекая дозт осшвакке отцзтеть слсдувдзе:

ив разработанных на сегодкказшй день теоретически? «одолей тепдопорбаоса в ие»геташ.*ческкх твердых телек длял полшзров наиболее прк.'сш^а модель ¡ззлебателькмк декконкй ' шлакуя;

особый практический интерес представляет устшэБлев-пый оттшг* путем ашшотрспии теплопроводности поли-

меров при механической воздействии, поссодяющий опивать

теоретическую модель теилолереноса в гетерогенных псшг-мерных системах;

установленные в процессе исследований корреляции между теплопроводностью и внутренними напряжениями в полимерных покрытиях представляют особый интерес при рассмотрении* клеевых соединений.

Принимая во внимание определенную аналогию в технологии получения полимерных покрытий и клеевых прослоек соединений следует ожидать наличие взаимосвязи между теплофизи-ческими и механическими характеристиками последних.

Вторая глава посвящена рассаотрению теоретических основ процесса теплопереноса через клеевые прослойки. Отмечено, что вследствие наличия границ раздела адгезив-субстрат . на механизм формирования клеевых прослоек накладываются ограничения, способствующие плоскостной ориентации струк-. туркых элементов полимера прослойки и изменяющие теплопроводность клеевой прослойки.

Вовникповенгао таких структур в прослойках способствуют внутренние напряжения, вызванные усадкой полимера при его структурировании, воздействием температуры, влатшости и внешнего силового поля.

В.практик расчета процесса теплопереноса череа клеевые прослойка! в качестве искомой величины выступает тепло' вал проводимость или обратная ей величина - термическое сопротивление - Й к.пр.

• Поскольку перенос тепла осуществляется только теплопроводностью, ТО Т

КУЕ > (1)

здесь Л« - ¡созффзщиект теплопроводности клеевой прослойки;

$ - осрзднешюя на вся поверхность склейки толщина клеевой прайса»«, . ,

Основная трудность реализации формулы (1) заключается о спрсдмняняг лг

Урэзсяь еосргнешоа знаний фйзики пп»имёров не позволяет исполй.говять аппарат цатематической физики для разработки колола процесса теплопереноса в среда клеевой йрослой-.пи.

! Поэтову был вибрая вариант экспериментально-теоретических весуюдоваяяа на реальных объектах.

Использование в практике расчета формулы (1) требует определения.коэффициента теплопроводности прослойки X* . фактически требуется учитывать неявное увеличение толщины' прослойки за счет снижения ее теплопроводности в процессе ориентации элементов структуры прослойки в плоскости склеивания. В процессе многочисленных экспериментов установлены корреляции между внутренними напряжениями и комплексом А ( ДА- А, -Ла ; Лл., Лв - соответственно теплопроводность прослоек и пленок в напряженном и полностью отрелак-сированном состоянии), которые позволяют разработать теоретическую модель теплопереноса , наиболее приближенно к реальным условиям.

Обозначим черев ' £ - 1 ^^/Хц ' коэффициент, учитывающий снижение теплопроводности прослойки от ненапряженного до реального состояния. Тогда делением Хк на коэффициент £ , который можно назвать "теплоориентационным", подучим искомое значение теплопроводности клеевой прослойки.

Хк- л*/е » <2>

где А* - коэффициент теплопроводности материала прослойки в блочном состоянии.

Для широкого использования в инженерной практике формулы (2) проведена специальная серия экспериментов на широкой наборе конструкционных термопластичных и терыореактивных клеев, в процессе которых установлена взаимосвязь £ - ^(б) . Данные опытов представлены на графиках рис.1

Рис. 1, Зависимость тепдоориентационного коэффициента от вели-., чины относительного внутреннего напряжения, для клеевых соединений на основе конструкционных к.еев: 1-ВС-10Т; 2-ГЧ-32-200; З-ВК-З; 4-эпоксидная композиция на <онове сиолы 0Д-20; 5-Уингеры 2Н (Озд,бг- внутренние напряжения при теы-пературе отверждения 293 К и текущей температуре) • •

Использование данных £ при помощи графика рис.1 позволяет проводить расчетные операции по формуле (1). В целях выявления влияния ориентации структурных элементов клеевой прослойки на теплопроводность проводились комплексные испытания двухоснсюриектированных путем вытяжки пленок и отверженных клеевых прослоек из полимера одной природы. Исследовалась полимерная композиция на основе смолы ЗД-5.

Пленки приготавливались в виде пл&стии заданных размероь путем прессования при температуре 343К с последующим отжигом для релаксации возникших напряжений. В дальнейшем полученные пластины растягивались в двух вваимоперпендикулярных направлениях в течение 0,5 ч. при температуре выше температуры стеклования.

Результаты испытаний представлены на рис.2. Здесь по оси ординат отложены значения относительной теплопроводности

а по оси абсцисс относительное удлинение пленок АТД и внутренние напряжения прослоек. Из графиков рис.2 видно,

О* 10"! Па

Рис.2. Зависимость относительной теплопроводности клеевых прослоек (1-4) от величины внутренних напряжений и пленок (1'-4')от величины относительного удлинения при различных температурах формирования: 1.1-383К; 2.2-393К-, 3,3;403К; 4.4-423К. Клеевые прослойки формировались между поверхностями ИЭ 1й(я), ВТ1 (О); Д16Т(Д); 2X13(0); ЗОХГСА(а). что образцу с ояккаковдаи температурными, условиями отверждения прослоек и пытая« пленок имеют тем большую относительную теплопроведяость» чем Согьпе внутренние напряжения прослоек и, соответственно, удлинение пленок. Таким образом,, между опьтммиданнымя для плевок * прослоек прослеживается определенная корреляция, свидетельствующая о единой природе,

порождающей анизотропию теплопроводности. Установление аниеотропии теплопроводности в клеевых прослойках и наличие взаимосвязи ДУ^-НО] открывает большие перспективы в плане создания клеевых соединений с заданными свойствами. Рассмотренный выше механизм тепдопереноса черев клеевые прослойки применим для соединений на основе маловязких клеев.

Отдельно рассматривается вопрос теплопроводности соединений с клеевыми прослойками на основе высоковязких клеев. Процесс тепдопереноса в таких системах значительно усложняет-. ся за счет наличия газовых включений в пристенных областях. В общем виде термосопротивление прослоек описывается в

БНДв Бк.пр. - Усхк-пр," Уй(сс. + '/«6. + 5/<*г. » (з)

здесь , «6. , схй, - соответственно тепловая проводимость сплошного клеевого слоя, клея во впадинах и газовый шшочеиий.

П,ри расшифровке составляющих фсрыула (3)

имеет вид

1

+ 2[5(|-+ (25 Р./рат, -2Нз)4,. ,

где ~ теплопроЕсдаость газа, ааясшшздего впадины;

Рн. - начальное давлений; Рвтс, - давление отаерлдония; 0. - ргеход клея; Ь* - глубина валолнсавя шшя; р - плотность клея; т - сроил стБОргдекиа;

начальная вявкасть клея; а - коэффициент, характе-рнгукщй свойства кзоз; •• скрипа свдгегашошк поверхностей.

Для апробаций расчетиоЛ (4) Шш косте&шш

серия ооцтои На соезкиошшх с пво&ко&тк« на основе еасогез-шмок клеев ОС-ЮГ и офныграштж шкду по-

верхностями кз сплаву ДЮ'г. Роиу«»лтаи »«яаяацкй иредстшшг иы па рис. 3.

Ьз гравиши рис.и мишеь ч-лз продвагала« рсочотиаа Фэръ.<уяа (4) хорошо оиаодч&'с ошпгдо шыис к оосСбКно с сЗ-гасти рабочк« &иа.че»и«'г (шхкгдевюх.

о

*гк/8т

7

5

а

Рис.С.Зависимость термссопротивления клеевых прослоек соединений на основе высоксвязких клеев БС- 1СТ{1 > и ВК-Е£СМ(!?.3) от давления отверждения при удельном расходе 1,2 - О/р ~ 0,12мм; 3 - О/о - 0,25«м. Штриховая линия -■ расчет по формуле (4)

Третья глава посвящена объектам н методам исследований. Лано подробное описание методики определения теплопроводности клеевых прослоек соединений, а процессе их отверждения. ^¡«■"тае '/«тйлоШ! н способов подготовки обравиаь для после-■ар ---! 1л ргг.*сгтавсаг«оетк же»»-л«* сплстпеч Ла»>т-

й^ндаз^а статистическая • «рабства •К'влнкй ¡шты метод -югскт^^и.

•Хдт» («».•«■авлайт» одшмзджкрмили '«я*»"*«* е>.;ог '^¡.мпретзакил сагоа"*; г;-л<ч метсап-о., ли-

терой пшюаеш аакомомерностя (%4.77Ь»ая»и«е»»<,г"? г; .->;••>-

тоехоаойную систему (два скдеенп>»л

м-.а; .1.«.п «гтг. »"««¡»ивийя тя*»;до>рм.«зяаом слои

.1 'Г ¡и

п —.-

р./п, ^ л, ,

N3

жу>{н'х)- К Ь/^4- + 1

(8)

?к.пр./р2

Величина скорости изменения температуры в клеевой прослойке находится методом интерполяции значений опытного измерения по Формуле • -

Ь- ^ т(1,-с) - §^Т(0,т) • (9)

Значение коэффициента теплопроводности определяется следующим образом . Д ( о - 6 )

где а - скорость подъема температуры на внутренних границах образцов. Д - толщина прослойки.

Для исследований теплопроводности клеевых прослоек в условиях нестационарности была создана специальная установка, принципиальная схема которой представлена на рис.4

Рис. 4. Принципиальная схема установки для определения теплопроводности прослоек в условиях несационарности В состав установки входят рабочая ячейка 1, универсальный источник питания 2, регулятор напряжения 3, ультратермостат 4, емкость 5, гальванометр б в комплекте с потенциометром 7, осциллографе, набор грузов 9.

Отдельного решения требовала задача определения внутренних напряжений в клеевых/прослойках консольным методом.

Для исследований процесса формирования внутренних напряжений в клеевых прослойках была сконструирована к наготовлена специальная установка,, с^ема которой представлена на рис. Б . Установка состоит израбочей ячейки1, цифрового прибора 2 марки Щ301 и вычислительного комплекса 3 . .

\

Рнс. Б-Схема диагностической установки для испытании внутренних напряжений в клеевых соединениях и композиционных материалах

Основным элементом установки является рабочая ячейка. Конструктивно рабочая ячейка имитирует конденсаторное устройство. В состав ячейки входит металлическое основание, на которое крепится латунная пластинка с фторопластовой подложкой. На последней устанавливается зажимное устройство. Исследуемые образцы изготавливались в виде пластин из заданного материала с клеем между ними. Соотношение толщин пластинок составляет 1:5. При установке а зажимном устройстве образца между ним и выступом латунной пластинки фактически создается конденсатор. ¡3 процессе отверждения клеевой прослойки в последней возникают внутренние напряжения, рабо-таюоще на сжатие. Силы сжатия изгибают образец, что приводит к изменению емкости конденсатора. Постоянная фиксация еыкостн через цифровой прибор позволяет получать данные по кинетике развития внутренних налря-чений в ппослсйке. Преобразование значение емкости испольеуется для расчета внутренних напряжений в прослойке. По истечении времени опыта полученные данные аппроксимируются методом наименьших квадратов подпрограммой "Ар из", а затем программа "МСКАГ" строит график, на котором наносятся зкспершента«ьиые точки и аппроксимируеиая кривая

В четвертой главе приводятся результат экспериментальных Исследований теплопроводности клеевых прослоек соединений. Кссле,повелась теплопроводность клеевых прослоек на основе иенаполнешшх клеев п процессе т отвержения, испытаниям подвергались ¡«еечне коипозшки ка основе простран-стЕешюсглтг/. полимеров. Применялись ^ надформальд^гтпий ¡«2Й ЕС"ЮТ; ЭПС^СЖОЯЖЛ'ГИДНЫЙ КЯОЙ ВК-0, ОПОКСИДНаЯ К0!.«ю-гз:щиа на основе смоли Щ-20 и кзей ВК-9. В кечестве субстратов использовались дурагашший Д16Т, сталь 30, медь №. Менялись температура отверддения клеевой прослойки, ее толщи-

на. Интервал вакеров теплопроводности и внутренних напряжений в начале процесса отверждения прослоек составлял 0,6-1 часа и в конце процесса доходил до 2-5 часов. По мере отверждения клеевой прослойки имеет место рост внутренних напряпений при одновременном снижении теплопроводности прослоек. При этом интенсивный рост внутренних напряжений в начальной стадии отверждения сопровождается адекватным снижением теплопроводности прослоек. Объяснить такой характер развития внутренних напряжений и теплопроводности прослоек можно только опираясь на отмеченный выае механизм формирования анизотропной структуры в среде клеевой прослойки.

Отдельно исследовались клеевые прослойки на основе наполненных клеев в процессе их отьервдёния. Характер формирования клеевых прослоек на основе наполненных клеевых композиций отличается от прослоек из ненаполненных клеев. Это связано с тем, что за счет возникновения многочисленных локальных зон сама прослойка находится в более напряженном состоянии. В то же время можно предполагать, что пеоскоствая ориентация структурных элементов прослойки менее выражена. О&ьектами исследований выбраны соединения из Л16Т с клеевыми прослойками на основе эпоксидной комлоакции, отвергаемой низкомолекулярньм полиамидом (ЭД-2+Л-18), эпоксидного клея ВК-20 с введенными в них яорошювшш наполнителями (рио.6). я .<П"3,

Рис.

22 ..■ •. ^ -б.Характер изменения теплопроводясстл (1,2) и внутрен-

ний напряжений (1,2 ) при формирования клеевой прослойки из клея ВК-20 с 16 2 по объему ахзэдашевого порока» пра толщине; 1,1'-0,Зма; 2,2'-0,2ыы -2о31()

Исследовалось влияние толщина клеевой прослойки т указание параметры. Анализ опытный данных свидетельствует о то«, что с уменьшением толщины клеевой прослойки с наполнителем

повивается скорость вырождения кривых X-{(т) и с - {(г). при этом увеличивается абсолютное значение <3 и снижается Л . В целом при отверждении наполненных клеевых прослоек значения внутренних напряжений и теплопроводности достигают постоянного вначения значительно быстрее, чем в ненаполнен-ных. Этот эффект объясняется тем, что частицы наполнителя интенсифицируют процесс полимеризации.

Исследование теплопроводности клеевых прослоек соединения в процессе их эксплуатации продиктовано тем, что долговечность клеевых соединений является наиболее важной харак; теристикой механических свойств клеевых соединений.

На графиках рис.7 приведены опытные данные по исследован») тепловой проводимости соединений из сплава Д16 на клее ВХ-3. Из анализа расположения кривых следует, что при постоянно действующей нагрузке имеет место адекватное по сссеьгу характеру снижение бвтр. и а,.«. Особенно зто заметно в

««.ср.*Ю", ^

4 т» Ю",3Ч

Рас, 7,Врск«нив5 сажсююстъ прочности на равноиерный отрыв

к гегшжой птподгмгкяк кзсегсй прослойки соединений (1' ,2') ара КЕГруш» Р-3»Ш5Пь п.толкуне прослойки С.З^ч езяшеьеой стслгах воздействия кегрусгс» (до 2*!05ч). При стса .тросгсжквштся газррздяцкя кежду «».со. и 0„< в режиме Г*ИОгч. Ецг Соле® выршшшй характер временной еависи-¡ййтц тспдо£юй прэиояикостн и прочности «шбвт место для соодкпенкй, воздействий водной среды, днздие

ркс.7 пода.е-мгайг, что крквнв иде»? два вырааен-

нын участка. Первый участок ( 2 105 ч. ) иллюстоирует птенешзое сишхени» 0отр, за счет ускоренного развития ре-дексадаойньш процессов в прослойке и описывается для соеди-;;г;шй на териересктивном клее уравнения«.*

-'отр.

141 Г

-г«

при термическом воздействии нагрузки и С^-126-т-*»

при действии нагрузки в водной среде.

Соответственно второй участок кривых, иллюстрирующий ваметное вырождение зависимости Сотр.» f(т) , изобразится

*** ; С0Тр.- ¿Вт'*'™

Из расположения кривых = {(Т) прослеживаются . три участка. Первый указывает на стартовое снижение величины силц. На втором наблюдается выраженное снижение <х*.пр. о временем и на. третьем - зависимость оск.пр.-|(т) вырождается.

Для кривой 1 отмеченные выше характерные участки описываются г --«55 .

ОС к. пр. "* 6,-' 10 X >

с*к.нр,- 5,9 Юа-Т в'*7 > оС^.-б-ЗШ'т-^ и при испытании в водной среде (кривая 2) соответственно имеем

««..пр.-&• !0V*61; ос,^ -5,7-10*; - 4,6-10*г

Анализируя приводимые выше уравнения для кривых и

е'к.пр."* Кт) можно видеть, что независимо от условия эксплуатации клеевых соединений для области Т>10*4. наблюдается определенная корреляционная связь между их тепловой проводимостью и прочностью. Наличие такой связи открывает возможность в проведении операций по тепловой диагностике физико-механических свойств соединений на основе иеналолненных клеев в условиях длительной эксплуатации.

Пятая глава описывает тепловой, метод контроля качества клеевых соединений. Устанавливается возможность определения прочности соединения через теплопроводность клеевой прослойки. Установленная в работе зависимость ДТу^-^(б) открывает перспективное направление в плане разработки : неразрушающего метода контроля качества клеевых соединений. Поскольку внутренние напряжения в клеевых соединениях напрямую связаны с их прочностью и долговечностью, то путем определения теплопроводности клеевых прослоек, можно диагностировать прочностные характеристики таких соединений. Для реализации программы проводился комплекс исследований предела прочное-

ти при равномерной отрыве <5{ и комплекса ¿«У^. Исследовались образцы иа стали 45 с клеевой прослойкой толщиной 0,25 мм на основе широкого ьабора термореактнвных и кремнийорганичес-ких клеев.

Путем обработки опытных данных для соединений с клеевы-ки прослойками на основе различных клеев в широком диапазоне температур получено соотношение вида

где (5, и й - коэффициенты, зависящие от температуры и природы композиции, составляющей клеевую прослойку. Значения этих коэффициентов для термореактивных и кремнийорганических клеев ватабулированы.

Далее рассматривается тепловой метод диагностики деформационных характеристик клеевых соединений. Доказывается наличие взаимосвязи между модулем упругости при сдвиге я теплопроводностью клеевой прослойки. На рис.8 приведены опытные данные по взаимосвязи меаду модулем упругости б и теплопроводностью Д. Для различных клеев и материалов субстратов, описываемых линейной зависимостью Из результатов испытаний вично, что с ростом толщины прослойки наблюдается снижение показателей б и Л , причем пра. Л1чески не нарушается их взаимосвязь.

X Вт

Рнс. 8.Зависимость межяу модулем упругости при сдвиге и

теплопроводностью клеевых прослоек соединений

• Установление взаимосвязи медду теШгофизическини и де-форлзционшя! хгршегеристша&п кассия соединений открывает ^крата ^епспеотиЕЫ разработки тепдометрического метода лнагностики Еаачешй модуля упругосун саздинетй без их раерушеши непосредственно па готовых изделиях-

3 эешзэчешзе рассматривалась вадача получения клеевых

соединений с заданной совокупностью свойств, обеспечивающих нежность функционирования систем в экстремальных температурных условиях.

Использование метода системного подхода позволяет оперативно создавать в условиях производства клеевые соединены! с заданными характеристиками. По данной схеме в производственных условиях НПО им. С.А Лавочкина заложен технологический режим создания изделий с соединениями, имеющими клеевые прослойки заданной теплопроводности.

В приложении диссертации приведены результаты экспериментальных и теоретических расчетов, статистическая обработка результатов работы.

ВЬВОДЫ

1. В работе разработана и апробирована модель теплопереноса I клеевых соединениях, основанным на взаимосвязи теплопроводности и внутренних напряжений клеевых прослоек на основе мало- и высоковязких клеев и позволяющая прогнозировать теплопроводность клеевых соединений в процессе их формирования и эксплуатации в условиях изделия.

2. Специально проведенными исследованиями по формированию теплопроводности и внутренних напряжений клеевых соединений для различных наполненных и неиаполненных клеев и субстратов, при изменении толлоош прослойки и температуры ее отверждения подтверждены теоретические положения о наличии взаимосвязи между теплопроводность» и внутренними напряжениями клеевде соединений.

3. Установленная теоретически к подтвержденная вксперимек-тахьно взаимосвязь между теплопроводностью и внутренние! напряжениями а клеевых соединениях открывает перспективу создания соединений, с веданными теплофизическими и механическими свойствами,

4. Экспериментально установленные корреляции между теплопроводностью и прочностными характеристиками клеевых соединений для различных модификаций термореактивных и кремни-йорганических клеев открывают перспективу по разработке

основ теплового методе неразруваидаго контроля качества соединений на клеях.

Б. Результатами исследований на реальных объектах покована возможность тепловой диагностики деформационных характеристик клеевых соединений.

6. Разработан системный метод создания клеевых соединений, позволяющий оперативно создавать соединения с заданным комплексом теплофизических и механических характеристик, обеспечивамаих надежность функционирования систем.

Список публикаций по теме диссертации

1. Попов В.М., Луиникова E.H. Методические основы создания клеевых соединений с заданным комплексом свойств

/Воронеж, 1888. о. 8. Дев. в ВИНИТИ 29.12.88 N446. '

2. Лувникова Е.И., Шестакова В.В. Направленное регулирование теплофизических и механических характеристик клеевых прослоек в конструктивных соединениях твплонапряавиных систем // Теплообмен в енергетических установках и повышение эффективности их работы. Воронеж: ВПИ, tÖ90. С.19-23.

3. Попов В.М., Лушникова E.H., Шестакова В.В. Метод определения контактных термосопротивлений в кос рукцион-ных соединениях с клеевыми прослойками // Теплообмен л энергетических установи . и повышение Эффективности их работы. Воронеж: ВПИ, 1691. С.10-15.

4. Лушникова E.H. Теплообмен через клеевые прослойки. // Теплоэнергетика: Мелшу». сб. науч. тр. Вороне*'.ВПИ, 1993. 0.68-62.'

Ь. Попов В.М., Лупшикова E.H., Песков Н.Е. Метод контроля качества композиционных вагериаяо» класса "препвг" // Дефектоскопия,, 1994,-N 1. С.60-61

ЛР #020419 от 12.02.92. Подписано к печати 20.04.96. Усл.печ.л. 1,0. Тираж 90 эх». Заказ * >58 ,

Воронежский государственный технические университет 394026 Воронеж, Московский просп.,14 Участок оперативной полиграфии ЕГТУ