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

6П2.2 П 58

УДК621.1.016.4

Попов В. М.

ссоединениями на клеях.

„30302-606

© Издательство «Энергия», 1974 г.

П Р Е Д И С Л О В И Е

Среди новых материалов, имеющих про­ мышленное значение, все более широкое при­ менение находят клеящие материалы на осно­ ве синтетических полимеров. В настоящее вре­ мя накоплен обширный материал по вопро­ сам прочности, надежности и долговечности клеевых соединений. Однако дальнейшему рас­ ширению использования клеевых соединений, работающих при повышенных тепловых на­ грузках, препятствует отсутствие данных по теплофизическим свойствам непосредственно клеевых прослоек. Эти свойства, важные для любых материалов, приобретают особое зна­ чение для синтетических клеев в условиях кле­ евых прослоек, поскольку отличаются целым рядом специфических особенностей. Кроме то­ го, практически отсутствуют работы, связан­ ные с обобщением и систематизацией имею­ щихся данных по теплообмену в зоне клеевых соединений.

Предлагаемая вниманию читателей книга делает попытку в какой-то степени восполнить этот пробел. В данной книге все вопросы теплопереноса в зоне клеевых соединений трак­ туются с единых позиций, основывающихся на современных достижениях по изучению поли- меров.-Особое внимание уделяется рассмотре­ нию формирования термического сопротивле­ ния клеевых прослоек в процессе структурообразования на молекулярном и надмолеку­ лярном уровнях при отверждении и релакса­ ции клеевых прослоек.

Специальный раздел книги посвящен во­ просам теплообмена соединений с прослойка­

3

СПИСОК ОСНОВНЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Am = А— -f X 2 — приведенный коэффициент теплопроводности

склеиваемых материалов, Вт/(м-°С); Ак— коэффициент теплопроводности клея, В т/(м -°С );

б_— толщина слоя, м или мм; _ 6 — эквивалентная толщина слоя, м или мм;

а— средний радиус площади контакта, сближение поверхно­ стей под нагрузкой, м;

Е — модуль Юнга, Па; ст — внутренние напряжения клеевого соединения, Па;

тв — предел прочности клеевых соединений -при сдвиге, Па; pi — коэффициент Пуассона;

ф — коэффициент стягивания теплового потока.

5

ВВ Е Д Е Н И Е

Впоследнее время клеящие материалы на основе синтетических полимеров находят все более широкое распространение во многих отраслях народного хозяйст­ ва. Синтетические клеи с успехом применяются при из­

ской, судостроительной, а также в других отраслях про­ мышленности.

Во многих случаях соединения на клеях в процессе эксплуатации работают в условиях повышенных тепло­ вых нагрузок, при которых создание нормальных рабо­ чих условий для конструкций требует осуществления интенсивного теплоотвода из рабочей зоны. Однако на­ личие клеевой прослойки между поверхностями склеен­ ных деталей, обладающей меньшей по сравнению с ме­ таллами теплопроводностью, создает дополнительное термическое сопротивление на пути теплового потока. Наличие этого сопротивления приводит к температурно­ му скачку на границе между склеенными поверхностями и соответственно к дополнительному повышению темпе­ ратуры рабочей зоны объекта.

Так, экспериментально установлено, что при плотно­ сти теплового потока порядка 35 -103 Вт/м2 перепад тем­ ператур на границах клеевой прослойки из клея ВК-1 толщиной 0,3 мм составляет 55 °С, а на такой же толщи­ не в монолитном слитке из стали 45 всего лишь 0,219 °С, из дюралюмина Д16 — только 0,056°С. Или, например, термическое сопротивление прослойки на основе клея ВК-1 толщиной 0,3 мм при температуре 373 К состав­ ляет 1,58-10~3 м2-°С/Вт, что эквивалентно сопротивлению слоя стали 45 толщиной 76 мм или слоя дюралюмина Д16 толщиной 296 мм.

Следовательно, термическое сопротивление, создавае­ мое клеевой прослойкой, оказывает существенное влия­ ние на формирование температурных полей конструкций

5

ГЛАВА ПЕРВАЯ

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНИЗМЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА В ЗОНЕ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

1-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Клеями принято называть вещества или смеси ве­ ществ органического или неорганического происхожде­ ния, которые при нагревании или протекании химиче­ ских реакций обычно под некоторым давлением обла­ дают свойством затвердевать и создавать неразъемные соединения из различных материалов. Основной состав­ ной частью клеящего состава является связующее веще­ ство, кроме которого в состав клея могут входить рас­ творитель, пластификатор, отвердитель и наполнитель. В настоящее время химическая промышленность выпу­ скает более ста разновидностей клеев, обладающих са­ мыми разнообразными свойствами. Различают клеи на основе термореактивных и термопластичных полимеров [Л. 1]. Первые создают прочные и теплостойкие соедине­ ния, вторые являются менее теплостойкими. Поэтому в дальнейшем рассматриваются в основном клеи на ос­ нове термореактивных смол. Различают также наполнен­ ные (с наполнителем) и ненаполненные (без наполни­ теля) клеи. Основные характеристики клеев, применяе­ мых в теплонапряженных узлах, а также параметры технологии склеивания приводятся в табл. 1-1—1-4.

В соединениях на клеях характер технологии склеи­ вания обусловливает два вида клеевых прослоек — сплошную и дискретную |[Л. 2, 3]. К первому виду отно­ сятся клеевые соединения, ко второму — клее-механиче- ские (клее-сварные, клее-заклепочные, клее-резьбовые), а также клеевые при наличии мест непосредственного контакта склеиваемых металлических поверхностей.

8

Т а б л и ц а 1-1

Основные характеристики клеев на основе фенолоформальдегидных смол и параметры технологии склеивания

— второй слой

со