WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Пещерова Татьяна Николаевна

Технология формирования и повышения прочности клеевых соединений

деталей машиностроительных конструкций

Специальность 05.02.08 – «Технология машиностроения»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном технологическом университете «Станкин»

Научный руководитель: доктор химических наук, старший научный сотрудник Козлов Г.В.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Ломовской В.А.

кандидат технических наук доцент Симанженков К. А.

Ведущая организация: Государственный научный центр авиационных материалов РФ

Защита диссертации состоится «30» мая 2007 г. в _ часов на заседании диссертационного совета К 212.142.01 в ГОУ ВПО Московском государственном технологическом университете «Станкин» по адресу:

101472, ГСП-4, Москва, К-55, Вадковский пер., д. 3-а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного технологического университета «Станкин»

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим высылать по указанному адресу в диссертационный совет К 212.142.01.

Автореферат разослан «27» апреля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н. Тарарин И.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Исследованию клеевых соединений уделяется большое внимание по следующим причинам. Во-первых, они достаточно широко применяются в различных отраслях промышленности, включая машиностроение (в частности, самолетостроение, вертолетостроение и даже создание деталей космических кораблей). Во-вторых, в области клеевых соединений имеются неясные научные вопросы. Так, в научно-технической литературе нет сведений относительно влияния на прочность клеевых соединений ограничений реакционной усадки связующих. Последняя у реактопластов может достигать 10% от их объема и если ее затруднить, то она может проявиться полностью или частично в появлении в связующих растягивающих напряжений. Не известно, насколько указанные напряжения могут уменьшить прочность клеевых соединений. Это очень важный научный и технический вопрос. И его следовало рассмотреть и решить.





Цель работы. Разработка технологических процессов формирования клеевых соединений деталей машиностроительных конструкций с целью обеспечения их требуемой прочности.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- исследование ненаполненных и высоконаполненных клеевых соединений деталей на основе реактопластов с неподвижными при формировании субстратами, затрудняющими реализацию усадки сшивки клеев;

- исследование причин низкой прочности «голодных» склеек;

- разработка метода неразрушающего контроля клеевых соединений деталей для выявления «голодных» склеек;

- поиск способов увеличения прочности исследуемых клеевых соединений.

Методы исследования. В работе применялись технологические приемы формирования неразъемных клеевых соединений, используемые в машиностроении, научные основы синтеза полимеров, их физических свойств и строения, положения теории прочности и пластичности материалов, газовый закон Бойля, основы гидравлики, в частности, ньютоновское течение жидкости.

Научная новизна работы.

- установлено влияние реакционной усадки сшивки клеев (в случае ее затруднения) на прочность клеевых соединений деталей, заключающееся в увеличении воздушных включений в клеях в процессе их отверждения;

- установлено, что остаточные усадочные напряжения в клеевых швах на основе реактопластов так малы, что не должны снижать прочность клеевых соединений;

- выведена зависимость расстояния затекания мениска клея в глубину шва, влияющего на прочность ненаполненных и высоконаполненных клеевых соединений деталей, от толщины швов, вязкости, усадки, времени отверждения клеев, размера частиц и их объемной доли;

- показано, какие давления необходимо создавать в окружающей газовой среде для формирования более прочных (или необходимой прочности) клеевых соединений деталей в зависимости от их размеров, толщин швов, вязкости и усадки клеев, а также размера и объемной доли частиц наполнителя.

Практическая ценность работы.

- предложена технология формирования клеевых соединений деталей с требуемой прочностью путем регулирования давления окружающей газовой среды;

- повышена прочность электропроводящих клеевых соединений деталей на основании разработанной технологии предварительной обработки частиц наполнителей в шаровой мельнице стальными шариками в растворе поверхностно-активного вещества (ПАВ);

предложен и проверен в производственных условиях метод неразрушающего контроля клеевых соединений деталей с тонкими клеевыми швами, заключающийся в измерении их электрического сопротивления;





- показаны новые конфигурации электропроводящих клеевых соединений деталей, позволяющие повысить их прочность.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на трех ежегодных научных конференциях моделирования МГТУ «Станкин – ИММ РАН»» (Москва 2004-2006); на Международном конгрессе конструкторско-технологической информатики – 2005 (Москва 2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и четырех приложений.

Общий объем работы – 134 страницы текста, включая 53 рисунка, 11таблиц, библиографию из 104 наименований и 4 приложения на 12 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследования, раскрыта научная новизна и практическая ценность работы, указаны методы исследований и уровень обсуждения диссертационных материалов.

В первой главе дан анализ существующих в машиностроении видов неразъемных соединений деталей, перечислены их преимущества и недостатки. Особое внимание уделено технологии склеивания деталей.

Рассмотрен технологический процесс склеивания, группы клеевых материалов, факторы, влияющие на прочность клеевых соединений. Одним из факторов, снижающих их прочность, являются внутренние напряжения, которые могут быть весьма существенными. Показано, что имеющиеся в литературе объяснения причин образования «голодных» склеек имеют противоречия. В литературе нет также данных по влиянию на прочность клеевых соединений на основе реактопластов (смол, т.е. олигомеров) целесообразности проведения диссертационной работы.

В работе в качестве клеев использованы эпоксидные смолы и номерами №1; №2; №3 и №4). Субстраты в виде пластин на сдвиг и грибков на отрыв готовились из стали-3 и алюминиевого сплава Д-16, а также промышленные детали из сплава Д-16 (пластины радиаторов). Наполнители клеевых швов представляли собой металлические порошки из никеля (ПНК1Л5 и ПНК0Т2) и меди (ПМС-1), а также порошок SiO2 (молотый Аналитические весы ВЛА-200; 2.Консольный метод измерения внутренних напряжений клеевых швов (вн); 3.Метод амперметра-вольтметра для измерения электропроводности наполненных клеев; 4. Электрическое сопротивление клеевых швов измеряли омметром Щ-34; 5. При помощи установки исследования полимеров УИП-70М измеряли реакционную усадку клеев (которую определяли также пикнометрическим методом – по плотности исходных и отвержденных образцов) и их коэффициенты термического расширения; 6. Адгезионную прочность клеевых соединений измеряли при помощи разрывных машин МР-05 на отрыв и ИМ-4Р на сдвиг;

7. Электронный сканирующий микроскоп JSM-V-3 (производства Японии) использовался для исследования структуры, формы и размеров частиц наполнителей; 8.Шероховатость поверхностей субстратов определялась при помощи оптического профилографа «Профилометр 252»; 9.Формирование клеевых соединений и измерение низких значений их адгезионной прочности приспособлений и лабораторного адгезиометра.

Во второй главе показано теоретическое исследование поведения клея в ненаполненном и высоконаполненном клеевых швах в процессе их отверждения. Вначале рассмотрена модель (рис.1) ненаполненного клеевого шва, находящегося между неподвижными субстратами (2).

В этом случае в некоторый (i-тый) промежуток времени сшивки клея ' при температуре сшивки tсш на выделенный слой (1) с сечением 2hl будет действовать сила:

где рi=рв - рсл, (рв – давление окружающего воздуха; рсл – среднее значение давления в глубине слоя (где не происходит смещение клея), равное [рв- (iК'], где К – модуль объемной упругости клея, ' – среднее значение доли реакционной усадки (), реализуемой клеем в каждый i-тый промежуток времени). Под действием f1 слой 1 будет смещаться – как бы течь. Допустим, что в каждый промежуток времени ' вязкoсть клея (i) постоянная, а течение слоя 1 ламинарное с постоянной скоростью v. Тогда на слой 1 со стороны соседних (верхнего и нижнего) слоев бесконечно малой толщины dh будут действовать силы трения 2f2, противоположно направленные и в сумме равные f1:

где L0(i) – глубина, в пределах которой слой 1 испытывает смещение.

Учитывая равенство (2),определим дифференциал скорости течения:

Так как скорость течения слоев у стенок плоскостей равна нулю, а вдоль оси ОО1 она максимальна, то в зависимости от расстояния слоев от верхней стенки до оси ОО1 их скорость будет определяться интегралом:

При скорости течения vh через сечение (dh·l) в промежуток времени ' протечет объем клея dVi:

а через сечение (H'·l) за это время протечет объем клея V'i:

Учитывая Н=2Н', для всего слоя по толщине Н получим объем протекающего клея Vi:

Формула (7) относится к каждому i-му промежутку времени. Обычно процесс сшивки клеев до гель-точки протекает за несколько секунд или минут (). Поэтому составит m промежутков времени, каждый из которых мы приравняли к 1с или: '=/m.. Если допустить, что скорость сшивки постоянная, то '=/m. Поэтому вместо (7) получим:

Так как по рис. 1 за время ' затекание слоя в глубину произойдет на расстояние L1( i ), то объем Vi по (8) можно выразить величинами H, L1(i) и l, тогда:

В слое клея длиной L2(i) в конце промежутка времени ' деформация у торца (на границе с воздухом) равна нулю, а в глубине, превышающей L0(i) деформация растяжения равна '. Поэтому среднее значение деформации растяжения по длине L2(i) будет равно 0,5 ' (это нереализованная усадка). В первом приближении на эту же величину усадка отверждения окажется реализованной. Поэтому:

Учитывая (10), вместо (9) можем написать равенство:

K'lH3'(i-0,5)/24L0(1)i = 0,5'L0(i)Hl После упрощения этого равенства получим L0(i), по которому за ' смещается клей:

Учитывая (10), получим расстояние, на которое клей при этом затечет в глубину слоя:

Суммарное затекание за временя сшивки произойдет на глубину L1:

Далее нами рассмотрена модель высоконаполненного клеевого шва.

Ранее показано, что в таких композициях межчастичные пространства упаковок из сферических частиц с радиусом r можно представить системой капилляров с эффективным радиусом rо:

rо=2r(1-)/3, где – объемная доля частиц в композиции. Используя известное уравнение Пуазейля, по аналогии с выводом уравнения (13), нами получено:

где L1' - cуммарное затекание клея за время сшивки в глубину наполненного шва.

Учитывая, что эпоксидные клеи имеют следующие свойства: К2· Па, о изменяется от 0,2 до 8 Па·с, от 0,02 до 0,08 и в точке гелеобразования реализуется примерно до 0,7, а вязкость при этом достигает значения Па·с, изменяется от 60 до 300 с, а в случае наполненных клеевых швов составляет 0,5-0,6, нами по (13) и (14) получены следующие значения L1 и L'1:

Так как оптимальные значения Н клеевых швов составляют 30- мкм, то клеи должны затекать в глубины ненаполненных швов и в капилляры наполненных швов при r от 10 до 100 мкм на 0,5 - 31мм.

В третьей главе экспериментально показано, что при толщинах ненаполненных клеевых швов, не превышающих 300 мкм, и в случаях полимерных композиционных материалов (ПКМ) с частицами, размер которых не больше 50 мкм, затекания клеев в глубину швов и композиций в результате их реакционной усадки не происходит. Поэтому в идеальных ПКМ и клеевых швах должны появиться усадочные напряжения, которые можно вычислить:

где н – нереализованная усадка связующих. К полученным величинам следует добавить значения термических напряжений, возникающих вследствие нереализованной термической усадки Т при охлаждении композиций от температуры стеклования связующих до комнатной температуры tк:

Тогда по (16) и (17) напряжения в отвержденном клее могут достичь значений:

Они сопоставимы с теоретической прочностью на разрыв эпоксидных полимеров, превосходят их реальную прочность, составляющую ~(6080)МПа и должны были бы разрушить клеевые швы и ПКМ. Но так как их разрушения не происходит, то и напряжений в связующих, равных не образуется. Следовательно, необходимо было найти такой (Kн+КТ) механизм сшивки связующих, который устраняет показанное противоречие.

Нами экспериментально установлено, что в клеевых швах и ПКМ имеются воздушные включения, в частности, находящиеся во впадинах микрошероховатостей субстратов и на поверхности частиц наполнителей.

Так, в металлический стакан из стали-3 с внутренней поверхностью, моделирующей поверхность субстратов (Rа=2,39), наливали эпоксидную смолу без отвердителя. При нагревании до 100оС из смолы самопроизвольно удалялись все видимые пузырьки воздуха (рис.2а). Затем стакан со смолой помещался в вакуумный шкаф и в результате вакуумирования (~ до 10-3атм) на стенках и дне стакана появлялись и увеличивались в размерах пузырьки воздуха (рис. 2б).

Следовательно, при р105Па эти пузырьки были настолько малы, что их было не видно невооруженным глазом (т.е. их размер меньше 10-2 мм).

Рис. 2. Схема опыта: 1 – стакан, 2 – смола, 3 – пузырьки воздуха Учитывая результат опыта рис. 2 и литературные данные, мы допустили, что в единице объема исходного клея, находящегося между неподвижными субстратами, суммарный объем воздушных включений равен b. Тогда при tсш и нахождении клея в текучем состоянии в процессе затрудненной реакционной усадки воздушные пузырьки должны расширяться вследствие его контракции (рис. 3). К моменту окончания сшивки в воздушных пузырьках и в связующем установится равновесие:

где p – уменьшение давления в пузырьках воздуха, равное (p2-p1), где p1 – начальное давление воздуха, равное давлению окружающего воздуха (атмосферному), p2 – конечное давление воздуха; – напряжение в клее, равное Kн; н – нереализованная часть усадки клея (н = – р, где р – реализованная часть усадки клея). Учитывая газовый закон Бойля, для единицы объема клея получим:

где р представляет собой уменьшение объема клея (V) вследствие его контракции, а выражение в квадратных скобках равно увеличенному вследствие контракции клея объему воздуха.

Рис. 3. Схема исходного объема пузырька воздуха в клее (а) и расширенного объема этого пузырька воздуха за счет контракции клея (б): 1 – клей, 2 – пузырек воздуха, 3 – субстрат Далее вычислим p2 из (20):

Тогда p равно:

Учитывая (22), по (19) получим:

Так как в дроби квадратных скобок (23) знаменатель всегда больше числителя, то правая часть равенства всегда меньше p1: Кн p1.

Следовательно, в клеевых швах и ПКМ после отверждения при tсш возникнут напряжения Kн, величина которых будет меньше p1, т.е. 105Па. Из (23) найдем н:

где (p1/K)=105/1,5·109=6,75·10-5. Учитывая, что величина в квадратных скобках меньше единицы, получим: н6,75·10-5, следовательно, р.

Другими словами, практически вся контракция клея превращается в прирост объема воздушных включений, а напряжения по (19), (22) и (23) так малы (нК105Па), т.е.:

что не могут разрушить клеевые швы и ПКМ. С другой стороны, т.к. эти напряжения в клеях очень малы, то использование их в уравнениях (13) и (14) вместо K дает соответствующие величины L1 и L'1 примерно в тысячу раз меньшие, чем ранее полученные по указанным уравнениям, а именно:

L1=(0,1-10-2)H и L'1=(6,5·10-2-10-8)r. Поэтому в наших экспериментах мы не наблюдали затекания клеев в глубину швов с неподвижными субстратами и в глубину ПКМ при больших значениях.

Рис. 4. Зависимость адгезионной прочности на сдвиг (сд) клеевых соединений сталь-сталь от толщины швов на основе клея № Рис. 5. Зависимость адгезионной прочности на сдвиг (сд) клеевых соединений сталь-сталь от толщины швов на основе клея № Далее представлены экспериментальные результаты, полученные с целью проверки теоретических выводов (13), (14), (24) и (25). Во-первых, показаны кривые зависимости от толщин швов адгезионной прочности на сдвиг клеевых соединений сталь-сталь с клеем №2 (рис. 4) и клеевых соединений сталь-сталь с клеем №4 (рис. 5). Видно, что при Н15 и Н мкм прочность соответствующих клеевых соединений резко снижается. Клей №2 и №4 отличались тем, что клей №2 сохраняет эластичные свойства до комнатной температуры (Тс = 5оС), а клей №4 является стеклообразным при температурах ниже 90оС (Тс = 90оС). Поэтому в слоях отвержденного клея №2 нет внутренних напряжений, а в слоях связующего №4 они могли достигать 6-8 МПа. Эти результаты указывают на то, что причина низкой термических напряжений.

Рис. 6. Схема клеевого соединения двух стеклянных пластин (1), склеенных клеем №4 (5), контракция которого ограничена проволокой (2); а – до отверждения, вид сбоку; б и в – после отверждения, б – вид сверху; в – вид сбоку; 3 – воздушные пузырьки; 4 – воздушные полости – соединения в виде стеклянных пластин (размером 1290,13 см), сближение которых в процессе реакционной усадки клея было ограничено петлей из тонкой проволоки (d=0,27мм), находящейся между пластинами (рис.6). В этих опытах мы пытались выяснить, как в клее реализуется реакционная усадка, которая по (19) – (23) может приводить к увеличению в них воздушных полостей, на объем, равный Vр. Опыты показали, что всегда в исходном клее были пузырьки воздуха, которые в процессе отверждения укрупнялись в большие по площади полости (до 80-90% от площади контакта клея со стеклом), имеющие форму очень тонких линз. Эти линзы образовывались на границе раздела фаз клей – верхняя пластина. Таким образом, по экспериментальным результатам со стеклянными субстратами становится очевидным, что в прочность клеевых соединений, полученных с ограничением контракции клеев, вносится ослабляющий фактор в виде воздушных полостей (линз).

В случае клеевых соединений металлов с малыми значениями H контракция клеев при отверждении может ограничиваться по двум причинам. Во-первых, сближение субстратов ограничивается их непараллельностью и выступами микрошероховатостей, во-вторых, малы расстояния L1, на которые клей может затекать в клеевые швы вследствие малых значений в них напряжений по (25). При Н10мкм микровыступы субстратов могут упереться друг в друга и ограничить их дальнейшее сближение, вызываемое реакционной усадкой клея. Экспериментально установлено, что как только при формировании под давлением клеевого соединения металл – клей – металл между пластинами появлялся электрический контакт, то прочность склейки после отверждения катастрофически падала до единиц МПа и менее («голодная» склейка) (рис. и 5). В таких случаях значения Н часто были соизмеримы с высотой микровыступов склеиваемых металлических поверхностей.

Найденный нами метод контроля клеевых соединений с тонкими швами был испытан с положительным результатом на предприятии фирмы «Ролсен Инжиниринг» в технологии сборки электронных приборов. На рис.7а показана фотография пластины радиатора, к которой по боковым внешним поверхностям ABCD и, соответствующим BCFE и MEFN, ранее крепились винтами держатели, соединяющие пластину радиатора с электронной платой. В настоящее время винтовые соединения заменены клеевыми (эпоксидными, включая предложенный нами клей №2) (рис. 7б).

Это позволило сделать сборку приборов более технологичной, а крепление указанных деталей более надежным.

Рис. 7. Пластина радиатора электронных схем: а – вариант крепления держателей винтами по отверстиям; б – вариант клеевого На рис.8 представлены кривые адгезионной прочности клеевых соединений сталь-сталь, выполненных клеем № 3, в зависимости от степени его наполнения () порошками никеля (ПНК0Т2) и меди (ПМС-1). Видно, что в области наполнений клеев от = 0,3 до = 0,6, когда значения их коэффициентов термического расширения и электрического сопротивления (), определенных нами, становятся достаточно низкими и более приемлемыми для эксплуатации в контактах с металлами, прочность клеевых соединений на их основе резко снижается. Для проверки нашего вывода об образовании воздушных включений в наполненных клеевых швах, снижающих прочность клеевых соединений, исследовано содержание воздушных включений (в) в наполненных композициях в зависимости от объемной доли в них наполнителей -.

На рис. 9 представлена зависимость в от для ПКМ, наполненных порошком ПМС-1 (кр.1), порошком никеля ПНКОТ2 (кр.2) (на основе клея №3) и порошком никеля ПНК1Л5(кр.3) (на основе клея №2). Видно, что при 0,4, когда в ПКМ образуются физически устойчивые каркасы из частиц наполнителей, в них резко увеличиваются воздушные включения в, образующиеся за счет реакционной усадки клеев, и, вероятно, именно это ведет к снижению прочности клеевых соединений (рис. 8). Так как поверхность частиц карбонильного никеля достаточно шероховатая и имеет открытые поры (рис.10 а), то мы предположили, что если на поверхности частиц ПНК0Т2 не будет шероховатости и пор, то в в ПКМ с таким порошком будет меньше, а прочность клеевых соединений на их основе возрастет.

сд, МПа Рис. 8. Зависимость адгезионной прочности на сдвиг (сд) клеевых соединений сталь-сталь от степени наполнения швов из клея №3 порошками никеля (кр.1) и меди (кр.2) Рис. 9. Зависимость объемной доли воздушных включений ПКМ в от степени их наполнения () порошками меди (кр.1), никеля ПНКОТ2 (кр.2) (на основе клея №3) и никеля ПНК1Л5 (кр.3) (на Для «заклепки» открытых пор частиц ПНКОТ2 нами разработана специальная технология обработки порошка карбонильного никеля ПНК0Т2.

Такую обработку называют полировкой порошка. Опытным путем были подобраны: соотношения масс порошка и стальных шариков определенного диаметра; химический состав среды обработки – растворителя и ПАВ; объем и размеры барабана шаровой мельницы; скорость и время вращения барабана. В результате обработки в шаровой мельнице частицы порошка ПНКОТ2 становились гладкими, не содержащими открытых пор (рис. 10 б).

Рис. 10. Фотографии порошков карбонильного никеля ПНК0Т2 исходного (а) и модифицированного (ПНК0Т2мод) на средней стадии На рис. 11. для ПКМ, наполненных порошком ПНКОТ2мод, построена кривая 2. На этом же рисунке для сравнения с кривой 2 показана кривая (взятая немодифицированным порошком ПНКОТ2. Сравнение кривых 1 и указывает на то, что воздушных включений в ПКМ с порошком ПНКОТ2мод меньше, чем в ПКМ с порошком ПНКОТ2. Для проверки предположения о влиянии воздушных включений на прочность наполненных клеевых соединений получена зависимость величин прочности (сд) склеек сталь-клей №3-сталь от степени наполнения клея №3 порошком ПНКОТ2мод, представленная на рис.12 в виде кривой 2. Там же для сравнения находится кривая 1, взятая с рис.8. Видно, что при всех одинаковых 0,3 клеевые соединения с модифицированным порошком имеют более высокую прочность. При этом различие в прочности при 0,4 достигает 100% и более от прочности клеевых соединений с немодифицированным наполнителем.

0, 0, 0, 0, Рис. 11. Зависимость объемной доли воздушных включений ПКМ на основе клея №3 в от степени их наполнения () порошками ПНКОТ2(кр.1) и ПНКОТ2мод (кр.1 и 2) Рис. 12. Зависимость адгезионной прочности на сдвиг (сд) клеевых соединений сталь-сталь от степени наполнения () клеевых композиций на основе клея №3 порошками ПНКОТ2 (кр.1) и Таким образом, в случае карбонильных порошков различных металлов их пористость можно уменьшить механической обработкой в шаровой мельнице, используя разработанную нами технологию.

В четвертой главе рассмотрен один из подходов к объяснению экстремальной зависимости ад от, заключающийся в использовании теории разрушения твердых тел. Согласно теории разрушения Гриффита (линейная упругая механика разрушения (ЛУМР)), в напряженном теле вначале возникает дефект (например, трещина), длина которого с. В дальнейшем, с ростом напряжения размер трещины монотонно растет и на последней прорастание трещины через твердое тело – т.е. разрушение материала.

Известно уравнение Гриффита, показывающее зависимость разрушающего напряжения Р от длины дефекта с:

где Е – модуль Юнга материала, а Р – энергия, поглощаемая в процессе образования единицы новой поверхности при росте дефекта, называемая геометрическая константа, зависящая от формы и размеров образца материала.

По (26) можно вычислить, каковы должны быть размеры дефектов в случае р(т)=0,1Е – теоретической прочности клеевых швов. Так как Р должно возрасти в n раз, то вместо (26) получим:

где с(n) – размер дефекта в случае р(т)= 0,1Е. Очевидно, что с(n)=c/n2, т.к.

только тогда Р возрастет в n раз.

Так как нами показано, что дефектами, уменьшающими прочность клеевых соединений и ПКМ, являются воздушные включения, то с целью уменьшения их объема (и размеров), а, следовательно, увеличения прочности указанных материалов и соединений, представляется возможным использование высокого давления окружающей газовой среды при их формировании. Действительно, учитывая газовый закон Бойля и допуская, что форма воздушных включений сферическая (r=c/2), вычислим, при каком давлении окружающей газовой среды надо формировать образцы, чтобы размер воздушных пузырьков в них уменьшился в n2 раз по (27):

где р1 – давление, равное 1атм, V1 – объем воздушного включения, размер которого с, V2 – объем воздушного включения, размер которого с(n), p2 – давление газовой среды, которое надо создать вокруг образцов с тем, чтобы их воздушные включения уменьшились в размере от с до с(n). Из (28) получим:

Из (29) следует, что для увеличения Р в 3 раза, надо увеличить давление в раз, т.е. в 729 раз (р2=729атм). Сформированные при таком давлении образцы эпоксидного полимера должны по (26) обладать прочностью на разрыв близкой по значению к теоретической, т.е. составлять примерно 300МПа.

Очевидным является и тот факт, что для предотвращения образования и роста вследствие реакционной усадки воздушных полостей в клеевых швах и ПКМ их формирование следует проводить при высоких значениях давления окружающей среды (р2) с тем чтобы выполнялись уравнения (13) и (14). В каждом конкретном случае р2 следует вычислять, исходя из свойств клеев, и размера частиц наполнителей, толщин и площадей клеевых швов.

Так, для «голодных» и подобных им склеек с неподвижными субстратами рассмотрим выведенное уравнение (13):

Если в (13) вместо рi=(i-0,5)К' в каждый i-тый момент времени будет действовать давление окружающей газовой среды, равное р2, то глубину затекания L1 по (13) можно представить следующим выражением:

С учетом '=/m и '=/m получим С другой стороны L1 можно вычислить, учитывая объем клеевого шва (V=(d/2)2H) и :

где d/2 - радиус склеиваемых площадей субстратов, имеющих, например, форму дисков.

Приравнивая уравнения (31) и (32), получим:

Производя вычисления, найдем р Аналогичные вычисления проведем для наполненных полимерных композиций. Подставив в (14) давление окружающей газовой среды р2, получим:

Так как по (32) L1=d/4, то подставляя это выражение в (38), получим:

Производя вычисления, получаем давление окружающей газовой среды р2, при котором возможно затекание связующего в глубину ПКМ на расстояние L'1:

Так как создавать большие значения давления окружающей газовой среды р2 при формировании клеевых соединений технически достаточно соединений, чтобы значения р2 были небольшими. Тогда в соответствии с (33) толщины клеевых ненаполненных швов должны быть большими, а их рекомендовать для применения следующие конструкции токопроводящих клеевых соединений (рис. 13).

В этих случаях, при больших значениях Н, клеи при усадке смогут затекать в глубину клеевых швов в соответствии с их. При этом только небольшая доля площади субстратов (S) окажется свободной от связующих (S) и это существенно не уменьшит прочность клеевых соединений. В случае конструкций клеевых соединений рис. 13б адгезионно слабыми участками будут небольшие по площади участки, контактирующие с ЭПК.

Это также существенно не ослабит клеевые швы, а проводимость их будет обеспечена.

Рис. 13. Схемы некоторых конструкций токопроводящих клеевых соединений: а – клеевое соединение с ограничителями (в виде выступов по краям субстратов, обеспечивающие большие значения Н клеевых швов) сближения субстратов в процессе сшивки клея; б – клеевое соединение с добавлением небольших количеств в клеевой шов электропроводящих полимерных композиций - ЭПК, создающих электрический 1. Предложена технология формирования клеевых соединений деталей с требуемой прочностью путем регулирования давления окружающей газовой среды.

2. Повышена прочность электропроводящих клеевых соединений деталей на основании разработанной технологии предварительной обработки частиц наполнителей в шаровой мельнице стальными шариками в растворе поверхностно-активного вещества.

3. Предложен и проверен метод неразрушающего контроля клеевых соединений деталей с тонкими клеевыми швами, заключающийся в измерении электрического сопротивления между деталями.

4. Установлено влияние реакционной усадки сшивки клеев в случае ее затруднения на прочность клеевых соединений деталей, заключающееся в увеличении воздушных включений в клеях в процессе их отверждения.

5. Установлено, что остаточные усадочные напряжения в клеевых швах на основе реактопластов так малы, что не должны снижать прочность клеевых соединений деталей.

6. Выведена зависимость расстояния затекания мениска клея, влияющей на прочность ненаполненных и высоконаполненных клеевых соединений деталей от толщины швов, вязкости, усадки, времени отверждения клеев, размера частиц и их объемной доли.

7. Показано, какие давления необходимо создавать в окружающей газовой среде для формирования более прочных клеевых соединений деталей в зависимости от их размеров, толщин швов, вязкости и усадки клеев, а также размера и объемной доли частиц наполнителя.

8. Показаны новые конфигурации клеевых соединений деталей, включая электропроводящие, позволяющие повысить их прочность.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих 1. Пещерова Т.Н. Моделирование реакционной усадки связующего клеевого шва ньютоновским течением. VII-я Научная конференция МГТУ «Станкин» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин» - ИММ РАН», Сборник статей, с. 186-189, М. МГТУ «Станкин», 2004.

2. Козлов Г.В., Пещерова Т.Н. Моделирование реакционной усадки связующего высоконаполненного клеевого шва ньютоновским течением.

VIII-я Научная конференция МГТУ «Станкин» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин» - ИММ РАН», Сборник статей, с. 185-187, М. МГТУ «Станкин», 2005.

3. Козлов Г.В., Пещерова Т.Н. Теоретическое обоснование одной из причин образования ослабленных клеевых соединений и его экспериментальная проверка на модели. VIII-я Научная конференция МГТУ «Станкин» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин» - ИММ РАН», Сборник статей, с. 188-190, М. МГТУ «Станкин», 2005.

4. Козлов Г.В., Пещерова Т.Н. Некоторые факторы, влияющие на прочность наполненных полимерных материалов и клеевых соединений.

Международный конгресс конструкторско-технологическая информатика – 2005, Сборник статей, М. МГТУ «Станкин».– с. 177-181, 5. Козлов Г.В., Пещерова Т.Н., Проскурина Т.Н., Разводова Н.М.

Анализ одного из способов повышения прочности высоконаполненных полимерных материалов и клеевых соединений. IX-я Научная конференция моделирования МГТУ «Станкин» - ИММ РАН», Сборник статей, с. 207-210, М. МГТУ «Станкин», 2006.

особенностей и технологических параметров формирования клеевых соединений на их прочность. «Технология машиностроения», 2007, №4, с.

29-31.

7. Пещерова Т.Н., Козлов Г.В. Зависимость прочности клеевых соединений от конструктивных особенностей и технологических параметров их формирования. «Сварочное производство», 2007, №4, с. 25-27.



 
Похожие работы:

«ГУСЬКОВА ЕЛЕНА ВАЛЕРЬЕВНА ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ ЦЕЛЬ НЫХ ЧЕРВЯЧНО-МОДУЛЬНЫХ ФРЕЗ НА ОСНОВЕ УСТАНОВЛЕНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЛИЯНИЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ПЕРЕДНИХ УГЛОВ НА ТОЧНОСТЬ ПРОФИЛЯ ЗУБЬЕВ ПРЯМОЗУБЫХ КОЛЕС Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ульяновск – 2012 Работа выполнена на кафедре Математическое моделирование технических систем Федерального...»

«Нафиз Камал Насереддин ОРГАНИЗАЦИЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕРСПЕКТИВНОГО КОМПЛЕКСА ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ (на примере Палестины) Специальность: 05.02.22 – Организация производства (строительство) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2007 2 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете (ГОУ ВПО МГСУ). Научный...»

«Малкин Илья Владимирович Разработка технических средств снижения шумовых излучений системы газообмена двигателя легкового автомобиля 05.04.02 - Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2014 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тольяттинский государственный университет на кафедре Управление промышленной и экологической безопасностью. Научный...»

«БАЧУРИН Александр Борисович ГИДРОАВТОМАТИКА РЕГУЛИРУЕМОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ (РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ) Специальность: 05.04.13 – Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук УФА 2014 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет на кафедре прикладной гидромеханики Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Целищев Владимир Александрович...»

«КАНАТНИКОВ НИКИТА ВЛАДИМИРОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗУБОСТРОГАНИЯ ПРЯМОЗУБЫХ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Орел - 2014 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс...»

«ШАЛЫГИН МИХАИЛ ГЕННАДЬЕВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ ТОРЦОВЫХ ПАР ТРЕНИЯ БИТУМНЫХ ШЕСТЕРЕННЫХ НАСОСОВ Специальность 05.02.04 – Трение и износ в машинах АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Брянск – 2010 2 Работа выполнена на кафедре Управление качеством, стандартизация и метрология ГОУ ВПО Брянский государственный технический университет доктор технических наук, профессор Научный руководитель Горленко Олег Александрович доктор...»

«АХТАРИЕВ РУСЛАН ЖАУДАТОВИЧ РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ ЦИФРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ВЫСОКОКОНТРАСТНОГО ОБЪЕКТА Специальность 05.02.13. – Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2010 г. Работа выполнена на кафедре Технология допечатных процессов в ГОУВПО Московский государственный университет печати доктор технических наук, Научный руководитель профессор Винокур Алексей...»

«Рожкова Елена Александровна ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОФИЛЬНЫХ НЕПОДВИЖНЫХ НЕРАЗБОРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С РАВНООСНЫМ КОНТУРОМ С НАТЯГОМ Специальность 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Чита – 2014 2 Работа выполнена в Забайкальском институте железнодорожного транспорта филиале федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального...»

«ПЛОТНИКОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЕЙ ПУТЕМ СОЗДАНИЯ НОВЫХ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТОПЛИВОПОДАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ Специальность: 05.04.02 - тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Нижний Новгород 2011 2 Работа выполнена в Кировском филиале Московского государственного индустриального университета Научный консультант : доктор технических наук, профессор Карташевич...»

«Галкин Денис Игоревич РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ БЕЗОБРАЗЦОВОЙ ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКИ ПОВРЕЖДЕННОСТИ МЕТАЛЛА ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ Специальность: 05.02.11 – методы контроля и диагностика в машиностроении АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 Работа выполнена на кафедре технологий сварки и диагностики в Московском государственном техническом университете им. Н.Э.Баумана....»

«СЛОБОДЯН Михаил Степанович СТАБИЛИЗАЦИЯ КАЧЕСТВА СОЕДИНЕНИЙ ПРИ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ МИКРОСВАРКЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЦИРКОНИЕВОГО СПЛАВА Э110 Специальность 05.03.06 – Технологии и машины сварочного производства АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул – 2009 Работа выполнена на кафедре Оборудование и технология сварочного производства Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Томский политехнический университет...»

«АБДУЛИН Арсен Яшарович МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ВОДОМЕТНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ СКОРОСТНЫХ СУДОВ Специальность: 05.04.13 – Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа – 2014 Работа выполнена на кафедре Прикладная гидромеханика Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический...»

«Сахаров Александр Владимирович УСТАНОВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СТАНКОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОСНОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2012 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования...»

«Деменцев Кирилл Иванович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СВАРОЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИНВЕРТОРНОГО ТИПА ЗА СЧЕТ МОДУЛЯЦИИ СВАРОЧНОГО ТОКА Специальность 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул - 2010 Работа выполнена в ГОУ ВПО Национальный исследовательский Томский политехнический университет Научный руководитель – кандидат технических наук, доцент КНЯЗЬКОВ Анатолий Федорович...»

«Савченко Андрей Владимирович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СКВАЖИННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ГИДРОИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГОРНЫЕ ПОРОДЫ ПРИ ДОБЫЧЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Специальность: 25.00.22 – Геотехнология (подземная, открытая и строительная) 05.05.06 – Горные машины АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2009 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте горного дела Сибирского отделения РАН академик РАН, профессор Научный...»

«ЗОЛОТАРЁВА ОЛЬГА ВИКТОРОВНА ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА САМООРИЕНТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ НА ОСНОВЕ ВЫЯВЛЕННЫХ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ, ДЕЙСТВУЮЩИХ В ПРОЦЕССЕ ИХ ПОШТУЧНОЙ ВЫДАЧИ ИЗ БУНКЕРА Специальность 05.02.08 Технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2006 4 Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Ковровская государственная...»

«Грановский Андрей Владимирович РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ СТУПЕНЕЙ ОХЛАЖДАЕМЫХ ГАЗОВЫХ ТУРБИН Специальность 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные установки АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2011 Работа выполнена в Московском Энергетическом Институте (Техническом университете) Официальные оппоненты : доктор технических наук профессор Зарянкин А. Е. доктор технических наук...»

«УДК 621.87+541.6:678.02 Рыскулов Алимжон Ахмаджанович НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ НАНОКОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ И МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ 05.02.01 – Материаловедение в машиностроении АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Ташкент - ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы....»

«КОРОБОВА Наталья Васильевна НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПЛОТНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ ОБРАБОТКОЙ ДАВЛЕНИЕМ НА ПРЕССАХ Специальность 05.03.05 - Технологии и машины обработки давлением АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2009 Работа выполнена в Московском государственном техническом университете имени Н.Э.Баумана. Официальные оппоненты : д. т. н., проф. Смирнов...»

«БЕЛОКОПЫТОВ ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОКОВОК СЛОЖНОЙ ФОРМЫ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДА ГРУППОВОЙ ШТАМПОВКИ Специальность 05.02.09 – Технологии и машины обработки давлением Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2010 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном технологическом университете Станкин Научный...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.