CC BY
328
КЛЕЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ КЛЕЕВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ КОМБИНИРОВАННЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ
ПОЛЯМИ*
ADHESIVE JOINTS OF CONSTRUCTIONS ON THE BASIS OF GLUES MODIFIED BY
COMBINED PHYSICAL FIELD*
Попов В.М., Новиков А.П., Кондратенко И.Ю., Клюквин А.А.
Popov V.M., Novikov A.P., Kondratenko I.Yu, Klyukvin A.A.
(ВГЛТА, г. Воронеж, РФ) (VSAFT, Voronezh, RF)
Предлагается метод получения модифицированных клеев, в основу которого заложен эффект микроструктурных преобразований полимерной матрицы при воздействии комбинированным физическим полем. Клеевые соединения на основе этих клеев обладают повышенной прочностью соединений и теплопроводностью клеевой прослойки.
We propose a method of modified adhesives production, on the basis of the effect of microstructural changes of the polymer matrix under the influence of a combined physical field. The adhesive compound on the basis of these adhesives have high strength ofjoints and higher thermal conductivity of the adhesive layer.
Ключевые слова: электротермоволновое поле, напряженность, клеевое соединение, наполнитель.
Key words: electrothermic wave field, intensity, adhesive joint, filler.
В настоящее время клеящие материалы на основе синтетических полимеров приобретают все возрастающее значение для таких наукоемких областей техники, как авиация, космонавтика, радиоэлектроника, энергетика, транспорт. В зависимости от условий эксплуатации к клеевым соединениям на основе полимерных клеев предъявляются требования по повышению их прочности [1] или созданию клеевых прослоек повышенной теплопроводности [2]. Применяемые на сегодняшний день технологии склеивания и марки клеев ни всегда удовлетворяют указанным требованиям, предъявляемым к склеенным конструкциям технических систем.
Наступил момент, когда требуется переход к созданию клеев с заранее сориентированной структурой полимерного компонента клея на наноуровне. Ранее предложены и реализованы методы получения клеевых соединений повышенной прочности и теплопроводности путем воздействия на неотвержденный клей магнитным или электрическим полем [3,4]. В данном случае предлагается более интенсивный комбинированный метод воздействия на клей. Совершенно очевидно, что для получения информации о влиянии комбинированного элек-тротермоволнового поля на полимерный компонент клея следует провести физический эксперимент. Для этих целей использовались установки для электрической и волновой обработки клеев.
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (код проекта №10-08-00087)
Электрическую обработку клея осуществляли на установке, состоящей из высоковольтного выпрямителя, батареи конденсаторов и магазина сопротивлений, позволяющих преобразовывать электрический ток в межэлектродном пространстве до напряженности более 2005 / см. Конструкция рабочей ячейки позволяет регулировать расстояние между электродами и таким образом дополнительно изменять напряженность поля. В качестве стенда для волновой обработки образцов использовался виброгрохот модели ПЭ-6800, позволяющий создавать частоту колебаний рабочего стола от 15 до 70 Гц с амплитудой колебаний от 0,25 до 1,5 мм.
Исследовался клей марки ВК-9. Для повышения теплопроводности клеевых прослоек в полимерный компонент клея вводились наполнители в виде латунного порошка дисперсностью 1,8...2,4мкм и алюминиевой пудры дисперсностью 1,4...1,6мкм. Затем в полученную композицию вводился отвердитель и полученный клей помещался между металлическими дисками диаметром 30мм и толщиной 10мм. С помощью специальных ограничителей выдерживалась толщина клеевой прослойки в пределах 1мм. Подготовленный образец затем подвергался обработке вначале волновым, а затем электрическим полем в течение 10 - 15 мин при заданной частоте колебаний, напряженности электрического поля и температуре образца в пределах 500С. Полученные образцы выдерживались при температуре 400С в течение суток, после чего клеевые прослойки ис-пытывались на теплопроводность. Коэффициент теплопроводности находился на установке, функционирующей по методу двух температурно-временных интервалов [5]. Полученные в процессе исследований результаты представлены в табл.1.
Таблица 1 - Зависимость теплопроводности обработанных в электротермо-волновом поле неотвержденных клеевых прослоек на основе клея ВК - 9 с наполнителем в виде алюминиевой пудры и латунного порошка от напряженности электрического поля, частоты механических колебаний и концентрации наполнителя
Концентрация наполнителя К,% от объема полимера Частота механических колебаний, Гц Коэффициент теплопроводности Л, Вт / м ■ К при напряженности электрического поля Е, В / см
100 300 820 1600 1800
а) латунный порошок
10 10 0,38 0,46 0,51 0,6 0,62
20 0,43 0,56 0,61 0,73 0,75
30 0,48 0,61 0,7 0,82 0,93
40 0,51 0,67 0,75 0,82 0,93
10 20 0,46 0,51 0,58 0,67 0,73
20 0,51 0,58 0,64 0,72 0,82
30 0,57 0,64 0,71 0,79 0,87
40 0,62 0,71 0,79 0,85 0,97
б) алюминиевая пудра
10 10 0,46 0,55 0,63 0,75 0,82
20 0,51 0,59 0,68 0,78 0,87
30 0,57 0,66 0,78 0,87 0,92
40 0,62 0,74 0,84 0,91 1,12
10 20 0,54 0,63 0,72 0,84 0,91
20 0,59 0,67 0,79 0,86 0,95
30 0,62 0,71 0,83 0,89 1,11
40 0,67 0,78 0,88 0,97 1,26
Как видно из табл.1, воздействие электротермоволновым полем на наполненные клеевые прослойки приводит к повышению их теплопроводности до Л = 1,26Вт/ м ■ К при концентрации алюминиевой пудры в 40% от объема полимера при напряженности электрического поля в 1800В / см и частоте механических колебаний в 20 Гц. В отличие от метода, основанного на воздействии магнитным полем на наполненную клеевую прослойку [5], где в качестве наполнителя могут быть использованы только ферромагнетики, в данном случае диапазон использования наполнителей различной природы значительно шире.
Особый практический интерес представляет вопрос по влиянию воздействия электротермоволновым полем на прочность клеевых соединений. Воздействию комбинированным полем подвергались полимерные компоненты клеев ВК - 9 и К -153. Температура обрабатываемых образцов не превышала 20 мин. После обработки в комбинированном поле полимерный компонент соединялся с отвердителем и полученная композиция наносилась на гостированные образцы из Стали 2. После отверждения клеевых прослоек образцы испытывались на разрывной машине МИ - 20 на пределы прочности при равномерном отрыве и при сдвиге на сжатие. Результаты испытаний приведены в табл.2
Таблица 2- Зависимость предела прочности клеевых соединений на равномерный отрыв и сдвиг от напряженности электрического поля и частоты механических колебаний при воздействии электротермоволновым полем на клей
Марка клея Напряженность Частота механи- Прочность на Прочность на
электрического ческих колеба- равномерный сдвиг т, МПа
поля Е, В / см ний, Гц отрыв а, МПа
ВК - 9 0 0 16,3 13,0
ВК - 9 300 10 19,5 14,2
ВК - 9 820 10 21,4 17,4
ВК - 9 1600 10 23,4 18,9
ВК - 9 1800 10 25,8 19,9
ВК - 9 300 20 20,2 15,0
ВК - 9 820 20 22,8 18,0
ВК - 9 1600 20 24,6 19,2
ВК - 9 1800 20 26,4 20,4
К - 153 0 0 10,5 6,3
К - 153 300 10 12,4 8,2
К - 153 1600 10 14,9 9,6
К - 153 1800 10 15,3 10,2
К - 153 300 20 13,2 11,0
К - 153 820 20 14,4 11,8
К - 153 1600 20 15,3 12,4
К - 153 1800 20 16,0 13,8
Из представленных в табл.2 опытных данных видно, что для двух исследуемых клеев ВК - 9 и К - 153 воздействие на клей электротермоволновым полем значительно повышает прочность клеевых соединений. Так, для соединения на основе клея ВК - 9 при обработке в электрическом поле напряженностью Е = 18005 / см и волновом поле с частотой механических колебаний в 20 Гц предел прочности на равномерный отрыв повышается с 16,3 МПа до 26,4 МПа и предел прочности на сдвиг соответственно с 13,0 МПа до 20,4 МПа. Подобный эффект просматривается и для клея марки К - 153.
В заключение следует отметить, что предлагаемый метод создания клеевых соединений для теплонапряженных технических систем, испытывающих повышенные механические нагрузки, может найти широкое применение в различных отраслях техники.
Список использованных источников
1. Кейгл, Ч. Клеевые соединения [Текст] / Ч. Кейгл.-М.: Мир, 1971.-205с.
2. Попов В.М. Теплообмен через соединения на клеях [Текст] / В.М. Попов. - М.: Энергия, 1974. - 304 с.
3. Попов, В.М. Влияние магнитного и электрического полей на прочность клееной древесины [Текст] / В.М. Попов, М.А. Шендриков, А.В. Иванов, А.В. Жабин / Вестник МГУЛ «Лесной вестник». 2009. - №4.- С. 122-126.
4. Попов, В.М. Технология получения теплопроводных полимерных композиционных материалов повышенной прочности путем модифицирования физическими полями [Текст] // В.М. Попов, А.П. Новиков, Е.Н. Лушникова / Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. 2011.-№1.-С.72-77.
5. Попов, В.М. Теплопроводность дисперсно-наполненных полимерных материалов, подвергнутых воздействию физических полей [Текст] // В.М. Попов, А.П. Новиков / Тепловые процессы в технике. 2009. - Т.1.-№4.-С.148 -151.
