Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса о теплофизических свойствах полимерных прослоек клеевых соединений 10
1.1. Современные представления о механизме теплопроводности в полимерах 10
1.2. Теплопроводность полимеров, подвергнутых механическому воздействию 12
1.3. Теплофизические свойства полимерных покрытий и прослоек клеевых соединений 19
1.4. Выводы, цель работы и задачи исследований 24
ГЛАВА 2. Моделирование процесса теплопереноса в полимерных прослойках клеевых соединений 26
2.1. Модель процесса формирования теплопроводящих молекулярных структур в полимерных ненаполненных прослойках клеевых соединений 26
2.2. Тепловая проводимость полимерных прослоек клеевых соединений 28
2.3. Выводы 39
ГЛАВА 3. Постановка, программа и методика экспериментальных исследований 40
3.1. Характеристика и программа экспериментальных исследований 40
3.2. Объекты исследований 41
3.3. Планирование эксперимента 42
3.4. Методика и установка для исследования коэффициентов теплопроводности и температуропроводности полимерных прослоек в клеевых соединениях 44
3.5. Методика и установка для исследования внутренних напряжений в клеевых прослойках соединений 52
3.6. Статистическая обработка результатов исследований и определение погрешности 63
3.7. Выводы 66
ГЛАВА 4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований 67
4.1. Теплофизические свойства клеевых прослоек на основе аморфных полимеров 67
4.2. Теплофизические свойства клеевых прослоек на основе кристаллических полимеров 76
4.3. Теплофизические свойства клеевых прослоек на основе полимеров с дисперсным наполнителем 79
4.4. Теплофизические свойства клеевых прослоек соединений в процессе их эксплуатации 88
4.5. Выводы 94
ГЛАВА 5. Тепловой метод неразрушаюшего контроля качества клеевых соединений 95
5.1. Тепловая диагностика макродефектов в соединениях на клеях 95
5.2. Тепловая диагностика прочности соединений на клеях при наличии в клеевых прослойках микродефектов 99
5.3. Тепловой метод неразрушающего контроля прочности клеевых соединений 107
5.4. Выводы 113
Основные результаты и выводы 114
Список использованной литературы
- Теплопроводность полимеров, подвергнутых механическому воздействию
- Тепловая проводимость полимерных прослоек клеевых соединений
- Методика и установка для исследования коэффициентов теплопроводности и температуропроводности полимерных прослоек в клеевых соединениях
- Теплофизические свойства клеевых прослоек на основе кристаллических полимеров
Введение к работе
Актуальность темы. Достижения химии в области синтеза полимерных клеев позволяют широко использовать их в различных отраслях техники [1-3]. Особенно часто применяются полимерные клеи при создании неразъемных соединений металлических конструкций в авиационной, космической технике, в системах связи, радиоэлектронике, аппаратах малой энергетики и других наукоемких отраслях.
Во многих случаях в процессе эксплуатации технических систем с клеевыми соединениями через прослойки из полимерных клеев проходят тепловые потоки достаточно большой плотности. При проектировании таких систем требуется информация о теплопроводности и температуропроводности непосредственно клеевых прослоек. Традиционный подход к методике расчета процессов теплопереноса через клеевые прослойки, когда используются табличные данные теплофизических характеристик клеевой композиции, представляется не корректным. В этом случае клеевую прослойку нельзя рассматривать как гомогенную систему, характерную для блочных полимеров. С феноменологической позиции клеевая прослойка в отвержденном состоянии между склеенными поверхностями субстратов представляет собой гетерогенную систему, в которой проявляется эффект анизотропии, в частности, теплопроводности [4], определяемый воздействием внутренних напряжений, растягивающих макромолекулы полимера в плоскости клеевого шва.
Современное состояние теории физики полимеров не позволяет получить расчетные зависимости, описывающие процесс теплопроводности в полимерных системах с гетерогенной структурой (вытянутые пленки, полимерные покрытия, клеевые прослойки). Поэтому моделирование процессов теплопереноса через клеевые прослойки может быть реализовано лишь путем проведения комплексных экспериментальных исследований теплофизических свойств и внутренних напряжений в процессе формирования клеевых соединений.
С другой стороны, установив взаимосвязь теплофизических характеристик и внутренних напряжений, можно решить задачу по разработке теплового метода неразрушающего контроля качества клеевых соединений.
Решение отмеченной выше проблемы осуществлялось автором в рамках выполнения работ по научно-технической программе «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», тема «Исследование и разработка технологии получения тонкослойных полимерных материалов с повышенной теплопроводностью» (номер государственной регистрации 08.02.052).
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является исследование и разработка модели процесса теплопереноса через клеевые прослойки путем установления взаимосвязи теплофизических характеристик прослоек с их внутренними напряжениями, позволяющей разработать тепловой метод неразрушающего контроля качества клеевых соединений.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие научные и практические задачи: разработка модели процесса теплопереноса через клеевые прослойки на основе аморфных и кристаллических полимеров; экспериментальное исследование характера изменения теплофизических характеристик и внутренних напряжений клеевых прослоек в зависимости от природы субстратов и адгезива и технологии склеивания в процессе формирования и эксплуатации клеевых соединений; экспериментальное исследование характера изменения теплофизических характеристик и внутренних напряжений клеевых прослоек на основе наполненных полимеров; разработка основ теплового метода неразрушающего контроля качества клеевых соединений.
Научная новизна работы,
Предложена модель теплопереноса через клеевые прослойки, учитывающая эффект анизотропии теплофизических свойств, вызванной развитием внутренних напряжений.
Получены расчетные уравнения, позволяющие определять тепловую проводимость клеевых прослоек разной толщины, при различной геометрии склеиваемых поверхностей, природы субстратов и адгезива.
Экспериментально установлена взаимосвязь в характере изменения теплофизических характеристик и внутренних напряжений клеевых прослоек на основе различных по природе и составу полимеров в процессе формирования и эксплуатации клеевых соединений, позволяющие осуществлять тепловой неразрушающий контроль качества клеевых соединений.
Указанные составляющие научной новизны являются положениями, выносимыми на защиту.
Практическая значимость и реализация результатов. Приведенные в работе результаты исследований позволяют в производственных условиях:
Определять теплофизические характеристики непосредственно клеевых прослоек в зависимости от природы субстратов и адгезива и технологии склеивания в процессе формирования и эксплуатации клеевых соединений.
Рассчитывать тепловую проводимость клеевых прослоек соединений с поверхностями субстратов различной геометрии.
Установленные в работе корреляционные связи теплофизических характеристик с внутренними напряжениями клеевых прослоек позволяют создавать соединения с заданными свойствами и осуществлять с помощью теплового метода неразрушающий контроль качества клеевых соединений.
Результаты исследований получили внедрение при выполнении работ по научно-технической программе «Научные исследования высшей школы в области приоритетных направлений науки и техники», подпрограмма «Новые материалы».
Результаты работы непосредственно используются при проведении практических занятий по дисциплине «Теплотехника» на кафедре энергетики и гидравлики Воронежской государственной лесотехнической академии.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены на Международной молодежной научной конференции «XII Тупо-левские чтения» (Казань, 2004), Международной научно-практической конференции «Интеграция фундаментальной науки и высшего оборудования по проблемам ускоренного воспроизводства, использования и модификации древесины» (Воронеж, 2000), Всероссийской научно-практической конференции «Интеграция науки, оборазования и производства для развития лесного хозяйства и лесопромышленного комплекса» (Воронеж, 2004), на научных конференциях Воронежской государственной лесотехнической академии (2002,2003, 2004 г.г.).
Тематика исследований входит в ежегодные планы научно-исследовательской работы кафедры энергетики и гидравлики Воронежской государственной лесотехнической академии.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано б печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 153 страниц, основное содержание работы изложено на 125 страницах машинописного текста, включает 48 рисунков и 2 таблицы.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении охарактеризовано современное состояние вопроса создания клеевых соединений в теплонапряженных технических системах, обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и поставлены задачи исследования, раскрыта научная новизна и практическая значимость работы, показаны результаты реализации и апробации, изложено краткое содержание работы.
В первой главе приведен анализ современного состояния проблемы теплопроводности полимеров, описан механизм анизотропии теплопроводности аморфных и кристаллических полимеров, показана модель процесса теплопереноса в гетерогенных полимерных системах типа клеевых прослоек. Формулируется цель и задачи исследования.
Во второй главе предложена модель процесса формирования теплопро-водящих макромолекулярных структур в полимерной клеевой прослойке. Показано, что единственность решения задачи определения теплопроводности клеевой прослойки заключается в экспериментальном установлении взаимосвязи теплопроводности и внутренних напряжений.
В третьей главе диссертации описываются разработанные методики и опытные установки по исследованию теплофизических свойств и внутренних напряжений клеевых прослоек соединений в процессе их отверждения.
В четвертой главе работы экспериментальным путем исследуется взаимосвязь теплофизических свойств и внутренних напряжений клеевых прослоек на основе аморфных и кристаллических полимеров, наполненных полимеров в процессе их формирования и эксплуатации. Дается анализ результатов опытов с позиций физики полимеров и технологий склеивания.
В пятой главе даются основы теплового метода неразрушающего контроля качества клеевых соединений. Приводятся результаты испытаний тепловым методом соединений с клеевыми прослойками, имеющими макро- и микродефекты.
Теплопроводность полимеров, подвергнутых механическому воздействию
Основу полимерных клеев, определяющую их свойства, представляет клеящий полимер. Поэтому для понимания процессов теплопроводности следует остановиться на особенностях механизма переноса тепла в полимерах.
Известно [5], что полимерами считаются вещества, макромолекулы которых состоят из большого количества повторяющихся малых структурных элементов. В состав макромолекул входят сотни, а иногда и тысячи элементарных мономерных звеньев, представляющих собой повторяющиеся группы атомов одинакового или различного строения, химически связанные между собой. В зависимости от геометрической структуры макромолекулы подразделяются на линейные, разветвленные и пространственные или сшитые. Общим свойством макромолекул является их гибкость, обусловленная интенсивностью взаимодействия звеньев друг с другом в цепи и со звеньями соседних макромолекул.
Полимеры могут находиться в аморфном или кристаллическом фазовом состоянии. Аморфное фазовое состояние отличается ближним порядком, т.е. в этом состоянии упорядочение структурных элементов наблюдается только в отдельных участках объема. В кристаллическом состоянии имеет место так называемый дальний порядок, когда в кристалле на всем его протяжении повторяется в определенном порядке один и тот же структурный элемент.
Приведенные положения о полимерах показывают, что их структура отличается от структуры низкомолекулярных веществ. Это, однако, не является препятствием для появления теории, основанной на аналогии процессов теплопроводности полимеров и низкомолекулярных веществ [6,7].Согласно этой теории теплопроводность полимеров представляется как суммарный ре зультат колебательных движений макромолекул вдоль главных валентных связей. Связи между атомами и молекулами принимаются за систему элементарных тепловых сопротивлений [8,9]. Теплопроводность в этом случае осуществляется путем медленного трансляционного, вращательного или колебательного движения некоторой гипотетической единицы полимерной цепи, ответственной за теплофизику полимера. При этом температурная зависимость теплопроводности полимеров в определенной степени подтверждает эти положения. Так, с ростом температуры увеличиваются тепловые флуктуации макромолекул, сопровождаемые снижением теплового сопротивления связей, что ведет к повышению теплопроводности полимера. При температуре выше температуры стеклования, когда полимер переходит в высокоэластическое состояние и идет увеличение свободного объема в полимерной матрице, снижается теплопроводность полимера.
Имели место попытки объяснить процесс теплопроводности полимеров, исходя из положений фононной теории теплопереноса [10-12]. Фононная модель теплопроводности дает качественное объяснение процесса теплообмена, однако, она не в состоянии объяснить ни абсолютную величину теплопроводности полимера, ни ее температурную зависимость. Так, в работах [13,14] при умеренных температурах экспериментально подтверждены теоретические положения фононной теории теплопереноса. В то же время результаты экспериментов при низких температурах [15] и теоретический расчет теплопроводности по скорости распространения упругих волн в растворах и твердых телах [16] не подтверждают правомерность применения фононной модели теплопереноса для полимеров.
Наиболее корректной представляется модель, когда перенос тепла в полимерном материале осуществляется двумя видами тепловых колебаний, а именно: макромолекул в целом и молекул низкомолекулярных примесей [16].
Возвращаясь к градации полимеров на аморфные и кристаллические, следует отметить, что вторые, как правило, по абсолютной величине имеют теплопроводность выше, чем первые. Это можно объяснить тем, что у кристаллических полимеров, как структур с дальним порядком, механизм передачи колебаний более упорядочен и интенсивен по сравнению с неупорядоченной системой связи макромолекул аморфных полимеров [17].
Для лучшего понимания природы теплопроводности клеевых прослоек соединений целесообразно рассмотреть влияние на теплопроводность гомогенных полимерных систем факторов, доминирующих в процессе структуро-образования клеевых прослоек [18,19].К одному из таких факторов относится, в частности, механическое воздействие, проявляющееся в форме сжатия или растяжения полимера. Исследованиями установлено, что изменение плотности полимеров в процессе воздействия внешнего механического поля приводит к изменению теплофизических характеристик полимеров [20...22].
Особый интерес как распространенный технологический прием представляет плоскостная вытяжка полимеров, приводящая к анизотропии теплопроводности [7,23]. В работе [24] приведены результаты измерения теплопроводности таких аморфных полимеров, как поликарбонат, поливинилхло-рид, полиметилметакрилат и полистирол в зависимости от относительного удлинения образцов (рис. 1.1). Исследователями установлено, что во всех случаях теплопроводность возрастает в направлении растяжения и уменьшается в направлении, перпендикулярном растяжению. Особенно это заметно для поливинилхлорида и поликарбоната.
Тепловая проводимость полимерных прослоек клеевых соединений
Как отмечалось ранее, клеевую прослойку нельзя рассматривать как изотропное тело. Возникшие в процессе склейки внутренние напряжения, действующие на растяжение, формируют анизотропное тело с направленно ориентируемыми элементарными цепями полимера. В этом случае объект, т.е. клеевая прослойка макроскопически анизотропна.
Возвращаясь к блочным полимерам как изотропным телам, можно считать, что наиболее распространенным способом ориентации структурных элементов полимеров является операция вытягивания. При этом степень анизотропии исследуемых свойств охлажденного ниже температуры стеклования полимера определяется не только величиной степени вытяжки Є , но и скоростью вытягивания, температурой, длительностью пребывания нагретого образца под напряжением, молекулярным весом полимера и др. Другими словами, степень анизотропии определяется всей его термомеханической предысторией. Это в равной мере относится и к клеевым прослойкам.
Попытки аналитического описания анизотропии свойств ориентированных полимеров, как отмечалось ранее, зависящих от большого числа переменных, не увенчались успехом. Наиболее приемлемой для качественного анализа теплопроводности в однооснорастянутых полимерных пленках представляется зависимость, предложенная в работе [42]. АЯ = Я„-Я1=АЯ /(є), (2.1) г( \ е К Входящая в (2.1.) константа К отражает влияние всей термомеханической предыстории на степень ориентации структурных элементов полимера. Если вернуться к рассмотрению клеевых прослоек, то выражение (2.1) по аналогии преобразуется к виду АЛ Л/;-А±=АЛ /(??), (2.2) где І] = - величина относительного внутреннего напряжения в клеевой прослойке; а - внутреннее напряжение прослойки при температуре отверждения Тота. = 293К.
Входящая в выражение (2.2) функция, описывающая весь комплекс факторов, оказывающих влияние на формирование внутренних напряжений в прослойке, выразится в форме [ + tj- К Здесь константа К определяется всей совокупностью особенностей строения полимера прослойки, оказывающих влияние на степень ориентации его структурных элементов.
Анализ выражений (2.2) и (2.3) показывает, что для нахождения интересующей нас теплопроводности клеевой прослойки / необходима информация о /1/7,ДЛ и К. Теплопроводность в направлении вытяжкиЛ(! и разность теплопроводности структурного элемента полимера прослойки АЛ в двух взаимноперпендикулярных направлениях в первом приближении можно найти, используя выражения (1.4), (1.5) и методические основы работы [43].Однако, практически тупиковой представляется положение с определением константы К.
Из литературных источников по технологии склеивания [44] известно, что на формирование внутренних напряжений клеевых прослоек оказывает влияние природа субстрата и адгезива, температурный режим склейки, толщина прослойки, время отверждения полимера прослойки. Отсюда видно, что описать аналитически формирование внутренних напряжений в прослойке, а следовательно, и определить реальное значение коэффициента тепло проводности прослойки проблематично. Эта задача может быть отнесена к разряду работающих на перспективу. Для ее положительного решения требуется научный прорыв в области физики полимеров. Отсюда ясно, что моделирование процессов теплопроводности клеевых прослоек сводится к проведению комплексных экспериментальных исследований теплофизических свойств и внутренних напряжений прослоек.
Вопросы теплопереноса в соединениях на клеях впервые подняты в работах [45,46], посвященных исследованиям контактной теплопроводности в преобразователях энергии и космических системах. Количественная ограниченность опытных данных не позволяет сделать далеко идущих выводов, за исключением того, что клеевые соединения имеют низкую теплопроводность.
В подобном же ключе выполнена работа [47] применительно к системам сверхскоростных самолетов. На специально сконструированной установке в условиях стационарного теплового режима находилась тепловая проводимость клеевого шва. Использовалась формула где q — плотность теплового потока, AT - температурный перепад в зоне клеевого шва (определяется путем экстраполяции температурных кривых по длине образцов).
Исследовались склеенные пары из алюминиевого сплава 75S6. В качестве клеев использовались фенолокаучуковый клей Метлбонд и двухкомпо-нентная клеевая композиция Ридакс. Полученные данные опытов (рис. 2.1) позволяют авторам отнести клеевые соединения к классу теплоизоляционных систем
Методика и установка для исследования коэффициентов теплопроводности и температуропроводности полимерных прослоек в клеевых соединениях
На сегодняшний день известно большое число методов экспериментального определения теплофизических характеристик неметаллических материалов [57 - 61]. Вместе с тем анализ показывает, что для определения теплофизических свойств тонкослойных полимерных материалов, к которым относятся клеевые соединения, большинство известных методов неприемлемы. Для этих целей требуется нестационарный метод, позволяющий находить теплофизические характеристики в процессе отверждения полимерной композиции клеевой прослойки. Немаловажным представляется также ограниченность размера полимерной части образца, накладывающая существенные ограничения на формирование температурного поля измерительной ячейки установки.
Наиболее приемлемым для исследования теплофизических характеристик клеевых прослоек представляется, так называемый метод двух темпера-турно-временных интервалов [62,63]. Незначительная по объему модернизация экспериментальной установки, работающей согласно предложенной методике, позволяет ее упростить.
На рис. 3.1 представлена схема двухсоставной системы с исследуемым образцом. Согласно рисунку один из спаев дифференциальной термопары помещается в тело субстрата на границе с клеевой прослойкой со стороны теплоприемника, а другой со стороны нагревателя постоянной температуры tFI. Начальная температура системы равняется t0. Показания N0 гальванометра, включенного в цепь термопары, соответствуют разности температур t„ -10.
При соприкосновении нагревателя с образцом температура в точке 0 начинает возрастать, а показания N гальванометра будут уменьшаться. Измерение теплофизических характеристик клеевой прослойки сводится к фиксированию двух промежутков времени: Дг, =тг-хх и Дг2 =т3-тІУ соответствующих двум заданным изменениям показаний гальванометра: AN]=N]-N2nAN2=Nl-N3 (рис. 3.2).
Входящие в (3.5) и (3.6) безразмерные параметры находятся из рабочих таблиц, дающих зависимость Р и Є от найденных в опыте значений Ат{ и Дг2[63].
Здесь erf(y) = —j= \е у dx - интеграл Гаусса; Лг, ат- коэффициенты те плопроводности и температуропроводности теплоприемника; Х,а коэффициенты теплопроводности и температуропроводности исследуемой клеевой прослойки.
При использовании предложенной методики необходимо стремиться к увеличению измерительных промежутков времени ДГ( и Дг2, для чего требуется использовать теплоприемник из материала с максимальным значением постоянной в. В частности, в данной работе при создании установки задействован теплоприемник, изготовленный из свинца, имеющего наибольшую из известных значений постоянную в.
Из таблиц приложения к работе [63] для узловых точек можно найти зависимость є/у = /(є) для различных значений 9. Из соотношения М = (є/у)следует у - є/М, тогда для выбранного параметра Ав = в2 - 0Х, параметр 1 откуда Здесь М\ и Мг - значения величин М, соответствующие значениям в, = I — JV, — ЛГ0 иб,Д Отсюда коэффициент теплопроводности с учетом выражения (3.5) принимает вид Z - JM22-M.2 (3.10)
Таким образом, в частности, измерение коэффициента теплопроводности образца с клеевой прослойкой сводится к определению промежутка времени Дг, соответствующего разности А6 = в2 @\ Коэффициент температуропроводности определяется аналогичным образом с учетом выражения (3.6).
При проектировании и изготовлении экспериментальной установки для определения теплофизических характеристик клеевых прослоек за основу взято условие строгого выполнения всех требований теории, на которой основан метод двух температурно-временных интервалов. К таким требованиям относятся: 1. Одномерность теплового потока. Для удовлетворения этого условия необходима надежная тепловая изоляция на боковой поверхности теплопри-емника и образца. Поскольку диаметр образца значительно больше его толщины, влияние качества теплоизоляции незначительно. 2. В начальный момент времени вся система должна иметь одинаковую температуру, принимаемую за начало отсчета. 3. Температура на поверхности образца, сопряженной с поверхностью нагревателя, должна быть постоянной и равняться температуре нагревателя. 4. За время опыта тепловой поток, создаваемый нагревателем, не должен достигать противоположного конца теплоприемника. 5. Между образцом и теплоприемником должен быть надежный тепловой контакт.
Установка, общий вид которой представлен на рисунке 3.3, состоит из трех узлов: нагревателя постоянной температуры, теплоприемника с исследуемым образцом и измерительного комплекса.
Нагреватель установки представляет собой электронагреватель с термо-регулирующим устройством, позволяющим создавать постоянную температуру на поверхности контакта нагревателя с образцом. Боковые поверхности нагревателя теплоизолированы. Теплоприемник, изготовленный из цельной свинцовой заготовки в виде цилиндра диаметром 30 мм и длиной 250 мм, помещен в теплоизоляционный кожух.
Для создания надежного теплового контакта между образцом и тепло-приемником система нагружается постоянным грузом и подводящие провода к термопарам задействованы в специально проложенные канавки в теле теплоприемника. Кроме этого при проведении экспериментов для лучшего контакта поверхности образцов покрывались термостойким маслом с графитовым порошковым наполнителем.
Теплофизические свойства клеевых прослоек на основе кристаллических полимеров
Как отмечалось в первой главе работы, теплопроводность кристаллических полимеров в направлении ориентации значительно выше теплопроводности в перпендикулярном направлении. Это объясняется, в частности тем, что наряду с ориентацией участков макромолекул в аморфных областях происходит ориентация и кристаллитов. Исходя из вышеизложенного, можно ожидать для клеевых прослоек на основе кристаллических полимеров при одинаковых значениях внутренних напряжений большей анизотропии, в частности, теплопроводности в сравнении с аморфными полимерами. Подтвердить такое положение можно только экспериментальным путем.
Здесь следует иметь также в виду то обстоятельство, что чисто кристаллические полимеры редко составляют основу известных конструкционных клеев. Значительно больше используются клеи, в основу которых входят полукристаллические полимеры.
Ярко выраженными кристаллическими полимерами являются пол иол е-фины и их производные. Они входят в состав так называемых пластизольных клеев, наиболее распространенными среди которых являются клеи марки ГИПК-133 и ГИПК-134 [70]. На графиках рис. 4.7 и 4,8 представлены результаты экспериментов с клеевыми прослойками различной толщины на основе клея ГИПК-134.
Анализируя данные рис. 4.1...4.4 и рис. 4.7 и 4.8, можно видеть, что в целом характер изменения коэффициентов теплопроводности, температуропроводности и внутренних напряжений клеевых прослоек от времени отверждения идентичен для аморфных и кристаллических полимеров. Но это касается только качественной стороны вопроса. Что же касается количественного показателя, то здесь следует отметить, во-первых, что теплопроводность и температуропроводность прослоек из кристаллического полимера ниже, чем для аморфного. Во-вторых, снижение теплопроводности и температуропроводности клеевых прослоек на основе кристаллических полимеров по сравнению с аморфными протекает более интенсивно при увеличении внутренних напряжений. При этом рост внутренних напряжений по абсолютной величине значительно уступает системе с аморфным полимером. Опыты с прослойкой между поверхностями субстратов, обработанными антиадгезивом, также свидетельствуют об отсутствии эффекта анизотропии теплопроводности в полимере, не подвергнутом воздействию внутренних напряжений. Таким образом, результаты опытов подтверждают высказанное выше положение о том, что эффект анизотропии для теплопроводности и температуропроводности клеевых прослоек на основе кристаллических полимеров более выражен, чем для прослоек на основе аморфных полимеров.
Широкое применение полимеров в различных наукоемких областях техники сдерживается их низкой теплопроводностью. В настоящее время используется практически единственный способ повышения теплопроводности полимеров путем введения в полимерную матрицу дисперсных высокотеплопроводных наполнителей [71...75]. Указанный способ широко применяется для создания теплопроводных клеев, применяемых в технических системах радиоэлектронной техники, авиации и космонавтики, в малой энергетике [76,77]. В связи с необходимостью проведения тепловых расчетов в клеевых соединениях возникает вопрос о характере формирования теплофизических свойств наполненных клеевых прослоек.
На сегодняшний день проведены обширные исследования по установлению влияния дисперсных наполнителей на внутренние напряжения в полимерных покрытиях и клеевых прослойках [19,78,79]. Установлено, что в наполненных полимерных покрытиях и клеевых прослойках формируются внутренние напряжения, значительно превосходящие напряжения в нанапол-ненных системах. Наибольшие напряжения возникают в тех случаях, когда формирование покрытий и клеевых прослоек осуществляется при повышенных температурах. Особенно заметен рост напряжений при вводе в полимер наполнителей с термическими коэффициентами, отличающимися от термических коэффициентов полимера.
В соответствии с программой экспериментальных исследований была поставлена серия опытов по установлению характера изменения теплофизических характеристик и внутренних напряжений клеевых прослоек на основе наполненных полимеров. Основываясь на известных положениях структуро-образования полимеров при контакте с твердыми поверхностями [80,81], в программу испытаний включены разделы по исследованию влияния на теп-лофизические свойства клеевых прослоек природы наполнителя, его концентрации и дисперсности.
На графиках рис. 4.9 и 4.10 представлены результаты теплофизических и механических испытаний клеевых соединений с полимерной прослойкой из эпоксидной композиции в составе смолы марки ЭДП с отвердителем из по-лиэтиленполиамина и пластификатора в виде дибутилфталата в количестве 10% по массе. В качестве наполнителя использовался латунный порошок. Изменялась температура отверждения полимерной композиции прослойки. Анализ расположения кривых позволяет сделать следующие выводы
