Када спој за везивање поквари, наши први кораци обично укључују процену да ли је чврстоћа лепка адекватна, да ли је површинска обрада исправна, да ли је импрегнација довољна и да ли материјали нису старили.
Међутим, у стварним инжењерским апликацијама, одређени кварови не почињу тек након пуштања у рад; већ су потенцијални ризици присутни када се лепак потпуно очврсне.
Ова потенцијална опасност је присуство резидуалног унутрашњег напрезања.
Невидљив је и тешко га је прецизно измерити, али није мистичне природе. Једноставно речено, лепак се скупља током очвршћавања и хлађења; ако околна подлога ограничава њену слободну деформацију, део који се не скупља постаје заостало напрезање унутар слоја лепка.
Данас ћу вас све упутити у темељно разумевање овог концепта.
0 1 Зашто га проучавати?
Опасности од унутрашњег стреса су природе „складишта{0}} енергије.
Након очвршћавања, слој лепка складишти део енергије еластичне деформације. Ова енергија служи као основна покретачка сила за накнадно међуфазно раслојавање, ширење микропукотина и деформацију савијања.
Узмите раслојавање и раслојавање интерфејса као примере: унутрашњи напони се акумулирају изнад оперативног оптерећења, што доводи до тога да стварни напон интерфејса далеко премашује пројектовану-израчунату вредност оцене. Другим речима, чак и пре него што лепљиви слој почне формално да служи, интерфејс је већ подвргнут претераном пред-напрезању.
Други пример је померање тачности, што се показало посебно штетним за прецизне склопове као што су роботи, мотори и оптичке компоненте.
Положај магнетног језгра у мотору, поравнање оптичких компоненти и димензије структурних делова могу да доживе дуготрајно-одступање услед постепеног ослобађања унутрашњих напона. Ако су компоненте у почетку усаглашене током монтаже, али показују одступања након стотина сати рада, такви проблеми често потичу од присуства унутрашњих напрезања.
Поред тога, смањује се век трајања замора. Унутрашњи стрес представља дугорочни-просечан ниво напона који заједно снижава животну криву замора. Комбинација циклуса температуре, влажности и вибрација често доводи до ситуација у којима производи пролазе почетно тестирање, али не успевају током масовне производње.
Дакле, унутрашњи стрес није секундарно питање, већ основни предуслов за поузданост везивања. Одређује не само да ли може доћи до адхезије, већ и колико дуго ће веза остати стабилна након тога.
0 2 Одакле потиче унутрашњи стрес?
Да бисмо разумели унутрашњи стрес, прво морамо схватити његово порекло.
Унутрашње напрезање током очвршћавања лепка у основи произилази из две врсте деформација које показују тенденцију скупљања, али то заправо не могу учинити.
Прва категорија је очвршћавање скупљања, такође познато као хемијско скупљање.
У течним мономерима, молекули одржавају контакт преко ван дер Валсових сила (слабе интеракције). Не постоје хемијске везе између атома два молекула; они једноставно постоје у непосредној близини, са типичним растојањем од приближно 0,3–0,4 нм (што представља збир ван дер Валсових радијуса оба молекула).
Током реакције полимеризације, између мономера се формирају ковалентне везе. Узимајући за пример најчешћу једноструку везу Ц–Ц, њена дужина везе је приближно 0,154 нм. То значи да су два молекула првобитно раздвојена лабавим растојањем од око 0,35 нм сада насилно спојена ковалентном везом дужине од приближно 0,15 нм-што резултира смањењем међумолекулске удаљености за више од половине. (слика)
На макроскопском нивоу, истовремена контракција трилиона таквих молекуларних парова манифестује се као смањење запремине. Ово је физичка последица која се не може у потпуности избећи ни у једној реакцији адиционе полимеризације.
Друга категорија је напон термичке неусклађености.
Многим лепковима је потребно загревање да би се очврснули. Након очвршћавања, када се охлади са високе температуре на собну температуру, коефицијенти топлотног ширења лепка и подлоге се разликују.
Коефицијент термичке експанзије лепка је обично значајно већи од коефицијента основних материјала као што су метали, магнети и керамика. Током хлађења, лепак тежи даљем скупљању, али основни материјал спречава његову слободну контракцију, чиме се задржава лепљиви слој и изазива заостало унутрашње напрезање.
Најкритичнији концепт овде је гел тачка.
Пре тачке гела, лепак остаје течан и може да тече. Током ове фазе, чак и ако дође до контракције, материјал може распршити такву деформацију кроз проток, реорганизацију и пуњење, чиме се минимизира акумулација унутрашњег напрезања.
Након гел тачке, ситуација се мења. Унутар лепка почиње да се формира тродимензионална-мрежа, а материјал постепено прелази из течног у чврсто стање. У овој фази, слој лепка стиче носивост-оптерећења и почиње да „памти“ накнадне догађаје скупљања и деформације.
Другим речима, део контракције који се јавља након тачке гела је заиста склон стварању унутрашњег стреса.
Како време напредује, материјал се даље учвршћује, а његов Тг непрекидно расте. Када Тг пређе тренутну радну температуру, слој лепка прелази из гуменог у стакласто стање.
Након уласка у стаклено стање, модул лепљивог слоја се брзо повећава, што отежава кретање сегмента ланца; сходно томе, део стреса који се раније могао ослободити постаје још теже ослободити.
Стога се унутрашњи стрес може једноставно схватити као:
Пре тачке гела: може доћи до контракције без лаког изазивања стреса.
Након тачке гела: слој гела почиње да формира мрежу, а накнадно скупљање је спречено.
Након витрификације: материјал постаје крут, а његови молекуларни ланци су имобилисани, што отежава ослобађање од стреса.
Као што сви знамо:
Модул напрезања=× деформација
Коначни унутрашњи напон ≈ ефективни модул × (скупљање након-стврдњавања гелирања + деформација термичке неусклађености) − релаксационо ослобађање
Деформација топлотне неусклађености може се једноставно схватити као:
Термичка неусклађена деформација ≈ (коефицијент топлотне експанзије лепка − коефицијент топлотног ширења подлоге) × ефективна температурна разлика
Само контракција и термичка неусклађеност која се јавља након тачке гела, помножена са континуирано растућим модулом, минус део који се ослобађа релаксацијом током процеса, представља коначни нето унутрашњи напон.
Ово је и разлог зашто је унутрашњи стрес тешко проучавати: он не настаје нагло у једном тренутку, већ се постепено акумулира током процеса очвршћавања и хлађења. Током овог процеса, скупљање, температура, модул и способност материјала да ослободи напрезање, све то подлеже сталним променама.
03 Како окарактерисати: Прво измерите „резултат“, а затим измерите „узрок“.
Данас је опште познато да унутрашњи стрес не настаје нагло у једном тренутку, већ се постепено акумулира током процеса очвршћавања и хлађења.
Сваки параметар се овде стално мења: брзина контракције, температура, модул, па чак и способност материјала да ослободи напрезање, варирају.
Дакле, карактеризација унутрашњег напрезања не може се ослањати само на једну нумеричку вредност; мора истовремено да одговори на два питања:
Прво, која количина напрезања или деформације остаје на крају?
Друго, како се ови напони формирају током процеса очвршћавања?
Када су у питању методе испитивања, оне се генерално могу поделити у две категорије.
Једна категорија укључује директно мерење резултата напона или деформације, док друга мери унутрашње параметре материјала да би се установили модели.
Категорија 1: Директно мерење резултата напона или деформације
Овај приступ се фокусира на одређивање степена деформације или заосталог напрезања изазваног у структури након што је лепак очврснуо.
Најкласичнији метод је приступ савијању конзолне греде или биматеријалне греде. Лепак се наноси на танке металне лимове, силиконске плочице или друге материјале подлоге; током очвршћавања, скупљање лепка изазива савијање подлоге. Мерењем кривине у реалном времену и употребом методе аналогне Стонијевој једначини, може се израчунати просечни напон унутар слоја лепка. Овај приступ нуди предности у томе што је интуитиван и добро{3}}установљен, омогућавајући визуелизацију кривих које приказују како напон варира са временом очвршћавања.
Постоји и техника Брагове решетке са влакнима (ФБГ). Уграђивањем оптичких влакана у слој гела, напрезање унутар гела се може мерити у реалном времену. Овај метод пружа прецизнији одраз унутрашњег стања гела у поређењу са самим мерењима површинске деформације, иако подразумева веће трошкове и већу оперативну сложеност.
Праћење деформације очвршћавања у композитним ламинатима помоћу дистрибуираног оптичког сензора (извор слике)
За прозирне лепкове, методе фотоеластичности или двоструког преламања такође се могу применити да би се посматрала дистрибуција напона путем двоструког преламања изазваног стресом{0}}.
Поред тога, методе као што су бушење, узорковање језгра, дифракција Кс- зрака (КСРД), расејање неутрона и анализа Рамановог померања такође се могу користити под специфичним условима за мерење заосталог напона или индиректног напрезања.