Ja savienojuma savienojums neizdodas, mūsu pirmie soļi parasti ietver novērtējumu, vai līmes stiprība ir atbilstoša, vai virsmas apstrāde ir pareiza, impregnēšana ir pietiekama un materiāli nav novecojuši.
Tomēr faktiskajos inženiertehniskajos lietojumos noteiktas kļūmes sākas ne tikai pēc nodošanas ekspluatācijā; drīzāk iespējamie riski pastāv jau tad, kad līme ir pilnībā sacietējusi.
Šis iespējamais apdraudējums ir atlikušā iekšējā sprieguma klātbūtne.
Tas ir neredzams un grūti precīzi izmērāms tieši, tomēr pēc būtības nav mistisks. Vienkārši sakot, līme sacietēšanas un dzesēšanas laikā saraujas; ja apkārtējā pamatne ierobežo tā brīvo deformāciju, nesaraušanās daļa kļūst par atlikušo spriegumu līmējošā slānī.
Šodien es jums visiem palīdzēsim pilnībā izprast šo jēdzienu.
0 1 Kāpēc to mācīties?
Iekšējā stresa apdraudējumiem ir "enerģijas{0}}uzglabāšanas" raksturs.
Sacietējot, līmējošais slānis uzglabā daļu elastīgās deformācijas enerģijas. Šī enerģija kalpo kā pamatā esošais dzinējspēks sekojošai saskarnes atslāņošanai, mikroplaisu izplatībai un deformācijas deformācijai.
Kā piemērus ņemiet saskarnes atslāņošanos un atslāņošanos: iekšējie spriegumi uzkrājas virs ekspluatācijas slodzes, izraisot faktisko saskarnes spriegumu, kas ievērojami pārsniedz aprēķināto -novērtējuma vērtību. Citiem vārdiem sakot, pat pirms līmējošā slāņa oficiālas apkopes, saskarne jau ir pakļauta pārmērīgai iepriekšējai-spriegošanai.
Vēl viens piemērs ir precizitātes novirze, kas izrādās īpaši kaitīga precīziem mezgliem, piemēram, robotiem, motoriem un optiskajiem komponentiem.
Magnētiskā serdeņa pozīcija motorā, optisko komponentu izlīdzināšana un konstrukcijas daļu izmēri var tikt pakļauti ilgstošai- novirzei, ko izraisa pakāpeniska iekšējo spriegumu atbrīvošanās. Ja komponenti sākotnēji atbilst prasībām montāžas laikā, bet pēc simtiem darbības stundu uzrāda novirzes, šādas problēmas bieži rodas iekšēju spriegumu dēļ.
Turklāt tiek samazināts noguruma kalpošanas laiks. Iekšējais stress ir ilgtermiņa-vidējais stresa līmenis, kas kopumā samazina noguruma dzīves līkni. Temperatūras cikliskuma, mitruma un vibrācijas kombinācija bieži noved pie situācijām, kad produkti iztur sākotnējo pārbaudi, bet neizdodas masveida ražošanā.
Tāpēc iekšējais stress nav sekundāra problēma, bet drīzāk galvenais priekšnoteikums savienojuma uzticamībai. Tas nosaka ne tikai to, vai var rasties adhēzija, bet arī to, cik ilgi saite pēc tam saglabājas stabila.
0 2 Kur rodas iekšējais stress?
Lai saprastu iekšējo stresu, vispirms ir jāsaprot tā izcelsme.
Iekšējais spriegums līmes sacietēšanas laikā pamatā rodas no divu veidu deformācijām, kurām ir tendence sarauties, bet kas to faktiski nevar izdarīt.
Pirmā kategorija ir sacietēšanas saraušanās, kas pazīstama arī kā ķīmiskā saraušanās.
Šķidrajos monomēros molekulas uztur kontaktu, izmantojot van der Vālsa spēkus (vāja mijiedarbība). Starp abu molekulu atomiem nav ķīmisku saišu; tie vienkārši pastāv tiešā tuvumā ar tipisku attālumu aptuveni 0,3–0,4 nm (kas ir abu molekulu van der Vāla rādiusu summa).
Polimerizācijas reakcijas laikā starp monomēriem veidojas kovalentās saites. Kā piemēru ņemot visizplatītāko C-C vienoto saiti, tās saites garums ir aptuveni 0,154 nm. Tas nozīmē, ka divas molekulas, kas sākotnēji bija atdalītas ar aptuveni 0,35 nm lielu attālumu, tagad tiek piespiedu kārtā savienotas ar kovalento saiti, kuras garums ir aptuveni 0,15 nm, kā rezultātā starpmolekulārais attālums samazinās par vairāk nekā pusi. (attēls)
Makroskopiskā līmenī šādu molekulu pāru triljonu vienlaicīga saraušanās izpaužas kā tilpuma samazināšanās. Šīs ir fiziskas sekas, no kurām nevar pilnībā izvairīties nevienā pievienošanas polimerizācijas reakcijā.
Otrā kategorija ir termiskās neatbilstības spriegums.
Daudzām līmēm ir nepieciešama karsēšana, lai tās sacietētu. Pēc sacietēšanas, atdzesējot no augstas temperatūras līdz istabas temperatūrai, līmes un pamatnes termiskās izplešanās koeficienti atšķiras.
Līmes termiskās izplešanās koeficients parasti ir ievērojami augstāks nekā bāzes materiāliem, piemēram, metāliem, magnētiem un keramikai. Atdzesēšanas laikā līmei ir tendence vēl vairāk sarauties, bet pamatmateriāls novērš tās brīvu saraušanos, tādējādi ierobežojot līmes slāni un radot atlikušo iekšējo spriegumu.
Vissvarīgākais jēdziens šeit ir želejas punkts.
Pirms sacietēšanas līme paliek šķidra un var plūst. Šajā posmā, pat ja notiek kontrakcija, materiāls var izkliedēt šādu deformāciju caur plūsmu, reorganizāciju un piepildīšanu, tādējādi samazinot iekšējā sprieguma uzkrāšanos.
Pēc želejas punkta situācija mainās. Līmes iekšpusē sāk veidoties trīsdimensiju tīkls, un materiāls pakāpeniski pāriet no šķidruma uz cietu stāvokli. Šajā posmā līmējošais slānis iegūst slodzes-nestspēju un sāk "atcerēties" sekojošos saraušanās un deformācijas notikumus.
Citiem vārdiem sakot, kontrakcijas daļa, kas notiek pēc želejas punkta, patiešām ir pakļauta iekšēja stresa radīšanai.
Laika gaitā materiāls vēl vairāk sacietē, un tā Tg nepārtraukti palielinās. Kad Tg pārsniedz pašreizējo darba temperatūru, līmējošais slānis pāriet no gumijas stāvokļa uz stiklveida stāvokli.
Nonākot stikla stāvoklī, līmējošā slāņa modulis strauji palielinās, apgrūtinot ķēdes segmenta kustību; līdz ar to daļu no stresa, kas iepriekš varēja tikt atbrīvota, kļūst vēl grūtāk atbrīvot.
Tāpēc iekšējo stresu var vienkārši saprast kā:
Pirms želejas punkta: kontrakcija var notikt, neizraisot stresu.
Pēc želejas punkta: gēla slānis sāk veidot tīklu, un tiek novērsta turpmāka saraušanās.
Pēc vitrifikācijas: materiāls kļūst stingrs, tā molekulārās ķēdes ir imobilizētas, padarot stresa atbrīvošanu grūtāku.
Kā mēs visi zinām:
Spriegums=Modulus × deformācija
Galīgais iekšējais spriegums ≈ efektīvais modulis × (pēc-želejas sacietēšanas saraušanās + termiskās neatbilstības deformācija) − atslābuma atbrīvošana
Siltuma neatbilstības deformāciju var vienkārši saprast kā:
Termiskās neatbilstības deformācija ≈ (līmes termiskās izplešanās koeficients − pamatnes termiskās izplešanās koeficients) × efektīvā temperatūras starpība
Tikai saraušanās un termiskā neatbilstība, kas rodas pēc želejas punkta, reizināta ar nepārtraukti pieaugošo moduli, atskaitot daļu, kas atbrīvota no relaksācijas procesa laikā, veido galīgo neto iekšējo spriegumu.
Tas ir arī iemesls, kāpēc iekšējo stresu ir grūti izpētīt: tas nerodas pēkšņi vienā mirklī, bet pakāpeniski uzkrājas cietēšanas un dzesēšanas procesā. Visā šī procesa laikā saraušanās, temperatūra, modulis un materiāla spēja atbrīvot spriedzi tiek nepārtraukti mainīti.
03 Kā raksturot: vispirms izmēriet "rezultātu", tad izmēra "cēloņu".
Tagad ir plaši atzīts, ka iekšējais stress nerodas pēkšņi vienā mirklī, bet gan pakāpeniski uzkrājas cietēšanas un dzesēšanas procesā.
Katrs parametrs šeit pastāvīgi mainās: saraušanās ātrums, temperatūra, modulis un pat materiāla spēja atbrīvot spriedzi atšķiras.
Tāpēc iekšējā sprieguma raksturojums nevar paļauties tikai uz vienu skaitlisku vērtību; tai vienlaikus jāatrisina divi jautājumi:
Pirmkārt, kāds sprieguma vai deformācijas apjoms paliek beigās?
Otrkārt, kā šie spriegumi veidojas sacietēšanas procesā?
Runājot par testēšanas metodēm, tās parasti var iedalīt divās kategorijās.
Viena kategorija ietver tiešu sprieguma vai deformācijas rezultātu mērīšanu, bet otra mēra materiāla iekšējos parametrus, lai izveidotu modeļus.
1. kategorija: tieša sprieguma vai deformācijas rezultātu mērīšana
Šī pieeja ir vērsta uz deformācijas vai atlikušā sprieguma apjoma noteikšanu konstrukcijā pēc līmes sacietēšanas.
Klasiskākā metode ir konsoles sijas vai bimateriāla staru liekšanas pieeja. Līme tiek uzklāta uz plānām metāla loksnēm, silīcija plāksnēm vai citiem substrāta materiāliem; sacietēšanas laikā līmes saraušanās izraisa pamatnes saliekšanos. Izmērot izliekumu reāllaikā un izmantojot Stounija vienādojumam analoģisku metodi, var aprēķināt vidējo spriegumu līmējošā slānī. Šī pieeja piedāvā priekšrocības, jo tā ir intuitīva un labi-noteikta, ļaujot vizualizēt līknes, kas parāda, kā stress mainās atkarībā no sacietēšanas laika.
Ir arī šķiedru Bragg režģa (FBG) tehnika. Iestrādājot optiskās šķiedras gēla slānī, spriedzi gēlā var izmērīt reāllaikā. Šī metode nodrošina precīzāku gēla iekšējā stāvokļa atspoguļojumu, salīdzinot ar virsmas deformācijas mērījumiem vien, lai gan tā rada augstākas izmaksas un lielāku darbības sarežģītību.
Sacietēšanas deformācijas uzraudzība kompozītmateriālos laminātos, izmantojot sadalītu optisko sensoru (attēla avots)
Caurspīdīgām līmēm var izmantot arī fotoelastības vai abpusējās laušanas metodes, lai novērotu sprieguma sadalījumu, izmantojot sprieguma{0}}izraisīto dubultlaušanu.
Turklāt konkrētos apstākļos atlikušā sprieguma vai netiešās deformācijas mērīšanai var izmantot tādas metodes kā urbšana, serdes paraugu ņemšana, rentgenstaru difrakcija (XRD), neitronu izkliede un Ramana nobīdes analīze.