Meta jonqos ta 'twaħħil jonqos, l-ewwel passi tagħna tipikament jinvolvu l-valutazzjoni ta' jekk is-saħħa tal-kolla hijiex adegwata, it-trattament tal-wiċċ huwiex xieraq, l-impregnazzjoni hija suffiċjenti, u l-materjali ma jkunux qed jixjieħu.
Madankollu, fl-applikazzjonijiet attwali tal-inġinerija, ċerti fallimenti ma jibdewx biss mal-kummissjonar; pjuttost, riskji potenzjali huma diġà preżenti ladarba l-adeżiv ikun vulkanizzat għal kollox.
Dan il-periklu potenzjali huwa l-preżenza ta 'stress intern residwu.
Huwa inviżibbli u diffiċli li titkejjel b'mod preċiż direttament, iżda mhux ta 'natura mistika. Fi kliem sempliċi, l-adeżiv jgħaddi minn jinxtorob waqt it-tqaddid u t-tkessiħ; jekk is-sottostrat tal-madwar jirrestrinġi d-deformazzjoni ħielsa tiegħu, il-porzjon li ma jinxtorobx isir stress residwu fis-saff li jwaħħal.
Illum, ser niggwidawk kollha biex jifhmu sewwa dan il-kunċett.
0 1 Għaliex tistudjaha?
Il-perikli ta' stress intern huma ta' natura ta' "-ħażna ta' enerġija".
Mal-kura, is-saff li jwaħħal jaħżen porzjon ta 'enerġija elastika tat-tensjoni. Din l-enerġija sservi bħala l-forza li tmexxi sottostanti għal delamination interfacial sussegwenti, propagazzjoni tal-mikrocrack, u deformazzjoni warping.
Ħu d-delaminazzjoni u d-delaminazzjoni tal-interface bħala eżempji: tensjonijiet interni jakkumulaw fuq it-tagħbija operattiva, u jikkawżaw li l-istress attwali tal-interface jaqbeż bil-bosta l-valur tal-klassifikazzjoni ikkalkulat tad-disinn-. Fi kliem ieħor, anki qabel ma s-saff li jwaħħal jibda s-servizz formali, l-interface hija diġà soġġetta għal pre-tensjoni eċċessiva.
Eżempju ieħor huwa drift ta 'preċiżjoni, li juri partikolarment detrimentali għal assemblaġġi ta' preċiżjoni bħal robots, muturi, u komponenti ottiċi.
Il-pożizzjoni tal-qalba manjetika fil-mutur, l-allinjament tal-komponenti ottiċi, u d-dimensjonijiet tal-partijiet strutturali kollha jistgħu jgħaddu minn -drift fit-tul minħabba rilaxx gradwali ta 'tensjonijiet interni. Jekk il-komponenti huma inizjalment konformi waqt l-assemblaġġ iżda juru devjazzjonijiet wara mijiet ta 'sigħat ta' tħaddim, kwistjonijiet bħal dawn spiss joħorġu mill-preżenza ta 'tensjonijiet interni.
Barra minn hekk, il-ħajja tal-għeja titnaqqas. L-istress intern jirrappreżenta-livell medju ta' stress fit-tul li kollettivament inaqqas il-kurva tal-ħajja tal-għeja. Il-kombinazzjoni taċ-ċikliżmu tat-temperatura, l-umdità u l-vibrazzjoni ħafna drabi twassal għal sitwazzjonijiet fejn il-prodotti jgħaddu mill-ittestjar inizjali iżda jfallu matul il-produzzjoni tal-massa.
Għalhekk, l-istress intern mhuwiex kwistjoni sekondarja iżda pjuttost il-prerekwiżit fundamentali għall-affidabbiltà tat-twaħħil. Jiddetermina mhux biss jekk tistax isseħħ l-adeżjoni, iżda wkoll kemm it-twaħħil jibqa 'stabbli minn hemm 'il quddiem.
0 2 Fejn joriġina l-istress intern?
Biex tifhem l-istress intern, wieħed irid l-ewwel jifhem l-oriġini tiegħu.
L-istress intern waqt it-tqaddid adeżiv fundamentalment jirriżulta minn żewġ tipi ta 'razez li juru tendenza li jikkuntrattaw iżda fil-fatt ma jistgħux jagħmlu dan.
L-ewwel kategorija hija t-tqaddid jinxtorob, magħruf ukoll bħala jinxtorob kimiku.
Fil-monomeri likwidi, il-molekuli jżommu kuntatt permezz tal-forzi ta 'van der Waals (interazzjonijiet dgħajfa). M'hemm l-ebda rabta kimiċi bejn l-atomi taż-żewġ molekuli; sempliċiment jeżistu fil-viċin, b'distanza tipika ta 'madwar 0.3–0.4 nm (li tirrappreżenta s-somma tar-raġġi van der Waals taż-żewġ molekuli).
Matul ir-reazzjoni ta 'polimerizzazzjoni, bonds kovalenti huma ffurmati bejn il-monomeri. Meta tieħu l-aktar rabta waħda C-C komuni bħala eżempju, it-tul tal-bond tagħha huwa ta 'madwar 0.154 nm. Dan ifisser li żewġ molekuli oriġinarjament separati b'distanza laxka ta' madwar 0.35 nm issa huma mġiegħla flimkien bil-forza b'rabta kovalenti b'tul ta' madwar 0.15 nm-li jirriżulta fi tnaqqis tad-distanza intermolekulari b'aktar min-nofs. (Figura)
Fil-livell makroskopiku, il-kontrazzjoni simultanja ta 'triljuni ta' tali pari molekulari timmanifesta bħala tnaqqis fil-volum. Din hija konsegwenza fiżika li ma tistax tiġi evitata għal kollox fi kwalunkwe reazzjoni ta 'polimerizzazzjoni ta' żieda.
It-tieni kategorija hija l-istress ta 'nuqqas ta' qbil termali.
Ħafna adeżivi jeħtieġu tisħin biex tfejjaq. Wara t-tqaddid, meta jitkessaħ minn temperatura għolja għal temperatura tal-kamra, il-koeffiċjenti ta 'espansjoni termali tal-kolla u tas-sottostrat huma differenti.
Il-koeffiċjent ta 'espansjoni termali tal-kolla huwa tipikament ogħla b'mod sinifikanti minn dak ta' materjali bażi bħal metalli, kalamiti u ċeramika. Waqt it-tkessiħ, il-kolla għandha tendenza li tikkuntratta aktar, iżda l-materjal bażi jipprevjeni l-kontrazzjoni ħielsa tiegħu, u b'hekk trażżan is-saff li jwaħħal u jinduċi stress intern residwu.
L-iktar kunċett kritiku hawnhekk huwa l-punt tal-ġel.
Qabel il-punt tal-ġell, il-kolla tibqa 'fluwidu u tista' tgħaddi. Matul dan l-istadju, anki jekk isseħħ il-kontrazzjoni, il-materjal jista 'jxerred tali deformazzjoni permezz ta' fluss, riorganizzazzjoni u mili, u b'hekk jimminimizza l-akkumulazzjoni ta 'stress intern.
Wara l-punt tal-ġel, is-sitwazzjoni tinbidel. Netwerk tridimensjonali jibda jifforma fi ħdan il-kolla, u l-materjal gradwalment jgħaddi minn stat likwidu għal stat solidu. F'dan l-istadju, is-saff li jwaħħal jakkwista kapaċità ta' ġarr ta' tagħbija-u jibda "jiftakar" avvenimenti sussegwenti ta' tnaqqis u deformazzjoni.
Fi kliem ieħor, il-porzjon ta 'kontrazzjoni li sseħħ wara l-punt tal-ġell huwa verament suxxettibbli li jiġġenera stress intern.
Hekk kif iż-żmien jimxi 'l quddiem, il-materjal jissolidifika aktar, u t-Tg tiegħu jogħla kontinwament. Meta t-Tg jaqbeż it-temperatura operattiva attwali, is-saff adeżiv jgħaddi minn stat tal-gomma għal stat tal-ħġieġ.
Malli tidħol fl-istat tal-ħġieġ, il-modulu tas-saff adeżiv jiżdied malajr, u jagħmel il-moviment tas-segment tal-katina aktar diffiċli; konsegwentement, porzjon tal-istress li qabel jista 'jiġi rilaxxat isir saħansitra aktar diffiċli biex jiġi rilaxxat.
Għalhekk, l-istress intern jista 'jinftiehem sempliċement bħala:
Qabel il-punt tal-ġel: il-kontrazzjoni tista 'sseħħ mingħajr ma jinduċi stress faċilment.
Wara l-punt tal-ġel: is-saff tal-ġel jibda jifforma netwerk, u jinxtorob sussegwenti jiġi evitat.
Wara l-vitrifikazzjoni: il-materjal isir riġidu, bil-ktajjen molekulari tiegħu immobilizzati, li jagħmel ir-rilaxx tal-istress aktar diffiċli.
Kif nafu lkoll:
Stress=Modulus × Strain
Stress intern finali ≈ modulu effettiv × (wara -inxtorob tal-kura tal-ġelazzjoni + deformazzjoni ta' nuqqas ta' qbil termali) − rilaxx ta' rilassament
Id-deformazzjoni ta' nuqqas ta' tqabbil tas-sħana tista' sempliċiment tinftiehem bħala:
Deformazzjoni ta 'nuqqas ta' qbil termali ≈ (koeffiċjent ta 'espansjoni termali tal-kolla - koeffiċjent ta' espansjoni termali tas-sottostrat) × differenza effettiva fit-temperatura
Il-kontrazzjoni u n-nuqqas ta 'qbil termali biss li jseħħu wara l-punt tal-ġel, immultiplikat bil-modulu li dejjem jiżdied, nieqes il-porzjon rilaxxat permezz tar-rilassament matul il-proċess, jikkostitwixxi l-istress intern nett finali.
Din hija wkoll ir-raġuni għaliex l-istress intern huwa diffiċli biex jiġi studjat: ma jqumx f'daqqa f'mument wieħed iżda jakkumula gradwalment matul il-proċessi ta 'tqaddid u tkessiħ. Matul dan il-proċess, it-tnaqqis, it-temperatura, il-modulu, u l-abbiltà tal-materjal li jirrilaxxa l-istress kollha jgħaddu minn bidliet kontinwi.
03 Kif tikkaratterizza: L-ewwel kejjel ir-"riżultat," imbagħad kejjel il-"kawża."
Issa huwa rikonoxxut b'mod wiesa 'li l-istress intern ma jqumx f'daqqa f'mument wieħed, iżda pjuttost jakkumula gradwalment matul il-proċessi ta' tqaddid u tkessiħ.
Kull parametru hawnhekk qed jinbidel kontinwament: ir-rata tal-kontrazzjoni, it-temperatura, il-modulu, u anke l-abbiltà tal-materjal li jirrilaxxa l-istress kollha jvarjaw.
Għalhekk, il-karatterizzazzjoni tal-istress intern ma tistax tistrieħ biss fuq valur numeriku wieħed; għandha fl-istess ħin tindirizza żewġ mistoqsijiet:
L-ewwel, liema ammont ta 'stress jew deformazzjoni jibqa' fl-aħħar?
It-tieni, kif huma ffurmati dawn l-istress matul il-proċess ta 'tqaddid?
Meta niġu għall-metodi ta 'ttestjar, ġeneralment jistgħu jinqasmu f'żewġ kategoriji.
Kategorija waħda tinvolvi kejl dirett tar-riżultati tal-istress jew tad-deformazzjoni, filwaqt li l-oħra tkejjel parametri intrinsiċi materjali biex tistabbilixxi mudelli.
Kategorija 1: Kejl dirett tar-riżultati tal-istress jew tad-deformazzjoni
Dan l-approċċ jiffoka fuq id-determinazzjoni tal-estent ta 'deformazzjoni jew stress residwu indott fl-istruttura wara li l-adeżiv ikun vulkanizzat.
L-aktar metodu klassiku huwa r-raġġ cantilever jew l-approċċ tal-liwi tar-raġġ bimaterjali. L-adeżiv huwa applikat għal folji tal-metall irqaq, wejfers tas-silikon, jew materjali oħra ta 'sottostrat; waqt it-tqaddid, it-tnaqqis tal-kolla jikkawża li s-sottostrat jitgħawweġ. Billi tkejjel il-kurvatura f'ħin reali u tuża metodu analogu għall-ekwazzjoni ta 'Stoney, l-istress medju fi ħdan is-saff adeżiv jista' jiġi kkalkulat. Dan l-approċċ joffri l-vantaġġi li jkun intuwittiv u-stabbilit tajjeb, li jippermetti l-viżwalizzazzjoni ta' kurvi li juru kif l-istress ivarja mal-ħin tal-fejqan.
Hemm ukoll it-teknika tal-fibra Bragg grating (FBG). Billi jinkorporaw fibri ottiċi f'saff tal-ġell, it-tensjoni fil-ġell tista 'titkejjel f'ħin reali. Dan il-metodu jipprovdi riflessjoni aktar preċiża tal-istat intern tal-ġel meta mqabbel mal-kejl tad-deformazzjoni tal-wiċċ waħdu, għalkemm jinvolvi spejjeż ogħla u kumplessità operazzjonali akbar.
Tfejjaq il-monitoraġġ tar-razza f'laminati komposti bl-użu ta' sensur ottiku distribwit (sors tal-immaġni)
Għal adeżivi trasparenti, metodi ta' fotoelastiċità jew birefringence jistgħu jintużaw ukoll biex tiġi osservata d-distribuzzjoni tal-istress permezz tat-tensjoni-birefringence indotta.
Barra minn hekk, metodi bħat-tħaffir, it-teħid ta' kampjuni tal-qalba, id-diffrazzjoni tar-raġġi X-(XRD), it-tifrix tan-newtroni, u l-analiżi Raman shift jistgħu jintużaw ukoll taħt kundizzjonijiet speċifiċi għall-kejl ta' stress residwu jew strain indirett.