ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Прочность и разрушение клеевых соединений из "Клеи и их применение в электротехнике" Данная проблема включает два аспекта — физикохимический и формальный (расчетный). Если последний необходим для выполнения конкретных расчетов прочности склеек, то первый дает представление о теоретических основах склеивания. Самостоятельная группа вопросов относится к долговечности клеевых соединений при воздействии на них различных эксплуатационных факторов возникающие проблемы носят прикладной характер, они рассмотрены в большом числе руководств. [c.18] Физико-химическое рассмотрение проблемы сопротивления клеевых соединений разрушению исходит из трех предпосылок — процесс разрушения носит когезионный характер, он обратим и, наконец, аналогичен процессу разрушения блочных полимеров. [c.18] Первый тезис лежит в основе выбора направлений разработки клеевых составов, поскольку существен вопрос о том, прочность какого элемента адгезионного соединения следует повышать — клеевого шва или приповерхностной зоны субстрата. Характер разрушения склеек в соответствии с общепринятыми представлениями может бы1[ь адгезионным (по межфазной границе), когезионным (по фазе одного из субстратов или клеевого шва) или смешанным (комбинированным). Подобная альтернатива нд[ первый взгляд естественна и подтверждается многочисленными экспериментальными данными. Тем не менее ее противоречивость следует из фактов наличия как терминологических неточностей, так и отдельных дискуссионных представлений. Анализ показывает [21], что в равновесных правильно сформированных адгезионных соединениях закономерен лишь когезионный характер их разрушения, частным случаем которого является смешанный. [c.19] Вторая предпосылка (обратимость процесса разрушения адгезионных соединений) справедлива прежде всего для объектов, отвечающих приведенным выше трем условиям. Обратимое разрушение таких склеек следует из анализа деформации аутогезионных соединений слюды и алмаза в вакууме, слюды, хлористого натрия и металлов на воздухе, а также адгезионных соединений полиэтилена со сталью, металлов с металлами, сплавами и льдом. [c.21] Справедливость этого выражения, т. е. существование гиперболической синусоидальной зависимости между величиной, обратной продолжительности образования адгезионных соединений, и числом взаимодействующих молекул, нащла экспериментальное подтверждение. [c.22] Последней предпосылкой для обсуждения физико-химического аспекта проблемы разрушения адгезионных соединений является аналогия данного процесса основным закономерностям когезионного разрушения индивидуальных блоков клеев и субстратов. Такая понятная аналогия [22] подтверждена изучением температурновременных зависимостей прочности склеек самых разнообразных полимеров. [c.22] Руководствуясь изложенными представлениями, рассмотрим параметрическую связь основных факторов, определяющих прочность и закономерности разрушения клеевых соединений. [c.22] При когезионном разрушении тяжей следует учесть аттракционное взаимодействие по площади сечений разрушающихся участков, т. е. [c.23] Выражение (25) описывает наиболее сложный вид разрушения, при котором может реализоваться любой характер разрыва соединения. При когезионном характере нет необходимости учитывать его первый член, при адгезионном — второй. [c.24] Таким образом, выражение (26) позволяет в параметрической форме учесть вклад составляющих величин в измеряемую прочность клеевых соединений, связав последнюю с 013 и 023 — параметрами, принципиально поддающимися регулированию путем изменения химической природы адгезива и поверхности субстрата, т.е. на стадиях разработки клеевых составов и подготовки субстратов к склеиванию. Можно считать, что в физико-химическом аспекте прочности адгезионных соединений наиболее существенное значение имеет выявление вида функции Елй а 1з,2з). [c.24] Расчетный аспект проблемы разрушения клеевых соединений связан с изучением распределения в них напряжений в зависимости от продолжительности, температуры и давления контактирования, толщины слоя адгезива и нагруженности склейки [23]. [c.24] Первые три фактора связаны с конечной прочностью клеевых соединений в принципе аналогично индивидуальным полимерам, не приведенным в адгезионный контакт. Об этом свидетельствует возможность привлечения для анализа прочности склеек различных температурновременных суперпозиций (например, основанных на известном уравнении Вильямса — Ландела — Ферри) [22], а также аппроксимация обобщенной кривой долговечности адгезионных соединений зависимостью, аналогичной уравнению Журкова, что позволяет осуществлять много-параметровое прогнозирование прочности. Давление контактирования, как следует из реологических данных (см. 1), прямо не связано с прочностью склеек. Действительно, статистический расчет максимального числа молекулярных контактов, основанный на теории взаимодействия эластомеров с твердым телом, показал незначительную зависимость от давления тем не менее этот факт не снижает существенности косвенного влияния давления на прочность адгезионных соединений, например через толщину слоя адгезива с1. [c.25] Последний фактор оказывает непосредственное воздействие на прочностные параметры склеек при условии, если й не превышает размеров зоны деформации. Решающую роль при этом играют когезионная прочность отвержденного клея и возникающие в нем внутренние напряжения. При недостаточной толщине клеевого шва возможно самопроизвольное отделение адгезива от поверхности субстрата вследствие развития повышенных напряжений. Чрезмерное значение е1 приводит к тому, что прочность адгезионного соединения будет определяться когезионной прочностью отвержденного клея, которая, как правило, меньше потенциально возможной адгезионной прочности и собственной прочности субстрата в этом случае разрушение склейки будет проходить по фазе адгезива. [c.25] Несоблюдение уравнений (27) и (28) обусловлено также тем, что они основаны на простейших гидродинамических представлениях и не учитывают влияния физических состояний полимеров и фазовых переходов в них. Занижение значения d по сравнению с теоретическим связано с ролью адсорбционных факторов и учетом процесса отверждения адгезива. Существенное влияние оказывает также эластичность клеевого шва, обусловленная различиями в подвижности макромолекулярных цепей и оцениваемая отношением либо объемов повторяющегося звена и сегмента [17], либо модулей упругости адгезива и субстрата. Как следствие, с увеличением с начальный модуль сдвига граничного слоя адгезива увеличивается, а значение предельного модуля практически не изменяется [24]. [c.26] На практике критическое значение й принимают равным 0,6 мкм для случая отрыва пленки покрытия от субстрата эмпирическая зависимость имеет вид степенной функции Р=180 [25]. [c.26] На ряде примеров установлен интересный факт линейности связи между произведением Ьйа и прочностью склейки в расчете на единицу объема адгезива вне зависимости от природы последнего. [c.28] Подобные расчеты показывают, что касательные напряжения в клеевом шве распределены неравномерно по длине субстрата, локализуясь у его краев в зоне протяженностью (й 1+с 2), не зависящей от значений I. Вне этой зоны концентрации касательных напряжений распределение нагрузок подчиняется обычным формулам сопротивления материалов, если рассматривать адгезионное соединение как монолит толщиной (d - -d2) , этот вывод справедлив как для плоских, так и для цилиндрических склеек. Речь идет о симметричных клеевых швах. Анализ распределения напряжений в несимметричных склейках значительно более сложен и может быть выполнен, например, с помощью метода конечных элементов. [c.28] Даже при соблюдении последнего условия соответствующая зависимость сопротивления отслаиванию проходит через максимум, определяемый скоростью разрушения склейки об этом свидетельствуют результаты применения матричного метода, когда сплошная среда (адгезия заменяется в рамках структурного анализа дискретным набором точек, связанных упругими и вязкими элементами типа модели Максвелла. Учет только эластичного деформирования склейки с выражением зависимостей в форме дифференциальных уравнений [28] свидетельствует, что повышение прочности клеевого соединения обеспечивает увеличение толщины клеевого шва по квадратичному закону от середины к краю нахлестки. [c.29] С целью снижения отрицательного влияния опасных зон предложено упрочнять склейку вторым адгезивом, наносимым по концам нахлестки. Такое комбинированное соединение более долговечно и нагревостойко. Аналогичный эффект достигается склеиванием центральных участков изделия нагревостойким составом, а концевых зон —эластичным ненагревостойким адгезивом. В ряде случаев упрочнение склеек обеспечивают применением не прямоугольных, а скошенных кромок соединяемых внахлестку профилей. [c.29] Вернуться к основной статье