ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механические методы определения внутренних напряжений по усадочным деформациям из "Долговечность полимерных покрытий" Для исследования внутренних напряжений в тонких пленках был предложен прибор, принцип действия которого основан на измерении деформации стеклянного шарика, наполненного ртутью, в процессе усадки связующего. [c.42] Резервуаром такого прибора служит стеклянный шарик диаметром И,5м.ч, с капилляром. В процессе отверждения полимера, нанесенного на повер.чность шарика, последний сжимается, что вызывает перемещение ртути. По величине давления оценивают внутренние напряжения. [c.42] Аналогичная конструкция прибора предложена для оценки внутренних напряжений, вызванных усадкой высоконаполненных полимерных систем (рис. 2.1). В металлический конусный стакан 7 помещается металлическая трубка 2, на конце которой укреплена резиновая шаровая полость 3. При помощи трехходового крана 4 и стеклянной трубки 5 полость заполняется жидкостью (касторовым маслом), и кран переключают на манометр 6. Температуру композиции контролируют термопарой 7 и потенциометром 5. В результате усадки шаровая полость деформируется. Величина напряжений оценивается по показанию манометра. К недостатку прибора можно отнести трудность учета деформации резинового шарика. Этот метод был применен для изучения напряжений при усадке в процессе отверждения связующих, наполненных стеклянным волокном. Датчиком служила стеклянная трубка, заканчивающаяся шариком, заполненная ртутью. Для измерения давления, возникающего в стеклянной трубке или сфере в процессе отверждения связующего, внутри них наклеивались петлевые тензодатчики. Поверхность сферы покрывалась антиадгезионным составом. Пользуясь этим методом, можно определять радиальные усадочные напряжения. [c.42] При использовании оптически активных датчиков возникающие в них напряжения пропорциональны показателю двойного лучепреломления. Разность хода лучей в датчике определяют с помощью компенсатора по изменению угла поворота анализатора, при котором достигается максимальное затемнение поля в центре датчика. В этом случае / = Зф, где ф — угол поворота анализатора в градусах. Извлечение оптических датчиков из отвержденных образцов связано с трудностями и сопровождается часто их повреждением, что является недостатком этого метода. [c.44] Для оценки напряжений, которые могут быть вызваны усадкой связующего, разработана также серия мембранных и ща-риковых приборов с автоматическими измерительными устройствами рычажного типа [55]. Принцип действия последних, как и обычных весов, основан на автоматическом уравновешивании системы путем изменения положения груза на рычаге, т. е. на изменении плеча рычага или момента системы с помощью автоматических устройств. Для моделирования напряжений, возникающих на границе с полимером, предложен прибор с шаровой полостью, которая рассматривается как инородное включение и моделирует частицу наполнителя. [c.44] Прибор (рис. 2.3) состоит из основания 1, на котором укреплены корпус 3 и металлический стакан 2. Через корпус 3 проходят четыре резьбовых стержня в верхней части их крепится крышка с мембраной 7, закрывающей шаровую полость 6. В шаровую полость заливают машинное масло и устанавливают мембрану, которая поджимается гайкой. Стакан заполняют композицией, после чего прибор устанавливают на площадке статического компенсационного датчика. К центру мембраны подводят шток 8, соединенный с двуплечим рычагом 9, качающимся относительно опорного шарнира 12. На рычаге 9 при помощи реверсивного двигателя может перемещаться груз 10. В процессе отверждения усадочные деформации стремятся уменьшить объем полости 6 за счет изгиба мембраны 7. Усилия от мембраны через шток 8 передаются рычагу 9, который поднимается до тех пор, пока мембрана не вернется в исходное положение. Деформация мембраны в результате изменения объема полости компенсируется соответствующим моментом груза 10 на плече рычага 9. Усадочные напряження могут быть определены по шкале прибора. [c.44] К недостаткам прибора можно отнести трудность разборки и очистки узлов прибора, кроме того, при попадании воздуха в шаровую полость изменяются показания прибора, что влияет на точность измерения. С учетом этих недостатков была предложена более простая конструкция прибора — с рычажным датчиком (рис. 2.4). [c.45] В стакан из фторопласта вставляется стальной шарик 2, жестко соединенный с основанием прибора 1. Затем в стакан заливают композицию 4 и вставляют нижний шарик 2, жестко соединенный со штоком 8. При помощи крышки В с упругой прокладкой 6 и шайбой 7 фиксируется расстояние между верхним и нижним штоком. При усадке верхний шарик тянет шток 8 и выводит из равновесия двуплечий рычаг статического ко.чпенсационного датчика с грузом 11 и шарниром 12, который замыкает контакт и включает электромотор. При этом груз 10 перемещается, увеличивая плечо рычага 9, до тех пор пока шарик не вернется в исходное положение. Внутренние напряжения оценивают по шкале 13. [c.45] Принципиальным недостатком этих методов является то, что они позволяют оценить напряжения в образце только по величине усадки, проявляющейся в процессе отверждения образцов. В то же время усадка является физическим свойством материала, и ее реализация не сопровождается возникновением внутренних напряжений. Последние обычно возникают при заторможенной усадке. Поэтому при применении рассмотренных методов могут быть получены данные, характеризующие лишь вероятность возникновения напряжений в тех или иных системах. [c.46] Кинетика нарастания усадки М (I), внутренних напряжений 0ВН (2) и модуля упругости Е [3) в процессе отверждения фу-рановых полимербетонов. [c.46] Для оценки напряжений была предложена [68] терморелаксационная характеристика (ТРХ), которая представляет собой температурную зависимость напряжений при совместной тепловой деформации компаунда и залитого им элемента. Предполагается, что внутренние напряжения возникают вследствие изменения температуры. Из-за малой скорости ее изменения напряженное состояние в компаунде является равновесным, а значения внутренних напряжений квазистационарными. Для измерения напряжений предложен терморелаксометр (рис. 2.6). [c.47] Основным элементом этого прибора служит упругая рамка /, которая ограничивает заливаемый объект и является чувствительным элементом прибора. Образец компаунда, отливаемый непосредственно в прибор, представляет собой цилиндрический стержень с головками 3, опирающимися на верхний и нижний захваты 2. Формой для отливки служат воронкообразные захваты рамки и съемные вкладыши 5, Заливка образцов осуществляется через заливочную колонку, которая сообщается с помощью канала в плите 6 с тремя рамками. После отверждения съемные вкладыши удаляют. При охлаждении образца уменьшается длина или база рамки, которая измеряется как расстояние между опорными плоскостями головок образца. Из-за разности коэффициентов линейного расширения образца и стальной рамки происходит деформация последней, которая измеряется по перемещению верхней ее части с помощью индикатора часового типа 4 или индуктивного датчика с автоматической записью. [c.47] Зная величину Е , можно подобрать три рамки для исследуемого компаунда с Ещ Ек, Ет, аЕк и п к. По трем ТРХ рассчитывают значения равновесного модуля и коэффициента линейного расширения компаунда. [c.48] Изгиб или коробление происходят в направлении поверхности с большей усадкой. Разная усадка слоев с двух противоположных поверхностей может быть обусловлена неодинаковой интенсивностью сушки и неоднородной структурой материала. При формировании полимерных систем в виде тонких пленок на поверхности твердых тел в слоях толщиной 0,2 мкм, непосредственно прилегающих к поверхности твердого тела, возникает структура, существенно отличная по морфологии, размеру, плотности, концентрации связей, густоте пространственной сетки и другим параметрам от структуры остальных слоев. Эти данные были получены при применении методов эллипсомет-рии, ИКС, электронной микроскопии, поляризационно-оптического и др. [69—72]. При взаимодействии с подложкой происходит изменение не только структуры полимера, но и его физического состояния по толщине пленки. Так, например, при формировании покрытий из синтетических каучуков различного химического состава на поверхности стеклянных и металлических подложек с уменьшением толщины покрытий высокоэластические свойства их ухудшаются. Поэтому покрытия из таких каучуков толщиной менее 30 мкм не могут применяться в качестве эластичного подслоя, обеспечивающего релаксацию внутренних напряжений при формировании покрытий из жесткоцепных полимеров на таком подслое. В результате адсорбционного взаимодействия релаксационные процессы в граничных слоях становятся практически полностью заторможенными, а усадка их — незавершенной. Иные закономерности в изменении этих параметров выявлены для других слоев, и особенно для слоев, граничащих с воздухом. Изменение структуры и свойств этих слоев в процессе формирования свидетельствует о знали-тельной их усадке. [c.49] Осветителем прибора на поверхность образца проецируется ленточный луч под углом 45° к поверхности. Освещенная область, имеющая вид узкой полосы, наблюдается под углом 90° к плоскости падающего луча, в окуляр, снабженный визиром. Отклонение отражающей поверхности от фокальной плоскости приводит к искривлению отраженного луча. Совмещая с помощью микрометрического винта область пересечения с освещенной полоской в разных точках поверхности образца, на барабане винта отсчитывают разность высот этих двух точек поверхности в микрометрах. Этим методом можно пользоваться при определении профиля поверхности. [c.52] Указанные выше недостатки консольного метода затрудняют применение его для исследования внутренних напряжений в процессе формирования покрытий на неметаллических подложках. В ряде отраслей, например в строительстве и мебельной промышленности, для защитной и декоративной отделки древесины, асбоцемента и других материалов применяются покрытия толщиной от 0,3 до 3 мкм пр-и этом существенное влияние на напряжения оказывает анизотропный характер структуры подложки. [c.52] Вернуться к основной статье