Apabila sambungan ikatan gagal, langkah pertama kami biasanya melibatkan penilaian sama ada kekuatan pelekat adalah mencukupi, rawatan permukaan adalah betul, impregnasi adalah mencukupi, dan bahan tidak berumur.
Walau bagaimanapun, dalam aplikasi kejuruteraan sebenar, kegagalan tertentu tidak bermula hanya selepas pentauliahan; sebaliknya, potensi risiko sudah ada apabila pelekat telah sembuh sepenuhnya.
Bahaya yang berpotensi ini ialah kehadiran tekanan dalaman yang tinggal.
Ia tidak kelihatan dan sukar untuk diukur dengan tepat secara langsung, namun tidak bersifat mistik. Ringkasnya, pelekat mengalami pengecutan semasa pengawetan dan penyejukan; jika substrat di sekeliling mengehadkan ubah bentuk bebasnya, bahagian yang tidak mengecut menjadi tegasan sisa dalam lapisan pelekat.
Hari ini, saya akan membimbing anda semua dalam memahami konsep ini secara menyeluruh.
0 1 Mengapa mengkajinya?
Bahaya tekanan dalaman adalah bersifat "penyimpanan-tenaga".
Selepas pengawetan, lapisan pelekat menyimpan sebahagian daripada tenaga terikan elastik. Tenaga ini berfungsi sebagai daya penggerak asas untuk penembusan antara muka, perambatan mikrocrack, dan ubah bentuk meledingkan.
Ambil delaminasi antara muka dan delaminasi sebagai contoh: tegasan dalaman terkumpul di atas beban operasi, menyebabkan tegasan antara muka sebenar jauh melebihi nilai penarafan yang dikira-reka bentuk. Dalam erti kata lain, walaupun sebelum lapisan pelekat memulakan perkhidmatan rasmi, antara muka sudah tertakluk kepada pra-tegangan yang berlebihan.
Contoh lain ialah drift ketepatan, yang terbukti sangat memudaratkan pemasangan ketepatan seperti robot, motor dan komponen optik.
Kedudukan teras magnet dalam motor, penjajaran komponen optik dan dimensi bahagian struktur semuanya mungkin mengalami-hanyut jangka panjang akibat pelepasan tegasan dalaman secara beransur-ansur. Jika komponen pada mulanya mematuhi semasa pemasangan tetapi menunjukkan penyimpangan selepas beratus-ratus jam beroperasi, isu sedemikian sering berpunca daripada kehadiran tekanan dalaman.
Di samping itu, hayat keletihan berkurangan. Tekanan dalaman mewakili-paras tekanan purata jangka panjang yang secara kolektif merendahkan keluk hayat keletihan. Gabungan kitaran suhu, kelembapan dan getaran selalunya membawa kepada situasi di mana produk lulus ujian awal tetapi gagal semasa pengeluaran besar-besaran.
Oleh itu, tekanan dalaman bukanlah isu sekunder tetapi merupakan prasyarat asas untuk kebolehpercayaan ikatan. Ia menentukan bukan sahaja sama ada lekatan boleh berlaku, tetapi juga berapa lama ikatan kekal stabil selepas itu.
0 2 Di manakah tekanan dalaman berasal?
Untuk memahami tekanan dalaman, seseorang mesti terlebih dahulu memahami asal usulnya.
Tegasan dalaman semasa pengawetan pelekat pada asasnya timbul daripada dua jenis terikan yang menunjukkan kecenderungan untuk menguncup tetapi sebenarnya tidak boleh melakukannya.
Kategori pertama ialah pengawetan pengecutan, juga dikenali sebagai pengecutan kimia.
Dalam monomer cecair, molekul mengekalkan sentuhan melalui daya van der Waals (interaksi lemah). Tiada ikatan kimia antara atom kedua-dua molekul; ia hanya wujud dalam jarak yang dekat, dengan jarak tipikal kira-kira 0.3-0.4 nm (yang mewakili jumlah jejari van der Waals kedua-dua molekul).
Semasa tindak balas pempolimeran, ikatan kovalen terbentuk antara monomer. Mengambil ikatan tunggal C–C yang paling biasa sebagai contoh, panjang ikatannya adalah kira-kira 0.154 nm. Ini bermakna dua molekul yang asalnya dipisahkan dengan jarak longgar kira-kira 0.35 nm kini disatukan secara paksa oleh ikatan kovalen dengan panjang lebih kurang 0.15 nm-mengakibatkan pengurangan jarak antara molekul lebih separuh. (Rajah)
Pada peringkat makroskopik, penguncupan serentak trilion pasangan molekul sedemikian menjelma sebagai pengurangan isipadu. Ini adalah akibat fizikal yang tidak boleh dielakkan sepenuhnya dalam sebarang tindak balas pempolimeran penambahan.
Kategori kedua ialah tegasan ketidakpadanan haba.
Banyak pelekat memerlukan pemanasan untuk menyembuhkan. Selepas pengawetan, apabila disejukkan dari suhu tinggi ke suhu bilik, pekali pengembangan haba pelekat dan substrat berbeza.
Pekali pengembangan haba pelekat biasanya jauh lebih tinggi daripada bahan asas seperti logam, magnet dan seramik. Semasa penyejukan, pelekat cenderung mengecut lebih jauh, tetapi bahan asas menghalang penguncupan bebasnya, dengan itu menghalang lapisan pelekat dan mendorong tekanan dalaman yang tinggal.
Konsep yang paling kritikal di sini ialah titik gel.
Sebelum titik gel, pelekat kekal cecair dan boleh mengalir. Semasa peringkat ini, walaupun penguncupan berlaku, bahan boleh menghilangkan ubah bentuk tersebut melalui aliran, penyusunan semula, dan pengisian, dengan itu meminimumkan pengumpulan tekanan dalaman.
Selepas titik gel, keadaan berubah. Rangkaian tiga-dimensi mula terbentuk dalam pelekat, dan bahan secara beransur-ansur beralih daripada cecair kepada keadaan pepejal. Pada peringkat ini, lapisan pelekat memperoleh kapasiti galas-beban dan mula "mengingat" peristiwa pengecutan dan ubah bentuk seterusnya.
Dalam erti kata lain, bahagian penguncupan yang berlaku selepas titik gel benar-benar terdedah kepada menjana tekanan dalaman.
Apabila masa berlalu, bahan semakin kukuh, dan Tgnya terus meningkat. Apabila Tg melebihi suhu operasi semasa, lapisan pelekat beralih daripada keadaan bergetah kepada keadaan berkaca.
Apabila memasuki keadaan kaca, modulus lapisan pelekat meningkat dengan cepat, menjadikan pergerakan segmen rantai lebih sukar; akibatnya, sebahagian daripada tekanan yang sebelum ini boleh dilepaskan menjadi lebih sukar untuk dilepaskan.
Oleh itu, tekanan dalaman boleh difahami secara ringkas sebagai:
Sebelum titik gel: pengecutan boleh berlaku tanpa mudah mendorong tekanan.
Selepas titik gel: lapisan gel mula membentuk rangkaian, dan pengecutan seterusnya dihalang.
Selepas vitrifikasi: bahan menjadi tegar, dengan rantai molekulnya tidak bergerak, menjadikan pelepasan tekanan lebih sukar.
Seperti yang kita semua tahu:
Tegasan=Modulus × Terikan
Tegasan dalaman akhir ≈ modulus berkesan × (pasca-pengecutan pengawetan pengawetan + ubah bentuk ketidakpadanan haba) − pelepasan kelonggaran
Ubah bentuk ketidakpadanan haba boleh difahami secara ringkas sebagai:
Ubah bentuk ketidakpadanan terma ≈ (pekali pengembangan terma pelekat − pekali pengembangan haba substrat) × perbezaan suhu berkesan
Hanya penguncupan dan ketidakpadanan haba yang berlaku selepas titik gel, didarab dengan modulus yang terus meningkat, tolak bahagian yang dilepaskan melalui kelonggaran semasa proses, membentuk tegasan dalaman bersih terakhir.
Ini juga sebab mengapa tekanan dalaman sukar untuk dikaji: ia tidak timbul secara tiba-tiba dalam satu-satu masa tetapi terkumpul secara beransur-ansur semasa proses pengawetan dan penyejukan. Sepanjang proses ini, pengecutan, suhu, modulus, dan keupayaan bahan untuk melepaskan tekanan semuanya mengalami perubahan berterusan.
03 Cara mencirikan: Mula-mula ukur "hasil", kemudian ukur "sebab."
Kini diakui secara meluas bahawa tekanan dalaman tidak timbul secara tiba-tiba dalam satu-satu masa, sebaliknya terkumpul secara beransur-ansur semasa proses pengawetan dan penyejukan.
Setiap parameter di sini sentiasa berubah: kadar penguncupan, suhu, modulus, dan juga keupayaan bahan untuk melepaskan tekanan semuanya berbeza-beza.
Oleh itu, pencirian tegasan dalaman tidak boleh bergantung semata-mata pada satu nilai berangka; ia mesti menjawab dua soalan serentak:
Pertama, apakah jumlah tegasan atau ubah bentuk yang kekal pada penghujungnya?
Kedua, bagaimanakah tegasan ini terbentuk semasa proses pengawetan?
Apabila ia datang kepada kaedah ujian, mereka secara amnya boleh dibahagikan kepada dua kategori.
Satu kategori melibatkan pengukuran langsung keputusan tegasan atau ubah bentuk, manakala satu lagi mengukur parameter intrinsik bahan untuk mewujudkan model.
Kategori 1: Pengukuran langsung keputusan tegasan atau ubah bentuk
Pendekatan ini memberi tumpuan kepada penentuan tahap ubah bentuk atau tegasan sisa yang disebabkan dalam struktur selepas pelekat telah sembuh.
Kaedah yang paling klasik ialah pendekatan lenturan rasuk julur atau bibahan. Pelekat digunakan pada kepingan logam nipis, wafer silikon, atau bahan substrat lain; semasa pengawetan, pengecutan pelekat menyebabkan substrat bengkok. Dengan mengukur kelengkungan dalam masa nyata dan menggunakan kaedah yang serupa dengan persamaan Stoney, tegasan purata dalam lapisan pelekat boleh dikira. Pendekatan ini menawarkan kelebihan menjadi intuitif dan mantap-yang membolehkan visualisasi lengkung yang menggambarkan bagaimana tekanan berubah mengikut masa pengawetan.
Terdapat juga teknik serat Bragg grating (FBG). Dengan membenamkan gentian optik dalam lapisan gel, ketegangan dalam gel boleh diukur dalam masa nyata. Kaedah ini memberikan gambaran yang lebih tepat tentang keadaan dalaman gel berbanding dengan ukuran ubah bentuk permukaan sahaja, walaupun ia memerlukan kos yang lebih tinggi dan kerumitan operasi yang lebih besar.
Ubat pemantauan terikan dalam lamina komposit menggunakan penderia optik teragih (Sumber imej)
Untuk pelekat lutsinar, kaedah fotokeanjalan atau birefringence juga boleh digunakan untuk memerhatikan taburan tegasan melalui-birefringens yang disebabkan oleh tegasan.
Selain itu, kaedah seperti penggerudian, pensampelan teras, pembelauan sinar-X (XRD), serakan neutron dan analisis anjakan Raman juga boleh digunakan di bawah keadaan khusus untuk mengukur tegasan baki atau terikan tidak langsung.