As in bonding ferbining mislearret, omfetsje ús earste stappen typysk it beoardieljen oft de kleefsterkte adekwaat is, de oerflakbehanneling goed is, de ympregnaasje is genôch, en de materialen binne net ferâldere.
Yn eigentlike technykapplikaasjes begjinne bepaalde mislearrings lykwols net allinich by ynbedrijfstelling; leaver, potinsjele risiko 's binne al oanwêzich as de adhesive hat folslein genêzen.
Dit potinsjele gefaar is de oanwêzigens fan oerbliuwende ynterne stress.
It is ûnsichtber en dreech om krekt direkt te mjitten, mar dochs net mystysk fan aard. Simply set, adhesive ûndergiet krimp by curing en cooling; as it omlizzende substraat syn frije deformation beheint, wurdt it unkrimpbere diel oerbliuwende stress binnen de adhesive laach.
Hjoed sil ik jo allegear liede by it yngeand begryp fan dit konsept.
0 1 Wêrom studearje it?
De gefaren fan ynterne stress binne fan in "enerzjy-opslach" aard.
By it útharden bewarret de adhesive laach in diel fan elastyske strain-enerzjy. Dizze enerzjy tsjinnet as de ûnderlizzende driuwende krêft foar dêropfolgjende ynterfasiale delaminaasje, propagaasje fan mikrokraak, en ferfoarming fan ferfoarming.
Nim ynterface-delaminaasje en -delaminaasje as foarbylden: ynterne spanningen accumulearje boppe op 'e operasjonele lading, wêrtroch't de eigentlike ynterface-stress de ûntwerp-berekkene wurdearringswearde fier boppe giet. Mei oare wurden, sels foardat de adhesive laach mei formele tsjinst begjint, is de ynterface al ûnderwurpen oan te- foarspanning.
In oar foarbyld is accuracy drift, dy't benammen skealik bewiist foar presysassemblies lykas robots, motors en optyske komponinten.
De posysje fan 'e magnetyske kearn yn' e motor, de ôfstimming fan optyske komponinten, en de ôfmjittings fan strukturele dielen kinne allegear lange -drift ûndergean fanwegen stadichoan frijlitten fan ynterne spanningen. As komponinten yn earste ynstânsje konform binne tidens montage, mar ôfwikingen fertoane nei hûnderten oeren wurking, komme sokke problemen faaks út 'e oanwêzigens fan ynterne spanningen.
Derneist wurdt it wurgenslibben fermindere. Ynterne stress stiet foar in lange-gemiddelde stressnivo dat kollektyf de wurgenslibbenskromme ferleget. De kombinaasje fan temperatuerfytsen, fochtigens en trilling liedt faak ta situaasjes wêrby't produkten de earste testen trochjaan, mar mislearje tidens massaproduksje.
Dêrom is ynterne stress gjin sekundêr probleem, mar earder de fûnemintele betingst foar betrouberens fan bonding. It bepaalt net allinnich oft adhesion foarkomme kin, mar ek hoe lang de bining dêrnei stabyl bliuwt.
0 2 Wêr ûntstiet ynterne stress?
Om ynterne stress te begripen, moat men earst har oarsprong begripe.
De ynterne stress tidens adhesive curing komt yn prinsipe út twa soarten stammen dy't in oanstriid hawwe om te kontraktearjen, mar dat net eins kinne.
De earste kategory is curing krimp, ek wol bekend as gemyske krimp.
Yn floeibere monomeren hâlde molekulen kontakt troch Van der Waals-krêften (swakke ynteraksjes). Der binne gjin gemyske bannen tusken de atomen fan de twa molekulen; se besteane gewoan yn 'e buert, mei in typyske ôfstân fan likernôch 0,3–0,4 nm (wat de som fan 'e van der Waals-radius fan beide molekulen foarstelt).
Tidens de polymerisaasjereaksje wurde kovalente bannen foarme tusken monomeren. Troch de meast foarkommende CC-single bân as foarbyld te nimmen, is de bânlingte sawat 0.154 nm. Dit betsjut dat twa molekulen oarspronklik skieden troch in losse ôfstân fan sa'n 0,35 nm no mei geweld byinoar brocht wurde troch in kovalente bân mei in lingte fan likernôch 0,15 nm -wat resulteart yn in reduksje fan de intermolekulêre ôfstân mei mear as de helte. (Stal)
Op it makroskopyske nivo manifestearret de simultane krimp fan trillions fan sokke molekulêre pearen as folume reduksje. Dit is in fysike konsekwinsje dy't net folslein kin wurde foarkommen yn elke tafoegingspolymerisaasjereaksje.
De twadde kategory is thermyske mismatch stress.
In protte kleefstoffen hawwe ferwaarming nedich om te genêzen. Nei curing, doe't ôfkuolle fan hege temperatuer nei keamertemperatuer, de termyske útwreiding koeffizienten fan de adhesive en substraat ferskille.
De termyske útwreidingskoëffisjint fan 'e kleefstof is typysk signifikant heger dan dy fan basismaterialen lykas metalen, magneten en keramyk. Tidens it ôfkuoljen hat de kleefstof de neiging om fierder te kontraktearjen, mar it basismateriaal foarkomt har frije krimp, dêrmei de kleeflaach te beheinen en oerbleaune ynterne stress te bringen.
It meast krityske konsept hjir is it gelpunt.
Foarôfgeand oan it gelpunt bliuwt de kleefstof floeiend en kin streame. Tidens dit poadium, sels as krimp optreedt, kin it materiaal sa'n deformaasje ferdwine troch stream, reorganisaasje en ynfoljen, sadat de accumulation fan ynterne stress minimalisearret.
Nei it gelpunt feroaret de situaasje. In trije-dimensjoneel netwurk begjint te foarmjen binnen de kleefstof, en it materiaal giet stadichoan oer fan in floeistof nei in fêste steat. Op dit stadium krijt de adhesive laach load-dragende kapasiteit en begjint de folgjende krimp- en deformaasje-eveneminten te "ûnthâlden".
Mei oare wurden, it diel fan 'e kontraktearring dat plakfynt nei it gelpunt is wirklik gefoelich foar it generearjen fan ynterne stress.
As de tiid foarútgiet, wurdt it materiaal fierder solidifies, en syn Tg nimt kontinu op. As de Tg de aktuele wurktemperatuer grutter is, giet de adhesive laach oer fan in rubberachtige steat nei in glêzen steat.
By it ynfieren fan de glêzen steat, de modulus fan de adhesive laach tanimt fluch, wêrtroch ketting segment beweging dreger; dêrtroch, in part fan 'e stress dat koe earder wurde frijlitten wurdt noch dreger te lossen.
Dêrom kin ynterne stress gewoan wurde begrepen as:
Foar it gelpunt: krimp kin foarkomme sûnder maklik stress op te bringen.
Nei it gelpunt: de gellaach begjint in netwurk te foarmjen, en de folgjende krimp wurdt foarkommen.
Nei fergrutting: it materiaal wurdt stiif, mei syn molekulêre keatlingen ymmobilisearre, wêrtroch stressferliening dreger wurdt.
Sa't wy allegearre witte:
Stress=Modulus × Strain
Finale ynterne stress ≈ effektive modulus × (post-gelation curing krimp + termyske mismatch deformation) − ûntspanning release
Heat mismatch deformation kin gewoan wurde begrepen as:
Thermal mismatch deformation ≈ (termyske útwreidingskoëffisjint fan 'e adhesive - termyske útwreidingskoëffisjint fan it substraat) × effektyf temperatuerferskil
Allinich de krimp en thermyske mismatch dy't plakfine nei it gelpunt, fermannichfâldige mei de kontinu tanimmende modulus, minus it diel dat wurdt frijlitten troch ûntspanning tidens it proses, foarmje de definitive netto ynterne stress.
Dit is ek de reden wêrom't ynterne stress lestich te bestudearjen is: it ûntstiet net abrupt op ien momint, mar accumulearret stadichoan tidens it genêzen en koeljen. Yn dit heule proses ûndergeane krimp, temperatuer, modulus en it fermogen fan it materiaal om stress los te litten allegear kontinuze feroaringen.
03 Hoe te karakterisearjen: mjit earst it "resultaat", dan mjit de "oarsaak."
It is no wiid erkend dat ynterne stress net abrupt op in inkeld momint ûntstiet, mar earder stadichoan accumulearret tidens de genêzings- en koelprosessen.
Elke parameter feroaret hjir konstant: de kontraktyfens, temperatuer, modulus, en sels it fermogen fan it materiaal om stress los te meitsjen, ferskille allegear.
Dêrom kin de karakterisearring fan ynterne stress net allinich op ien inkelde numerike wearde betrouwe; it moat tagelyk twa fragen beantwurdzje:
Earst, hoefolle stress of ferfoarming bliuwt oan 'e ein?
Twad, hoe wurde dizze spanningen foarme tidens it genêzingsproses?
As it giet om testmetoaden, kinne se oer it algemien wurde ferdield yn twa kategoryen.
Ien kategory omfettet direkte mjitting fan stress- of deformaasjeresultaten, wylst de oare materiële yntrinsike parameters mjit om modellen te fêstigjen.
Kategory 1: Direkte mjitting fan resultaten fan stress of deformaasje
Dizze oanpak rjochtet him op it bepalen fan de omfang fan deformaasje as oerbliuwende spanning dy't yn 'e struktuer feroarsake wurdt neidat de kleefstof is genêzen.
De meast klassike metoade is de cantilever beam of bimaterial beam bending oanpak. Adhesive wurdt tapast op tinne metalen platen, silisium wafels, of oare substraat materialen; tidens curing, adhesive krimp feroarsaket de ûndergrûn te bocht. Troch it mjitten fan kromming yn echte tiid en it brûken fan in metoade analoog oan Stoney's fergeliking, kin de gemiddelde spanning binnen de adhesive laach wurde berekkene. Dizze oanpak biedt de foardielen fan yntuïtyf en goed-fêststeld te wêzen, wêrtroch de fisualisaasje mooglik is fan krommes dy't útbyldzje hoe't stress fariearret mei de hurde tiid.
Der is ek de fiber Bragg grating (FBG) technyk. Troch it ynbêdzjen fan optyske fezels yn in gellaach, kin spanning binnen de gel yn realtime wurde mjitten. Dizze metoade leveret in krekter refleksje fan 'e ynterne steat fan' e gel yn ferliking mei mjittingen fan oerflakdeformaasje allinich, hoewol it hegere kosten en gruttere operasjonele kompleksiteit meibringt.
Cure strain monitoring yn gearstalde laminaten mei help fan in ferspraat optyske sensor (Ofbylding boarne)
Foar transparante kleefstoffen kinne foto-elastyk of dûbele brekingsmetoaden ek brûkt wurde om stressferdieling te observearjen fia stress-induzearre dûbele breking.
Dêrnjonken kinne metoaden lykas boarjen, kearnsampling, röntgenstraaldiffraksje (XRD), neutroanenfersprieding, en Raman-skiftanalyse ek brûkt wurde ûnder spesifike betingsten foar it mjitten fan oerbliuwende stress of yndirekte spanning.