Kung mapakyas ang usa ka joint joint, ang atong unang mga lakang kasagaran naglakip sa pagtimbang-timbang kon ang adhesive strength igo ba, ang surface treatment husto, ang impregnation igo, ug ang mga materyales wala pa tigulang.
Apan, sa aktuwal nga mga aplikasyon sa engineering, ang pipila ka mga kapakyasan dili magsugod lamang sa pag-commissioning; hinoon, ang posibleng mga risgo anaa na sa higayon nga ang papilit hingpit nga naayo.
Kini nga potensyal nga peligro mao ang presensya sa nahabilin nga internal nga stress.
Dili kini makita ug lisud ang pagsukod sa tukma nga direkta, apan dili misteryoso sa kinaiyahan. Sa yanong pagkasulti, ang adhesive moagi sa pagkunhod sa panahon sa pag-ayo ug pagpabugnaw; kung ang naglibot nga substrate nagpugong sa libre nga pagbag-o niini, ang dili mahurot nga bahin mahimong nahabilin nga stress sa sulod sa adhesive layer.
Karong adlawa, giyahan ko kamong tanan sa hingpit nga pagsabot niini nga konsepto.
0 1 Nganong tun-an kini?
Ang mga kapeligrohan sa internal nga stress kay usa ka "enerhiya-storage" nga kinaiya.
Sa pag-ayo, ang adhesive layer nagtipig usa ka bahin sa elastic strain energy. Kini nga enerhiya nagsilbi nga nagpahiping puwersa sa pagmaneho alang sa sunod nga interfacial delamination, microcrack propagation, ug warping deformation.
Dad-a ang delamination sa interface ug delamination isip mga pananglitan: ang internal nga kapit-os natipon sa ibabaw sa operational load, hinungdan nga ang aktuwal nga interface stress molapas sa disenyo-kalkulado nga bili sa rating. Sa laing pagkasulti, bisan sa wala pa magsugod ang adhesive layer sa pormal nga serbisyo, ang interface napailalom na sa sobra nga pre-tensioning.
Ang usa pa nga pananglitan mao ang katukma sa pag-anod, nga nagpamatuod labi nga makadaot sa katukma nga mga asembliya sama sa mga robot, motor, ug optical nga mga sangkap.
Ang posisyon sa magnetic core sa motor, ang alignment sa optical components, ug ang mga dimensyon sa structural parts mahimong moagi sa taas nga-term drift tungod sa hinay-hinay nga pagpagawas sa internal stresses. Kung ang mga sangkap sa sinugdan nagsunod sa panahon sa asembliya apan nagpakita mga pagtipas pagkahuman sa gatusan ka oras nga operasyon, ang ingon nga mga isyu kanunay nga naggikan sa presensya sa mga internal nga stress.
Dugang pa, ang kinabuhi sa kakapoy mikunhod. Ang internal nga kapit-os nagrepresentar sa usa ka taas nga-aberids nga lebel sa kapit-os nga hiniusang nagpaubos sa kurba sa kakapoy sa kinabuhi. Ang kombinasyon sa temperatura nga pagbisikleta, humidity, ug vibration kasagaran mosangpot sa mga sitwasyon diin ang mga produkto mopasar sa inisyal nga pagsulay apan mapakyas atol sa mass production.
Busa, ang internal nga kapit-os dili usa ka sekundaryong isyu kondili ang sukaranan nga kinahanglanon alang sa pagkakasaligan sa pagbugkos. Gitino niini dili lamang kung mahimo ba nga mahitabo ang adhesion, apan kung unsa kadugay ang bugkos magpabilin nga lig-on pagkahuman.
0 2 Diin nagagikan ang internal nga stress?
Aron masabtan ang internal nga stress, kinahanglan una nga masabtan ang gigikanan niini.
Ang internal nga kapit-os sa panahon sa adhesive curing batakan nga mitungha gikan sa duha ka matang sa strains nga nagpakita sa usa ka kalagmitan sa pagkontrata apan dili sa aktuwal nga pagbuhat sa ingon.
Ang una nga kategorya mao ang pag-ayo sa pagkunhod, nailhan usab nga kemikal nga pag-urong.
Sa likido nga mga monomer, ang mga molekula nagpadayon sa pagkontak pinaagi sa mga pwersa sa van der Waals (huyang nga mga interaksyon). Walay kemikal nga gapos tali sa mga atomo sa duha ka molekula; anaa ra sila sa duol, nga adunay kasagarang gilay-on nga gibana-bana nga 0.3–0.4 nm (nga nagrepresentar sa sumada sa van der Waals radii sa duha ka molekula).
Atol sa reaksyon sa polymerization, ang mga covalent bond naporma tali sa mga monomer. Gikuha ang labing kasagaran nga C-C nga usa ka bugkos ingon usa ka pananglitan, ang gitas-on sa bond niini gibana-bana nga 0.154 nm. Nagpasabot kini nga ang duha ka molekula nga orihinal nga gibulag sa usa ka luag nga gilay-on nga mga 0.35 nm karon pugson nga gihiusa pinaagi sa usa ka covalent bond nga adunay gitas-on nga gibana-bana nga 0.15 nm-nga miresulta sa pagkunhod sa intermolecular nga gilay-on sa labaw sa katunga. (Hulagway)
Sa lebel sa macroscopic, ang dungan nga pagkunhod sa mga trilyon sa ingon nga mga parisan sa molekula nagpakita ingon pagkunhod sa gidaghanon. Kini usa ka pisikal nga sangputanan nga dili hingpit nga malikayan sa bisan unsang dugang nga reaksyon sa polimerisasyon.
Ang ikaduha nga kategorya mao ang thermal mismatch stress.
Daghang mga adhesive ang nanginahanglan pagpainit aron mamaayo. Pagkahuman sa pag-ayo, kung gipabugnaw gikan sa taas nga temperatura hangtod sa temperatura sa kwarto, ang mga thermal expansion coefficient sa adhesive ug substrate magkalainlain.
Ang thermal expansion coefficient sa adhesive kasagarang mas taas kay sa base nga materyales sama sa metal, magnet, ug ceramics. Atol sa pagpabugnaw, ang adhesive lagmit nga magkontrata pa, apan ang base nga materyal nagpugong sa libre nga pagkubkob niini, sa ingon nagpugong sa adhesive layer ug nag-aghat sa nahabilin nga internal nga stress.
Ang labing kritikal nga konsepto dinhi mao ang punto sa gel.
Sa wala pa ang punto sa gel, ang patapot nagpabilin nga likido ug mahimong modagayday. Sa kini nga yugto, bisan kung mahitabo ang pagkubkob, ang materyal mahimo’g mawala ang ingon nga deformation pinaagi sa pag-agos, pag-organisar pag-usab, ug pagpuno, sa ingon maminusan ang pagtipon sa internal nga stress.
Pagkahuman sa punto sa gel, nabag-o ang kahimtang. Ang tulo ka{1}}dimensional nga network nagsugod sa pagporma sulod sa adhesive, ug ang materyal anam-anam nga mobalhin gikan sa usa ka likido ngadto sa usa ka solid nga kahimtang. Niini nga yugto, ang adhesive layer nakakuha og load-bearing capacity ug nagsugod sa "paghinumdom" sa sunodsunod nga pagkunhod ug deformation nga mga panghitabo.
Sa laing pagkasulti, ang bahin sa pagkubkob nga nahitabo pagkahuman sa punto sa gel mao ang tinuud nga prone sa pagmugna sa internal nga stress.
Sa pag-uswag sa panahon, ang materyal mas molig-on, ug ang Tg niini padayon nga motaas. Kung ang Tg molapas sa kasamtangan nga temperatura sa pag-operate, ang adhesive layer mobalhin gikan sa rubbery state ngadto sa glassy state.
Sa pagsulod sa kahimtang sa bildo, ang modulus sa adhesive layer paspas nga nagdugang, nga naghimo sa paglihok sa kadena nga bahin nga labi ka lisud; tungod niini, ang usa ka bahin sa kapit-os nga kaniadto mapagawas mahimong mas lisud nga buhian.
Busa, ang internal nga tensiyon mahimong masabtan sa yano nga:
Sa wala pa ang punto sa gel: ang pagkubkob mahimong mahitabo nga dili dali nga makapukaw sa tensiyon.
Human sa punto sa gel: ang gel layer nagsugod sa pagporma sa usa ka network, ug ang sunod-sunod nga pagkunhod gipugngan.
Human sa vitrification: ang materyal mahimong estrikto, uban sa iyang mga molekular nga kadena immobilized, sa paghimo sa stress release mas lisud.
Sama sa nahibal-an natong tanan:
Stress=Modulus × Strain
Katapusan nga internal nga stress ≈ epektibo nga modulus × (post-pag-ayo sa gelation shrinkage + thermal mismatch deformation) − pagpagawas sa relaxation
Ang heat mismatch deformation mahimong sabton nga:
Thermal mismatch deformation ≈ (thermal expansion coefficient sa adhesive − thermal expansion coefficient sa substrate) × epektibo nga kalainan sa temperatura
Ang contraction ug thermal mismatch ra nga nahitabo pagkahuman sa gel point, nga gipadaghan sa padayon nga pagtaas sa modulus, giminusan ang bahin nga gipagawas pinaagi sa pagpahayahay sa panahon sa proseso, mao ang katapusan nga net internal stress.
Mao usab kini ang hinungdan ngano nga ang internal nga stress lisud tun-an: dili kini kalit nga motumaw sa usa ka higayon apan anam-anam nga natipon sa panahon sa mga proseso sa pag-ayo ug pagpabugnaw. Sa tibuok niini nga proseso, ang pag-us-os, temperatura, modulus, ug ang abilidad sa materyal sa pagpagawas sa stress ang tanan moagi sa padayon nga kausaban.
03 Unsaon pag-ila: Una sukda ang "resulta," dayon sukda ang "hinungdan."
Karon kaylap nga giila nga ang internal nga tensiyon dili kalit nga motumaw sa usa ka higayon, apan hinayhinay nga natipon sa panahon sa mga proseso sa pag-ayo ug pagpabugnaw.
Ang matag parameter dinhi kanunay nga nagbag-o: ang rate sa pagkontrata, temperatura, modulus, ug bisan ang abilidad sa materyal sa pagpagawas sa tensiyon magkalainlain.
Busa, ang kinaiya sa internal nga stress dili makasalig lamang sa usa ka numerical value; kinahanglan nga dungan nga tubagon niini ang duha ka pangutana:
Una, unsa nga gidaghanon sa stress o deformation ang nagpabilin sa katapusan?
Ikaduha, giunsa kini nga mga kapit-os naporma sa panahon sa proseso sa pag-ayo?
Kung bahin sa mga pamaagi sa pagsulay, kasagaran sila mahimong bahinon sa duha nga mga kategorya.
Ang usa ka kategorya naglakip sa direktang pagsukod sa stress o mga resulta sa deformation, samtang ang uban nagsukod sa materyal nga intrinsic nga mga parameter aron makatukod og mga modelo.
Category 1: Direktang pagsukod sa mga resulta sa stress o deformation
Kini nga pamaagi nagpunting sa pagtino sa gidak-on sa deformation o nahabilin nga stress nga gipahinabo sa istruktura pagkahuman naayo ang adhesive.
Ang labing klasikal nga paagi mao ang cantilever beam o bimaterial beam bending approach. Ang adhesive gigamit sa nipis nga metal sheets, silicon wafers, o uban pang substrate nga materyales; sa panahon sa pag-ayo, adhesive shrinkage hinungdan sa substrate sa bend. Pinaagi sa pagsukod sa curvature sa tinuod nga panahon ug paggamit sa usa ka pamaagi nga susama sa Stoney's equation, ang kasagarang stress sulod sa adhesive layer mahimong makalkulo. Kini nga pamaagi nagtanyag sa mga bentaha sa pagkahimong intuitive ug maayo nga-establisar, makapahimo sa pagtan-aw sa mga kurba nga naghulagway kung unsa ang pagkalainlain sa stress sa panahon sa pag-ayo.
Anaa usab ang fiber Bragg grating (FBG) nga teknik. Pinaagi sa pag-embed sa mga optical fiber sa sulod sa usa ka layer sa gel, ang strain sa sulod sa gel mahimong masukod sa tinuud nga oras. Kini nga pamaagi naghatag ug mas tukma nga pagpamalandong sa internal nga kahimtang sa gel kumpara sa mga pagsukod sa deformasyon sa ibabaw nga nag-inusara, bisan kung kini nagkinahanglag mas taas nga gasto ug labi ka komplikado sa operasyon.
Pag-ayo sa strain monitoring sa composite laminates gamit ang distributed optical sensor (Image source)
Para sa transparent nga mga adhesive, ang photoelasticity o birefringence nga mga pamaagi mahimo usab nga gamiton sa pag-obserbar sa stress distribution pinaagi sa stress-induced birefringence.
Dugang pa, ang mga pamaagi sama sa drilling, core sampling, X-ray diffraction (XRD), neutron scattering, ug Raman shift analysis mahimo usab nga gamiton ubos sa piho nga kondisyon para sa pagsukod sa residual stress o indirect strain.