Kiam liga junto malsukcesas, niaj unuaj paŝoj kutime implikas taksi ĉu la gluforto estas taŭga, la surfaca traktado taŭgas, la impregnado sufiĉas kaj la materialoj ne maljuniĝis.
Tamen, en faktaj inĝenieristikaplikoj, certaj fiaskoj ne komenciĝas nur sur komisiado; prefere, eblaj riskoj jam ĉeestas post kiam la gluo plene resaniĝis.
Tiu ebla danĝero estas la ĉeesto de resta interna streso.
Ĝi estas nevidebla kaj malfacile mezurebla precize rekte, tamen ne mistika en naturo. Simple dirite, gluo suferas ŝrumpadon dum resanigo kaj malvarmigo; se la ĉirkaŭa substrato limigas sian liberan deformadon, la neŝrumpebla parto iĝas resta streso ene de la glutavolo.
Hodiaŭ mi gvidos vin ĉiujn ĝisfunde kompreni ĉi tiun koncepton.
0 1 Kial studi ĝin?
La danĝeroj de interna streso estas de "energio-stokado".
Post resaniĝo, la glua tavolo stokas parton de elasta streĉa energio. Tiu energio funkcias kiel la subesta mova forto por posta intervizaĝa delaminado, mikrokraka disvastigo, kaj deforma deformado.
Prenu interfacon delaminadon kaj delaminadon kiel ekzemplojn: internaj stresoj akumuliĝas sur la operacia ŝarĝo, igante la realan interfacan streson multe superi la projektan-kalkulitan taksan valoron. Alivorte, eĉ antaŭ ol la glua tavolo komencas formalan servon, la interfaco jam estas submetita al troa antaŭ-streĉado.
Alia ekzemplo estas precizeca drivo, kiu pruvas precipe damaĝa al precizecasembleoj kiel ekzemple robotoj, motoroj, kaj optikaj komponentoj.
La pozicio de la magneta kerno en la motoro, la vicigo de optikaj komponentoj kaj la grandeco de strukturaj partoj povas ĉiuj sperti long{0}}perspektivan drivon pro laŭpaŝa liberigo de internaj streĉoj. Se komponentoj estas komence observemaj dum kunigo sed elmontras deviojn post centoj da horoj da operacio, tiaj temoj ofte devenas de la ĉeesto de internaj stresoj.
Krome, la laceca vivo estas reduktita. Interna streso reprezentas long-averaĝan stresnivelon kiu kolektive malaltigas la lacvivan kurbon. La kombinaĵo de temperaturciklado, humideco kaj vibrado ofte kondukas al situacioj kie produktoj trapasas komencan testadon sed malsukcesas dum amasproduktado.
Tial interna streso ne estas sekundara afero sed prefere la fundamenta antaŭkondiĉo por ligado de fidindeco. Ĝi determinas ne nur ĉu adhero povas okazi, sed ankaŭ kiom longe la ligo restas stabila poste.
0 2 Kie originas interna streso?
Por kompreni internan streson, oni devas unue kompreni ĝian originon.
La interna streso dum glukuracado principe ekestiĝas de du specoj de trostreĉoj kiuj elmontras emon kontrakti sed ne povas fakte fari tion.
La unua kategorio estas kuracado de ŝrumpado, ankaŭ konata kiel kemia ŝrumpado.
En likvaj monomeroj, molekuloj konservas kontakton per kamioneto der Waals-fortoj (malfortaj interagoj). Ne estas kemiaj ligoj inter la atomoj de la du molekuloj; ili simple ekzistas en proksima proksimeco, kun tipa distanco de ĉirkaŭ 0.3-0.4 nm (kiu reprezentas la sumon de la kamioneto der Waals-radiusoj de ambaŭ molekuloj).
Dum la polimeriga reago, kovalentaj ligoj formiĝas inter monomeroj. Prenante la plej oftan C-C ununuran obligacion kiel ekzemplon, ĝia obligaciolongo estas proksimume 0.154 nm. Tio signifas ke du molekuloj origine apartigitaj per loza distanco de proksimume 0.35 nm nun estas perforte kunvenigitaj per kovalenta ligo kun longo de proksimume 0.15 nm-rezultigante redukton de la intermolekula distanco je pli ol duono. (Figuro)
Sur la makroskopa nivelo, la samtempa kuntiriĝo de duilionoj da tiaj molekulaj paroj manifestiĝas kiel volumenoredukto. Tio estas fizika sekvo kiu ne povas esti tute evitita en iu aldona polimerigreakcio.
La dua kategorio estas termika malkongrua streso.
Multaj gluoj postulas hejton por kuraci. Post resanigo, kiam malvarmiĝas de alta temperaturo al ĉambra temperaturo, la termikaj ekspansiokoeficientoj de la gluo kaj substrato malsamas.
La termika vastiĝkoeficiento de la gluo estas tipe signife pli alta ol tiu de bazmaterialoj kiel ekzemple metaloj, magnetoj, kaj ceramikaĵo. Dum malvarmigo, la gluo tendencas kuntiriĝi plu, sed la bazmaterialo malhelpas sian liberan kuntiriĝon, tiel retenante la gluan tavolon kaj induktante restan internan streson.
La plej kritika koncepto ĉi tie estas la ĝela punkto.
Antaŭ la ĝelpunkto, la gluo restas fluida kaj povas flui. Dum ĉi tiu etapo, eĉ se kuntiriĝo okazas, la materialo povas disipi tian deformadon per fluo, reorganizo kaj plenigo, tiel minimumigante la amasiĝon de interna streso.
Post la ĝelpunkto, la situacio ŝanĝiĝas. Tri-reto komencas formiĝi ene de la gluo, kaj la materialo iom post iom transiras de likvaĵo al solida stato. En ĉi tiu etapo, la glua tavolo akiras ŝarĝo-portan kapablon kaj komencas "memori" postajn ŝrumpojn kaj deformajn eventojn.
Alivorte, la parto de kuntiriĝo okazanta post la ĝelpunkto estas vere inklina al generado de interna streso.
Dum la tempo progresas, la materialo plu solidiĝas, kaj ĝia Tg senĉese altiĝas. Kiam la Tg superas la nunan funkciigan temperaturon, la glua tavolo transiras de kaŭĉuka stato al vitreca stato.
Enirinte la vitran staton, la modulo de la glua tavolo pliiĝas rapide, igante ĉensegmentan movadon pli malfacila; sekve, parto de la streĉo, kiu antaŭe povus esti liberigita, fariĝas eĉ pli malfacile liberigebla.
Tial, interna streso povas esti simple komprenita kiel:
Antaŭ la ĝelpunkto: kuntiriĝo povas okazi sen facile indukti streson.
Post la ĝela punkto: la ĝela tavolo komencas formi reton, kaj posta ŝrumpado estas malhelpita.
Post vitriĝo: la materialo iĝas rigida, kun siaj molekulaj ĉenoj senmoviĝitaj, igante streĉan liberigon pli malfacila.
Kiel ni ĉiuj scias:
Streso=Modulo × Streĉiĝo
Fina interna streso ≈ efika modulo × (post-gelaciigo kuracanta ŝrumpado + termika misagordado deformado) − malstreĉiĝoliberigo
Varma misagordo deformado povas esti simple komprenita kiel:
Termika malkongrua deformado ≈ (termika disvastiĝo koeficiento de la gluo − termika ekspansiokoeficiento de la substrato) × efika temperaturdiferenco
Nur la kuntiriĝo kaj termika misagordo okazanta post la ĝelpunkto, multobligita per la kontinue kreskanta modulo, minus la parto liberigita tra malstreĉiĝo dum la procezo, konsistigas la finan netan internan streson.
Ĉi tio ankaŭ estas la kialo, kial interna streso estas malfacile studebla: ĝi ne ekestas abrupte en unu momento sed akumuliĝas iom post iom dum la resanigo kaj malvarmigo procezoj. Dum ĉi tiu procezo, ŝrumpado, temperaturo, modulo kaj la kapablo de la materialo liberigi streson ĉiuj spertas kontinuajn ŝanĝojn.
03 Kiel karakterizi: Unue mezuru la "rezulton", poste mezuru la "kaŭzon".
Estas nun vaste rekonite ke interna streso ne ekestas subite en ununura momento, sed prefere akumuliĝas iom post iom dum la kuracado kaj malvarmigoprocezoj.
Ĉiu parametro ĉi tie konstante ŝanĝiĝas: la kuntiriĝo, temperaturo, modulo, kaj eĉ la kapablo de la materialo liberigi streson ĉiuj varias.
Tial, la karakterizado de interna streso ne povas fidi sole je ununura nombra valoro; ĝi devas samtempe trakti du demandojn:
Unue, kia kvanto da streĉo aŭ deformado restas ĉe la fino?
Due, kiel ĉi tiuj streĉoj formiĝas dum la resaniga procezo?
Kiam temas pri testaj metodoj, ili ĝenerale povas esti dividitaj en du kategoriojn.
Unu kategorio implikas rektan mezuradon de streso aŭ deformadrezultoj, dum la aliaj mezuras materialajn internajn parametrojn por establi modelojn.
Kategorio 1: Rekta mezurado de streso aŭ deformado rezultoj
Tiu aliro temigas determinado de la amplekso de deformado aŭ resta streso induktita en la strukturo post kiam la gluo resaniĝis.
La plej klasika metodo estas la kantilevra trabo aŭ bimateriala trabo-fleksa aliro. Adhesivo estas aplikata al maldikaj metalaj folioj, siliciaj oblatoj aŭ aliaj substrataj materialoj; dum resaniĝo, glua ŝrumpado igas la substraton fleksi. Mezurante kurbiĝon en reala tempo kaj utiligante metodon analogan al la ekvacio de Stoney, la meza streso ene de la glutavolo povas esti kalkulita. Ĉi tiu aliro ofertas la avantaĝojn de esti intuicia kaj bone-establita, ebligante la bildigon de kurboj prezentantaj kiel streĉo varias laŭ resaniga tempo.
Ekzistas ankaŭ la fibro Bragg krado (FBG) tekniko. Enkonstruante optikajn fibrojn ene de ĝeltavolo, streĉiĝo ene de la ĝelo povas esti mezurita en reala tempo. Tiu metodo disponigas pli precizan reflektadon de la interna stato de la ĝelo komparite kun surfacaj deformadmezuradoj sole, kvankam ĝi implicas pli altajn kostojn kaj pli grandan funkcian kompleksecon.
Kuraci monitoradon de streĉiĝo en kunmetitaj lamenoj per distribuita optika sensilo (Bildofonto)
Por travideblaj gluoj, fotoelasteco aŭ birefringo-metodoj ankaŭ povas esti utiligitaj por observi stresdistribuon per streĉ-induktita birefringo.
Plie, metodoj kiel ekzemple borado, kernprovado, X-radia difrakto (XRD), neŭtrondisvastigo, kaj Raman-ŝanĝanalizo ankaŭ povas esti utiligitaj sub specifaj kondiĉoj por mezurado de resta streso aŭ nerekta trostreĉiĝo.