Образец для испытаний адгезионных соединений Советский патент 1992 года по МПК G01N19/04 

w Ж.

. , ,Г / / / .

N3 С

XJ

00

N

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для количественной оценки стойкости границ раздела фаз слоистых композиционных материалов и адгезионных соединений на основе клеевых композиций к воздействию расклинивающих усилий агрессивных сред. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известного образца за счет оценки не только энергии адгезионного разрушения, но и стойкости границ раздела фаз адгезив-субстрат к воздействию расклинивающих усилий жидких сред; Образец содержит жесткую подложку 1 с отверстием и нанесенным слоем адгезива 2 и упругую подложку 3, поверхность которой к адгезиву выполнена профилированной в виде соос- ных с отверстием кольцевых выступов, имеющих сечение в виде равнобедренного треугольника с прямым углом при вершине, а адгезив расположен между выступами во впадинах треугольного сечения. 2 ил. о Ё

ФиМ

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для количественной оценки энергии адгезионного разрушения границы раздела фаз слоистых композиционных материалов и адгезионных соединений на основе клеевых соединений.

Известны образцы для испытания адгезионных соединений,которые не обеспечивают строго адгезионный тип отрыва адге- зива от субстрата.

Следовательно, прочностные испытания сводятся не к оценке поверхностного взаимодействия на границе раздела адгезив-суб- страт, а к определению прочности наиболее слабых слоев адгезионного соединения.

Наиболее близким к предлагаемому является образец, выполненный в виде жесткой подложки со сквозным отверстием и установленной на ней и перекрывающей отверстие, упругой пластины с профилированной поверхностью, связанных между собой адгезиврм, причем на свободной поверхности упругой пластины выполнена коническая проточка, меньшее основание которой обращено к отверстию и имеет диаметр, равный диаметру отверстия, а образующие проточки наклонены к поверхности подложки по углом от 4 до 9°.

Известный образец, позволяя при его испытаниях обеспечить строго адгезионный тип отрыва адгезива отсубстрата, вместе с тем обладает ограниченными функциональными возможностями.

Ограниченные функциональные возможности известного образца заключаются в том, что его конструктивные особенности не позволяют оценить стойкость границ раздела фаз адгезионных соединений к воздействию расклинивающих усилий агрессивных сред. Невозможность определения этой характеристики, определяющей долговечность адгезионного соединения, обусловлена тем, что известный образец позволяет реализовать строго адгезионный тип разрушения границы раздела фаз только при воздействии на нее жидких сред. При испытании известного образца газовыми средами реализуется когезионное разрушение. В то же время стойкость адгезионного соединения к воздействию расклинивающих усилий агрессивных сред характеризуется разностью разрушающих усилий в условиях воздействия жидкости и воздуха соответственно.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известного образца за счет оценки стойкости границ раздела фаз к воздействию расклинивающих усилий агрессивных сред,

Для достижения этой цели в образце, выполненном в виде жесткой подложки со сквозным отверстием и установленной на ней и перекрывающей отверстие упругой

пластины с профилированной поверхностью, связанных между собой адгезивом, профилированная поверхность выполнена в виде соосных отверстию кольцевых выступов, имеющих сечение в виде равностороннего треугольника с прямым углом при вершине, а адгезив расположен между выступами во впадинах треугольного сечения. Расширение функциональных возможностей известного образца за счет возможности оценки стойкости границ раздела фаз адгезионных соединений к воздействию расклинивающих усилий агрессивных сред путем реализации строго адгезионного типа его разрушения не только жидкими, но и

газовыми средами, обеспечивается выполнением на профилированной поверхности упругой подложки соосных отверстию в образце кольцевых выступов с сечением равностороннего треугольника с углом при

вершине 90°. В этом случае начальная трещина искусственно направляется на границу раздела испытуемого адгезива, т. е. на поверхность кольцевых.выступов независимо от типа среды (жидкой или газовой), находящейся в зоне разрушения. При наличии жидкой среды продвижение трещины по границе раздела адгезив-субстрат, т. е. по поверхности кольцевых выступов обусловлено в основном адсорбционным взаимодействием молекул жидкости с поверхностью субстрата и расклинивающим воздействием жидкой среды, положенными в основу известного технического решения.

При отсутствии жидкой среды движение

трещины реализуется в направлении наименьших значений разрушающих напряжений, т. е. под углом 45° к воздействующей нагрузке. Наибольшие касательные напряжения действуют по площадкам, составляю.щйм угол 45° с направлением вектора действующей нагрузки. Для соединений, выполненных под углом 45° к прикладываемой нагрузке, характерны наименьшие значения разрушающих напряжений. Поэтому

при выполнении на поверхности упругой подложки кольцевых выступов указанного профиля и в этом случае движение трещины возможно лишь по поверхности раздела адгезив - поверхность упругой подложхи.

Энергия адгезионного разрушения G рассчитывается по выражению

Г4 :

32-7TD где D - жесткость упругой подложки.

П)

Разность величин Р или G, рассчитанных по выражению (1), в процессе отслаивания верхней профилированной подложки пр воздействии на границу раздела воздушной и жидкой сред соответственно позволяет сравнить стойкость клеевых соединений к расклинивающему воздействию жидких сред.

Возможность реализации строго адгезионного разрушения при воздействии на границу раздела фаз испытуемого клеевого соединения воздушной и жидкой сред и как следствие возможность оценки стойкости границы раздела фаз соединения к расклинивающему воздействию жидких сред до- стигаются благодаря выполнению по поверхности упругой пластины, обращенной к адгезиву, кольцевых выступов с сечением равнобедренного треугольника с прямым углом при вершине.,

Названный отличительный признак является существенным, так как он не присущ известным техническим решениям задачи определения стойкости адгезионных соединений к воздействию жидких, сред и оценки энергии адгезионного разрушения и прото- типу.

Сущность изобретения состоит в расширении функциональных возможностей известного образца за счет выполнения на поверхности упругой подложки, обращенной к адгезиву, кольцевых выступов с сечением равнобедренного треугольника с прямым углом при вершине.

На фиг. t представлен предлагаемый образец и устройство для его испытания; на фиг. 2 - зависимость нагрузки и длины тещины от прогиба подложки.

Образец представляет собой трехслойное адгезионное соединение подложка-ад- гезив-подложка в виде диска. На жесткую подложку 1 нанесен слой адгезива 2, а на него до его отверждения наложена профилированная подложка 3. Устройство для испытания предлагаемого образца состоит из двух зажимных дисков 4 и 5, между которыми устанавливается испытуемый образец. К нижнему зажимному диску 5 жестко прикреплен измеритель 6 прогибэ.адгезива, а в верхнем зажимном диске размещен привод 7 нагружающего винта 8, передающего усилие через измеритель 9 нагрузки на элемент 10, жесткость которого выше жесткости адгезива, приведенный через отверстие в диске 1 в контакт с гибкой подложкой 3. В полости верхнего зажимного диска может находиться поверхностно-активная жидкая среда, контактирующая через отверстие в диске 1 с границей раздела адгезйв-суб- страт. Измеритель 9 нагрузки и измеритель

прогиба 7 имеют электрическую с rum. с двухкоординатным самопишущим прибором 11.

Испытания проводятся следующим об разом.

Образец испытуемого адгезионного со единения устанавливают между зажимными дисками 4 и 5. В полость верхнего зажимного диска в одном случае заливзег- ся,а в другом из него удаляется поверхностно-активная среда. Включают привод 7 сгружающего винта 8, передающего уси лие, измеряемое измерителем 9, на элемент 10, вбздействующий на гибкую пластину 3. По мере увеличения усилия пластина 3 вы пучивается под отверстием в диске 1 и начинает отслаиваться от адгезива с распространением фронта отрыва по поверхности кольцевых выступов. При отслаивании жидкой средой разрушение границы раздела, т е. движение трещины по поверхности выступов, обусловлено адсорбционным взаимодействием молекул жидкости с поверхностью субстрата. При отсутствии жидкой среды трещина в адгезиве развивается под углом 45° к приложенной нагрузке. Этому направлению соответствует поверхность ближайшего к отверстию выступ а упругой пластины. Далее трещина упирается в следующий кольцевой выступ и развивается по его поверхности. Электрические сигналы от измерителей 6 и 9 поступают на самопишущий двухкоординатный прибор 11, вычерчивающий зависимость нагрузки Р от прогиба W упругой профилированной подложки. Анализ полученной зависимости позволяет определить энергию адгезионного разрушения по выражению (1), а величина разности усилий Рь - Рж при отсутствии жидкой среды и ее налипании характеризует, стойкость соединения к расклинивающему воздействию жидкой среды.

На фиг. 2 показаны экспериментально полученные зависимости нагрузки Р, длины трещины а от прогиба упругой подложки W при воздействии на границу раздела образца воздуха I. и дистиллированной воды II. В качестве адгезива использовалась акрилат- ная композиция ВАК, а материалом подложки служила сталь ст. 3. Величина разности усилий Р, зафиксированная на го: ризонтальных участках, при отсутствии Рь и наличии РЖ жидкости в зоне контакта или величина разности энергий адгезионного разрушения в тех же условиях однозначно характеризуют стойкость испытуемого соединения к воздействию данной жидкой среД о

Рь-Рж 2,4Н-102;

Предлагаемый образец позволяет значительно расширить функциональные возможности известного образца, обеспечивая строго адгезионный тип разрушения не только в условиях воздействия в зону разрушения жидких сред, но и их отсутствия.

Положительный эффект в случае использования изобретения состоит в возможности оценки расклинивающего воздействия жидких сред на адгезионные соединения, Использование изобретения позволяет сравнить соединения на различных адгезивах по стойкости к воздействию различных эксплуатационных сред.

Формула изобретения

Образец для испытаний адгезионных соединений, выполненный в виде жесткой

5

подложки со сквозным отверстием и установленной на ней и перекрывающей отверстие упругой пластины с профилированной поверхностью, связанных между собой ад- гезивом, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет не только определения энергии адгезионного разрушения, но и оценки стойкости соединений к воздействию расклинивающих усилий агрессивных сред, профилированная поверхность выполнена в виде соосных отверстию кольцевых выступов, имеющих сечение в виде равнобедренного треугольника с прямым углом при вершине, а адгезив расположен между выступами во впадинах треугольного сечения.

Фиг. 2