Gagal Majelis Kabeungkeut? Ngartos Ngobati Stress Internal Kahiji

Nalika gabungan beungkeutan gagal, léngkah munggaran urang biasana ngalibetkeun ngira-ngira naha kakuatan napelna cekap, perawatan permukaan leres, impregnation cekap, sareng bahan-bahanna henteu sepuh.

Sanajan kitu, dina aplikasi rékayasa sabenerna, gagal tangtu teu dimimitian ngan sanggeus commissioning; rada, resiko poténsi geus hadir sakali napel geus pinuh kapok.

Bahaya poténsial ieu nyaéta ayana setrés internal sésa.

Éta henteu katingali sareng sesah diukur sacara langsung, tapi henteu mistis di alam. Kantun nempatkeun, napel ngalaman shrinkage salila curing na cooling; lamun substrat sabudeureun ngawatesan deformasi bébas na, bagian unshrinkable janten stress residual dina lapisan napel.

Dinten ieu, kuring bakal nungtun anjeun sadayana pikeun ngartos konsep ieu.

Bahaya setrés internal mangrupikeun "simpen énergi-".

Kana curing, lapisan napel nyimpen nyangkokkeun sabagian énergi galur elastis. Énergi ieu janten kakuatan panggerak dasar pikeun delaminasi antarmuka salajengna, rambatan mikrocrack, sareng deformasi warping.

Candak delaminasi antarmuka sareng delaminasi sabagé conto: setrés internal akumulasi di luhur beban operasional, nyababkeun setrés antarmuka saleresna langkung tebih tina desain -nilai rating anu diitung. Kalayan kecap séjén, malah saméméh lapisan napel dimimitian layanan formal, panganteur geus ngalaman kaleuleuwihan pre-tensioning.

Conto anu sanésna nyaéta akurasi drift, anu ngabuktikeun hususna ngabahayakeun pikeun rakitan presisi sapertos robot, motor, sareng komponén optik.

Posisi inti magnét dina motor, alignment komponén optik, jeung diménsi bagian structural sadayana bisa ngalaman -malayang jangka panjang alatan ngaleupaskeun bertahap stresses internal. Upami komponén mimitina patuh nalika dirakit tapi nunjukkeun panyimpangan saatos ratusan jam operasi, masalah sapertos kitu sering timbul tina ayana setrés internal.

Salaku tambahan, kahirupan kacapean dikirangan. Setrés internal ngagambarkeun tingkat setrés rata-rata-jangka panjang anu sacara koléktif nurunkeun kurva kahirupan kacapean. Kombinasi siklus suhu, kalembaban, sareng geter sering nyababkeun kaayaan dimana produk lulus uji awal tapi gagal nalika produksi masal.

Ku alatan éta, setrés internal sanés masalah sekundér tapi mangrupikeun prasyarat dasar pikeun réliabilitas beungkeutan. Ieu nangtukeun teu ngan naha adhesion bisa lumangsung, tapi ogé sabaraha lila beungkeut tetep stabil saterusna.

Pikeun ngartos setrés internal, urang kedah ngartos asal-usulna.

Stress internal salila curing napel dasarna timbul tina dua jenis galur nu némbongkeun kacenderungan ka kontrak tapi sabenerna teu bisa ngalakukeunana.

Kategori kahiji nyaéta curing shrinkage, ogé katelah shrinkage kimiawi.

Dina monomér cair, molekul ngajaga kontak ngaliwatan gaya van der Waals (interaksi lemah). Teu aya beungkeut kimia antara atom-atom dua molekul; aranjeunna ngan saukur aya dina jarak deukeut, kalawan jarak has kira 0,3-0,4 nm (anu ngagambarkeun jumlah tina jari-jari van der Waals duanana molekul).

Salila réaksi polimérisasi, beungkeut kovalén kabentuk antara monomér. Misalkeun beungkeut tunggal C-C anu paling umum, panjang beungkeutna kira-kira 0,154 nm. Ieu ngandung harti yén dua molekul nu tadina dipisahkeun ku jarak lepas kira-kira 0,35 nm ayeuna dihijikeun sacara paksa ku beungkeut kovalén nu panjangna kira-kira 0,15 nm-ngahasilkeun ngurangan jarak antarmolekul ku leuwih ti satengah. (Tokoh)

Dina tingkat makroskopis, kontraksi simultaneous tina triliun pasangan molekul sapertos manifests salaku réduksi volume. Ieu konsékuansi fisik nu teu bisa sagemblengna dihindari dina sagala réaksi polimérisasi tambahan.

Kategori kadua nyaéta stress mismatch termal.

Loba adhesives merlukeun pemanasan pikeun ngubaran. Saatos curing, nalika tiis tina suhu luhur ka suhu kamar, koefisien ékspansi termal tina napel jeung substrat béda.

Koéfisién ékspansi termal tina napel biasana langkung luhur tibatan bahan dasar sapertos logam, magnét, sareng keramik. Salila cooling, napel nu condong keuna salajengna, tapi bahan dasar nyegah kontraksi bébas na, kukituna restraining lapisan napel na inducing stress internal residual.

Konsep anu paling kritis di dieu nyaéta titik gél.

Sateuacan titik gél, napel tetep cairan sarta bisa ngalir. Salila tahap ieu, sanajan kontraksi lumangsung, bahan bisa dissipate deformasi misalna ngaliwatan aliran, reorganisasi, sarta ngeusian, kukituna ngaminimalkeun akumulasi stress internal.

Saatos titik gél, kaayaan robah. Jaringan tilu diménsi -ngawitan kabentuk dina napel, sarta bahan laun-laun transisi tina cair ka kaayaan padet. Dina tahap ieu, lapisan napel meunangkeun -kapasitas nanggung beban sarta mimiti "nginget" kajadian shrinkage sarta deformasi saterusna.

Dina basa sejen, porsi kontraksi lumangsung sanggeus titik gél sabenerna rawan ngahasilkeun stress internal.

Salaku waktu progresses, bahan salajengna solidifies, sarta Tg na terus naek. Nalika Tg ngaleuwihan suhu operasi ayeuna, lapisan napel transisi tina kaayaan rubbery kana kaayaan glassy.

Kana asup kana kaayaan kaca, modulus lapisan napel naek gancang, sahingga gerakan bagéan ranté leuwih hese; akibatna, bagian tina stress nu saméméhna bisa dileupaskeun janten malah harder ngaleupaskeun.

Ku alatan éta, stress internal bisa saukur dipikaharti saperti:

Sateuacan titik gél: kontraksi bisa lumangsung tanpa gampang inducing stress.

Saatos titik gél: lapisan gél mimiti ngabentuk jaringan, sarta shrinkage saterusna dicegah.

Saatos vitrification: bahan jadi kaku, kalawan ranté molekular na immobilized, sahingga stress release leuwih hese.

Sakumaha urang terang:

Tegangan=Modulus × Galur

Tekenan internal ahir ≈ modulus éféktif × (pasca-gelation curing shrinkage + deformasi mismatch termal) − pelepasan rélaxasi

Panas mismatch deformasi bisa saukur dipikaharti saperti:

Deformasi mismatch termal ≈ (koéfisién ékspansi termal tina napel − koefisien ékspansi termal substrat) × bédana hawa éféktif

Ngan kontraksi jeung mismatch termal lumangsung sanggeus titik gél, dikali modulus terus ngaronjatkeun, dikurangan porsi dileupaskeun ngaliwatan rélaxasi salila prosés, constitutes stress internal net final.

Ieu ogé alesan kunaon setrés internal hese diajar: éta henteu timbul ngadadak dina hiji waktos tapi ngumpulkeun laun-laun salami prosés curing sareng cooling. Sapanjang prosés ieu, shrinkage, suhu, modulus, sareng kamampuan bahan pikeun ngaleupaskeun setrés sadayana ngalaman parobihan anu terus-terusan.

Ayeuna sacara lega diakuan yén setrés internal henteu timbul sacara tiba-tiba dina hiji waktos, tapi akumulasi laun-laun salami prosés curing sareng cooling.

Unggal parameter di dieu terus-terusan robih: laju kontraksi, suhu, modulus, sareng kamampuan bahan pikeun ngaleupaskeun setrés sadayana rupa-rupa.

Ku alatan éta, characterization stress internal teu bisa ngandelkeun solely on hiji nilai numeris tunggal; eta kudu sakaligus ngajawab dua patarosan:

Kahiji, naon jumlah stress atawa deformasi tetep dina tungtungna?

Kadua, kumaha stresses ieu kabentuk nalika prosés curing?

Lamun datang ka métode nguji, aranjeunna umumna bisa dibagi kana dua kategori.

Hiji kategori ngalibatkeun pangukuran langsung tina setrés atanapi hasil deformasi, sedengkeun anu sanésna ngukur parameter intrinsik bahan pikeun ngadamel modél.

Kategori 1: Pangukuran langsung tina setrés atanapi hasil deformasi

pendekatan ieu museurkeun kana nangtukeun extent deformasi atawa stress residual ngainduksi dina struktur sanggeus napel geus cageur.

Metodeu anu paling klasik nyaéta balok kantilever atanapi pendekatan bending balok bimaterial. Napel diterapkeun kana lambaran logam ipis, wafer silikon, atanapi bahan substrat sanés; salila curing, shrinkage napel ngabalukarkeun substrat ngabengkokkeun. Ku cara ngukur kelengkungan sacara real waktos sareng nganggo metode anu sami sareng persamaan Stoney, rata-rata tegangan dina lapisan napel tiasa diitung. Pendekatan ieu nawiskeun kaunggulan janten intuitif sareng mapan -alus, ngamungkinkeun visualisasi kurva anu ngagambarkeun kumaha setrésna béda-béda sareng waktos curing.

Aya ogé téhnik serat Bragg grating (FBG). Ku embedding serat optik dina lapisan gél, galur dina gél bisa diukur sacara real waktu. Metoda ieu nyadiakeun cerminan leuwih akurat kaayaan internal gél urang dibandingkeun ukuran deformasi permukaan nyalira, sanajan merlukeun waragad luhur sarta pajeulitna operasional leuwih gede.

Cure monitoring galur dina laminates komposit ngagunakeun sensor optik disebarkeun (Sumber gambar)

Pikeun perekat transparan, metode photoélasticity atanapi birefringence ogé tiasa dianggo pikeun niténan sebaran setrés ngaliwatan stress-induced birefringence.

Salaku tambahan, métode sapertos pangeboran, sampling inti, difraksi sinar X-(XRD), paburencay neutron, sareng analisa shift Raman ogé tiasa dianggo dina kaayaan khusus pikeun ngukur tegangan sésa atanapi galur teu langsung.

Kontak ayeuna