Quand una joncion de ligam fracassa, nòstras primièras etapas implican tipicament d'avalorar se la resisténcia adesiva es adequada, se lo tractament de la superfícia es corrècte, se l'impregnacion es sufisenta, e se los materials an pas vielhit.
Pasmens, dins las aplicacions d'engenharia realas, certanas avarias començan pas sonque a la mesa en servici; puslèu, los risques potencials son ja presents un còp que l'adesiu es completament curat.
Aqueste perilh potencial es la preséncia d'estrès intèrne residual.
Es invisible e malaisit de mesurar precisament dirèctament, pasmens pas de natura mistica. En paraulas simplas, l'adesiu patís una retraccion pendent lo curatge e lo refregiment; se lo substrat a l'entorn restrinh sa deformacion liura, la porcion non retraïbla ven una tension residuala dins la capa adhesiva.
Uèi, vos guidarai totes a comprene a fons aquel concèpte.
0 1 Perqué l'estudiar?
Los perilhs de l'estrès intèrne son d'una natura "-emmagazinatge d'energia".
Al moment de la curacion, la capa adhesiva emmagazina una porcion d'energia de deformacion elastica. Aquesta energia servís de fòrça motritz sosjacenta per la delaminacion interfaciala seguenta, la propagacion de microfendasclas e la deformacion de deformacion.
Prenèm la delaminacion e la delaminacion de l'interfàcia coma exemples: las tensions intèrnas s'acumulan al dessús de la carga operacionala, fasent que la tension reala de l'interfàcia despasse de luènh la valor de classament calculada del concepcion-. En d'autres mots, quitament abans que lo jaç adesiu comence un servici formal, l'interfàcia es ja somesa a un pre-excessiu tensionament.
Un autre exemple es la deriva de precision, que se mòstra particularament perjudiciala pels ensembles de precision coma los robòts, los motors e los compausants optics.
La posicion del nuclèu magnetic dins lo motor, l'alinhament dels compausants optics, e las dimensions de las pèças estructuralas pòdon totes subir una deriva a long tèrme a causa de la liberacion graduala de las tensions intèrnas. Se los compausants son d'en primièr conformes pendent lo montatge mas mòstran de desviacions après de centenats d'oras de foncionament, aqueles problèmas venon sovent de la preséncia de tensions intèrnas.
De mai, la vida de fatiga es redusida. L'estrès intèrne representa un nivèl d'estrès mejan a long tèrme que baissa collectivament la corba de vida de fatiga. La combinason de cicle de temperatura, d'umiditat e de vibracion mena sovent a de situacions ont los produches passan los tèsts inicials mas fracassan pendent la produccion en massa.
Doncas, l'estrès intèrne es pas un problèma segondari mas puslèu lo prerequisit fondamental per la fiabilitat del ligam. Determina non solament se l'adesion pòt arribar, mas tanben quant de temps lo ligam demòra estable après.
0 2 D'ont s'origina l'estrès intèrne?
Per comprene l'estrès intèrne, cal d'en primièr comprene son origina.
L'estrès intèrne pendent lo curatge adesiu ven fondamentalament de dos tipes de socas qu'expausan una tendéncia a se contractar mas que pòdon pas o far realament.
La primièra categoria es la retraccion de curacion, tanben coneguda coma retraccion quimica.
Dins los monomèrs liquids, las moleculas mantenon lo contacte a travèrs de fòrças de van der Waals (interaccions feblas). I a pas de ligams quimics entre los atòms de las doas moleculas; existisson simplament a proximitat, amb una distància tipica d'aperaquí 0,3–0,4 nm (çò que representa la soma dels rai de van der Waals de las doas moleculas).
Pendent la reaccion de polimerizacion, de ligams covalents se forman entre monomèrs. En prenent lo ligam unic C-C mai comun coma exemple, sa longor de ligam es d'aperaquí 0,154 nm. Aquò significa que doas moleculas separadas a l'origina per una distància larga d'aperaquí 0,35 nm son ara forçadament amassadas per un ligam covalent d'una longor d'aperaquí 0,15 nm-çò que resulta en una reduccion de la distància intermoleculara de mai de la mitat. (Nombre)
Al nivèl macroscopic, la contraccion simultanèa de bilhons d'aqueles parelhs moleculars se manifèsta coma una reduccion de volum. Aquò's una consequéncia fisica que pòt pas èsser entièrament evitada dins cap de reaccion de polimerizacion d'addicion.
La segonda categoria es l'estrès de desconcordança termica.
Fòrça adhesius an besonh de caufatge per se curar. Après curatge, quand es refregit de temperatura nauta a temperatura ambienta, los coeficients d'expansion termica de l'adesiu e del substrat diferísson.
Lo coeficient d'expansion termica de l'adesiu es tipicament significativament mai naut qu'aquel dels materials de basa coma los metals, los aimants e las ceramicas. Pendent lo refregiment, l'adesiu tend a se contractar mai, mas lo material de basa empacha sa contraccion liura, en frenant aital la capa d'adesiu e en indusent una tension intèrna residuala.
Lo concèpte mai critic aicí es lo punt de gel.
Abans lo punt de gel, l'adesiu demòra fluid e pòt fluir. Pendent aquela etapa, quitament se se produsís una contraccion, lo material pòt dissipar aquela deformacion a travèrs de flux, de reorganizacion e de rempliment, minimizant aital l'acumulacion de tension intèrna.
Après lo punt de gel, la situacion càmbia. Una ret tri-comença de se formar dins l'adesiu, e lo material passa gradualament d'un estat liquid a un estat solid. A aqueste estadi, lo jaç adesiu aquerís una capacitat de portament de carga- e comença de "se remembrar" los eveniments de retraccion e de deformacion seguents.
En d'autres mots, la porcion de contraccion que se produtz après lo punt de gel es vertadièrament propensa a generar d'estrès intèrne.
A mesura que lo temps progressa, lo material se solidifica mai, e son Tg aumenta de contunh. Quand lo Tg despassa la temperatura de foncionament actuala, la capa adhesiva passa d'un estat de cauchó a un estat de veire.
En dintrant dins l'estat de veire, lo modul de la capa adhesiva aumenta rapidament, çò que rend lo movement del segment de cadena mai dificil; en consequéncia, una partida de l'estrès que podiá èsser liberada abans ven encara mai dificila de liberar.
Doncas, l'estrès intèrne pòt èsser simplament comprés coma:
Abans lo punt de gel: la contraccion pòt arribar sens induire aisidament l'estrès.
Après lo punt de gel: la capa de gel comença de formar una ret, e la retraccion seguenta es empachada.
Après vitrificacion: lo material ven rigid, amb sas cadenas molecularas immobilizadas, çò que fa mai dificila la liberacion de l'estrès.
Coma o sabèm totes:
Estress=Modul × Deformacion
Tension intèrna finala ≈ modul eficaç × (retraccion de curacion post-gelacion + deformacion de desacòrdi termic) − liberacion de relaxacion
La deformacion de desconcordança de calor pòt èsser simplament compresa coma:
Deformacion de desacòrdi termic ≈ (coeficient d'expansion termica de l'adhesiu − coeficient d'expansion termica del substrat) × diferéncia de temperatura eficaça
Sonque la contraccion e la desconcordança termica que se produson après lo punt de gel, multiplicat pel modul en aument de contunh, mens la porcion liberada per la relaxacion pendent lo procès, constituís l'estrès intèrne net final.
Es tanben la rason per la quala l'estrès intèrne es malaisit d'estudiar: sorgís pas bruscament a un sol instant mas s'acumula gradualament pendent los procèsses de curacion e de refregiment. Al cors d'aqueste procès, la retraccion, la temperatura, lo modul, e la capacitat del material de liberar de tension subisson totes de cambiaments contunhs.
03 Cossí caracterizar : Primièr mesurar lo "resultat", puèi mesurar la "causa".
Es ara largament reconegut que l'estrès intèrne sorgís pas bruscament a un sol instant, mas puslèu s'acumula gradualament pendent los procèsses de curacion e de refregiment.
Cada paramètre aicí es en constanta transformacion: lo taus de contraccion, la temperatura, lo modul, e quitament la capacitat del material de liberar l'estrès varian totes.
Doncas, la caracterizacion de l'estrès intèrne pòt pas s'apiejar unicament sus una sola valor numerica; deu abordar a l'encòp doas questions:
D'en primièr, quina quantitat de tension o de deformacion demòra a la fin?
Segond, cossí se forman aquelas tensions pendent lo procès de curacion?
Quand s'agís de metòdes de tèst, pòdon generalament èsser devesits en doas categorias.
Una categoria implica la mesura dirècta dels resultats de tension o de deformacion, del temps que l'autra mesura los paramètres intrinsècs del material per establir de modèls.
Categoria 1: Mesura dirècta dels resultats de tension o deformacion
Aqueste apròchi se centra sus la determinacion de l'extension de la deformacion o de la tension residuala inducha dins l'estructura après que l'adesiu s'es curat.
Lo metòde mai classic es l'apròchi de flexion de la biga en cantilever o bimaterial. L'adesiu es aplicat a de fuèlhas de metal finas, de oblètas de silici, o d'autres materials de substrat; pendent lo curatge, la retraccion de l'adhesiu fa que lo substrat se doble. En mesurant la corbadura en temps real e en utilizant un metòde analòg a l'equacion de Stoney, la tension mejana dins la capa adhesiva pòt èsser calculada. Aqueste apròchi ofrís los avantatges d'èsser intuitiu e plan establit, permetent la visualizacion de corbas representant cossí l'estrès varia amb lo temps de curacion.
I a tanben la tecnica de grasilha de fibra de Bragg (FBG). En encastrant de fibras opticas dins un jaç de gel, la deformacion dins lo gel pòt èsser mesurada en temps real. Aqueste metòde provesís un rebat mai precís de l'estat intèrne del gel comparat a las mesuras de deformacion de la superfícia solas, e mai s'implica de còstes mai elevats e una complexitat operacionala mai granda.
Susvelhament de la deformacion de curacion dins de laminats compausats en utilizant un captor optic distribuit (Font d'imatge)
Pels adhesius transparents, de metòdes de fotoelasticitat o de birefringéncia pòdon tanben èsser emplegats per observar la distribucion de l'estrès via la birefringéncia inducha per l'estrès-.
De mai, de metòdes coma lo foratge, l'escantilh de nuclèu, la difraccion de rais X- (XRD), l'escampilhament de neutrons, e l'analisi del desplaçament de Raman pòdon tanben èsser emplegats dins de condicions especificas per mesurar l'estrès residual o la deformacion indirècta.