Испытания на изгиб
Чаще всего используется схема нагружения. Данный метод не применяется для жестких подложек, т.к. результаты аналогичны простому сжатию. Но если одна из деталей, подлежащих склеиванию, является гибкой, то испытания позволяют имитировать реально встречаемые условия нагружения. Например:
- при креплении листовых материалов (пластиковые панели, имеющие декоративные функции);
- расслоение многослойных конструкций, слоистые панели, лыжи и пр.
Четырехточечный изгиб. Такая схема испытания используется в том случае, если одна из склеиваемых деталей является жесткой и хрупкой, например стекло. В этом случае, для того чтобы избежать ее повреждения в процессе испытаний, в клеевом шве
Испытания на сдвиг
Известно, что клеевые материалы хорошо работают в условиях сдвиговых нагрузок, и поэтому существует большое количество разнообразных методов испытаний клеевых соединений при сдвиге.
Образцы для испытаний. Схема испытаний при сдвиге. Два образца в форме прямоугольных пластинок склеиваются между собой. В зависимости от деформационных характеристик клеевого шва могут быть определены следующие параметры:
- разрушающая нагрузка и средние разрушающие напряжения
- модуль упругости при сдвиге определяют через тангенс угла наклона касательной при условии, что разрушение носит когезионный характер;
- предел упругости при напряжении т и деформация: (для жестких клеев). Для клеевых материалов с высокими деформационными характеристиками целесообразнее определять данные показатели традиционным способом;
- энергия диссипации, которая также определяется графически и характеризует способность клеевого материала рассеивать энергию. Этот показатель позволяет прогнозировать долговечность и работоспособность клеевого соединения.
Подготовка образцов для испытания. На результаты испытания оказывают влияние многие факторы, важнейшими из которых являются:
- шероховатость склеенных поверхностей: если она превышает нескольких мкм, то в этом случае не удастся получить достоверные значения модуля сдвига;
- толщина шва оказывает большое влияние на прочность клеевого соединения. При малой толщине клея возможно образование «голодного» клеевого шва, и прочность такого соединения будет невысокой. Неравномерность толщины клеевого шва по площади склеивания также приводит к уменьшению прочности склеивания.
Регулировать толщину клеевого шва достаточно сложно. Для обеспечения заданных толщин применяют калибровочные прокладки или стеклянные шарики, которые равномерно распределяют в клеевом шве. Более простым способом обеспечения равнотолщинности является применение прессов (для плоских деталей) или вакуумных мешков (для изделий сложной геометрической формы).
- неравномерность приложения нагрузки может привести к деформации образцов и еще более увеличивает неравномерное распределение напряжения по длине клеевого соединения;
- потеки клея: оказывают положительное влияние на прочность клеевого соединения, особенно если они расположены на краях. Однако если перед исследователями стоит задача провести сравнительный анализ нескольких клеев, то в этом случае наплывы и подтеки клея не позволят получить достоверные результаты о прочности испытываемых клеевых соединений.
Данные проблемы могут быть частично решены при использовании специальных образцов на сдвиг с двойной нахлесткой и более. Недостатком данных образцов является их более высокая, по сравнению со стандартными, стоимость.
Анализ напряженно-деформированного состояния клеевого материала при сдвиге. Для расчетов использованы значения разрушающих нагрузок свойства клея (модуль сдвига), характеристики склеиваемых деталей (модуль упругости, толщина) и характеристики клеевого соединения (ширина, длина и толщина клеевого шва). Данный метод расчета разработан в первой половине XX века Волькерсеном и Рейснером. В своих работах Волькерсен рассматривает клей как линейно-упругое твердое тело, подвергнутое чисто сдвиговым деформациям. Данный подход не является полным, поскольку не учитывает нессиметричность приложенной нагрузки. Позднее Голанд и Рейснер ввели специальные коэффициенты концентрации напряжений.
При таком подходе предполагалось, что клеевой шов всегда разрушается когезионно, хотя на практике чаще всего характер разрушения является смешанным или адгезионным. Также не учитывались вязкоупругие свойства клея.
Тем не менее, несмотря на указанные допущения, данный метод применяется для анализа напряженно-деформированного состояния клеевого материала.
Распределение напряжений. Для анализа напряженно-деформированного состояния в настоящее время используются численные методы расчетов (метод конечных элементов), который позволяет точно определить места максимальной концентрации напряжений. Наибольшие напряжения сосредоточены по краям клеевого шва:
- при небольшой длине клеевого шва (незначительно) практически весь клеевой шов находится под действием максимальных напряжений
- по мере увеличения протяженности клеевого шва (увеличивается), происходит перераспределение напряжений к краям клеевого соединения, начиная с некоторой длины, средние напряжения становятся минимальными, тогда как максимальные напряжения по-прежнему сконцентрированы по краям клеевого соединения.
Что касается напряжений расщепления (за плоскостью сдвига), которые наблюдались на примере образцов с простым перекрытием, они будут максимальными на краях шва, что объясняет риск деформации тонких пограничных слоев, а также смешанный характер разрывов: в центре шва разрыв когезии, на краях — адгезии. Но, как уже было сказано, сборные структуры (образцы с многоликим перекрытием, например простой след (шнурок) клея на концах шва) позволяют снять нагрузку расщепления.
Разрушающее напряжение. Волькерсен в своих расчетах показал, что разрушающее напряжение при сдвиге не является основной характеристикой клеевого материала. Это утверждение соответствует реальному положению дел, но тем не менее, именно разрушающее напряжение при сдвиге чаще всего используется разработчиками и потребителями клеевых материалов. Разрушающее напряжение зависит от:
- длины склеиваемых деталей: для величин напряжение становится независимым от длины, как только ее значения превышают 2 мм;
- свойств клея, т.е. является величиной пропорциональной, для эластичных клеевых швов величина напряжения зависит от масштабного фактора: уменьшается с увеличением, до достижения определенного предела.
Заключение. Разрушающее напряжение при сдвиге зависит от геометрии клеевого соединения и свойств клея и склеиваемых деталей. Его значения могут быть определены численными методами, однако полученные результаты не совпадают с экспериментальными значениями. Тем не менее, именно этот метод испытания является одним из наиболее распространенных и широко используется в практике склеивания.
Загрузка ...