Старение клеевых материалов в естественных условиях
Самыми удобными являются испытания, в которых создаются механические нагрузки, поскольку существует специальное испытательное оборудование, которое позволяет в течение достаточно непродолжительного времени задавать в циклическом режиме различные варианты нагружения. Например, клеевые материалы, используемые для изготовления обуви, испытываются на стендах, где создаются условия нагружения, копирующие ходьбу человека. Результаты таких испытаний легко пересчитать в реальные условия эксплуатации. Например, есть простая связь (число шагов за единицу времени) между ускоренными механическими испытаниями и обычными условиями работы клеевого соединения.
Влияние температуры и влажности учитываются путем длительного хранения склеенных образцов в определенной климатической зоне. Всего существует восемь климатических зон (экваториальная, субтропическая, тропическая, муссонная, средиземноморская, океаническая, континентальная и полярная), которые отличаются между собой по температурному диапазону, относительной влажности и сочетанию этих двух факторов в течение суток, месяцев, лет. На них влияют высота над уровнем моря, соседство морей, наличие близости крупных промышленных зон и пр., к этим же факторам следует добавить метеорологические условия. Изделия, которые длительно находятся в эксплуатации в заданных географических зонах, также считают показательным. Они работают как бы «под контролем» до тех пор, пока они перестанут выполнять свои функции. Период времени, в течение которого данные изделия были в работоспособном состоянии, и рассматривается как срок эксплуатации, по которому определяют скорость старения. Преимуществом оценки результатов эксплуатации реального изделия является реальная картина поведения клеевых соединений во времени. Недостатком данного метода является его длительность и большая вероятность того, что при эксплуатации произойдет повреждение не тех узлов, которые требуется исследовать.
Ускоренное старение эталонных образцов. В основу данного метода положен принцип моделирования рабочих условий. Известны величины механических нагрузок, которые являются безопасными и не приводят к разрушению клеевого соединения. Также известны нагрузки, которые вызывают ускоренное старение. Это же относится к температуре и влажности. Если проводить испытания на режимах, вызывающих ускоренное старение, то продолжительность их будет существенно меньше.
Оборудование для проведения ускоренных испытаний. Наряду со стандартным испытательным оборудованием используются различные варианты аппаратов искусственного старения (климатические камеры). Модели климатических камер могут быть самыми различными и отличаться между собой не только рабочими объемами (стандартные камеры имеют объем от 100 до 2000 л), но и оснасткой, и вариантами условий, которые могут быть созданы в климатических камерах. В качестве климатических камер используются:
- обычные «термостатические» баки;
- камеры с программируемой температурой и скоростью ее изменения, которые могут функционировать в диапазоне от -100 до + 200 °С;
- камеры с программируемыми температурой и влажностью;
- специальные климатические камеры, сочетающие свойства всех предыдущих и позволяющие чередовать темноту — свет и интенсивность ультрафиолетового облучения;
- камеры с особой атмосферой: это могут быть чистый кислород, инертные газы, агрессивные газы, туман, солевой туман (для моделирования морской атмосферы), загрязняющий туман и пр.
Стоимость испытаний в климатических камерах. Климатические камеры — оборудование «тяжелое» (требуется специальное помещение), дорогостоящее (в среднем 40 тыс. евро на единицу), громоздкое (требует площади в несколько квадратных метров), шумное (это связано с постоянной работой компрессоров), энергоемкое (необходимо постоянно поддерживать заданные режимы). Продолжительность ускоренных испытаний может составлять тысячу часов. Отсюда следует, что только крупные промышленные предприятия, специализирующиеся в этой области, могут себе позволить такие затраты. Это действительно «дорогое» испытательное оборудование, однако если хотим «прогнозировать» долговечность клеевых соединений, такие затраты необходимы.
Методы ускоренного старения. Подразделяются на статические и динамические. Первые позволяют определить время, в течение которого клеевые соединения выдерживают определенные температурные другие воздействия прежде, чем будет происходить потеря их механической прочности. Сложность в обработке результатов таких исследований заключается в необходимости испытаний большого количества образцов. Чаще всего проводят старение в:
- атмосфере, насыщенной растворителем. Разрушение клеевого шва в этих условиях происходит из-за адсорбции растворителя по межфазной границе. Видимыми следами этого процесса является «растрескивание» клеевого шва по периметру клеевого соединения.
- солевом тумане (чаще всего используется метод продувки образцов воздухом, насыщенным парами соли). При таких испытаниях изучают влияние образующихся продуктов коррозии склеиваемых деталей на прочность клеевого соединения.
- водном растворе (в раствор могут быть добавлены поверхностно- активные вещества). В качестве испытательной среды также используют «влажные компрессы». Такие испытания проводят в тех случаях, когда клеевое соединение планируется использовать при изготовлении транспортных машин и механизмов.
Загрузка ...