Образец для испытаний адгезионных соединений

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной 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 соосных 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

СОК)З СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИНЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 19/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАН И Е ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ,.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4812023/28 (22) 09.04.90 (46) 23.04.92. Бюл, N 15 (72) О. А. Матвеев и С. Н. Покалицын (53) 620.179.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1078287, кл. G 01 N 19/04, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Nã 1436026, кл. 6 01 N 19/04, 1987.

Авторское свидетельство СССР йг 1493947.. кл. G 01 N 19/04, 1986. (54) ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ АДГЕЗИОННЪ|Х СОЕДИНЕНИЙ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для количественной оценки стойкости границ раздела фаз слоистых композиционных материалов и адгезион„„5U, 1728732 Al ных 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 профилированйой в виде соосных с отверстием кольцевых выступов, имеющих сечение в виде равнобедренного треугольника с прямым углом при вершине, а адгеэив расположен между выступами во впадинах треугольного сечения; 2 ил.

1728732

35

50

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

Известны образцы для испытания адгеэионных соединений, которые не обеспечивают строго адгезионный тип отрыва адгезива от субстрата, Следовательно, прочностные испытания сводятся не к оценке поверхностного взаимо, действия на границе раздела адгезив-субстрат, 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 и рофил ирован. ной поверхностью, связанных между собой адгезивом, 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 подло>кки 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 возмо>кностями.

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 раэрушение. 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 адсорбционн ым взаимодействием молекул жидкости с поверхностью субстрата и расклинивающим воздействием жидкой среды, поло>кенными 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, составляющим 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 подложки.

Энергия адгезионного разрушения G рассчитывается по выражению

Р2

6= зглО (1) где D — жесткость упругой подложки.

17?8732

Разность величин P или G, рассчитанных по выражению (1), в процессе отслаивания верхней профилированной подложки при воздействии на границу раздела воздушной и жидкой сред соответстве чно позволяет сравнить стойкость клеевых соединений к расклинивающему воздействию жидких 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- 15 стига ются благодаря выполнению Il0 поверхности упругой пластины, обращенной к адгезиву, кольцевых выступов с сечением равнобедренного треугольника с

20 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 прототипу.

Сущность изобретения состоит в расширении функциональных возможностей

30 известного образца эа счет выполнения на поверхности упругой подложки, обращенной к адгезиву, кольцевых выступов с сечением равнобедренного треугольника с прямым углом при вершине.

На фиг. 1 представлен предлагаемый .35 образец и устройство для eio испытания; на фиг. 2 — зависимость нагрузки и длины тещины от прогиба подложки.

Образец представляет собой трехслойное адгезионное соединение подложка-ад- 40 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 эажимному диску 5 жестко прикреплен измеритель б прогиба.адгеэива, а в верхнем зажимном диске размещен привод

7 нагружающего винта 8, передающего усилие через измеритель 9 нагрузки на элемент

10, жесткость которого выше жесткости адгеэива, 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 адгезив-Cybстрат. Измеритель 9 нагрузки и измеритель сред.

Возможность реализации строго адгезионного разрушения при воздействии на 10 прогиба 7 имеют электрическую слч:и. с двухкоординатным самопишущим прибо ром 11, Испытания проводятся следующим образом, Образец испытуемого эдгезионного соединения устанавливают между зажимными дисками 4 и 5, В полость верхнего зажимного диска в одном случае зэлиоэегся,а в другом иэ него удаляется поверхностно-активная среда. Включают привод 7 агружающего винта 8, передающего уси лие, измеряемое измерителем 9, на элемент

10, вбздействующий на гибкую пластину 3.

По мере увеличения усилия пластина 3 выпучивается 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 эдгезиве развивается под углом 45" к приложенной нагрузке.

Этому направлению соответствует поверхность ближайшего к отверстию выступа упругой пластины. Далее трещина упирается в следующий кольцевой выступ и развивается по его поверхности. Электрические сигналы от измерителей б и 9 поступают на самопишущий двухкоординатный прибор 11, вычерчивающий зависимость нагрузки P от прогиба W упругой профилированной подложки. Анализ полученной зависимости позволяет определить энергию адгезионного разрушения по выражению (1), а величина

РаЗНОСтИ УСИЛИЙ Pb — 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 и дистиллированной воды 11. В качестве адгезива использовалась акрилатная композиция "ВАК", а материалом подложки служила сталь ст. 3. Величина разности усилий Р, зафиксированная на го-. . ризонтальных участках, при отсутствии Pb u 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 среды

Pb — Рж = 2,4 Н 10 :

Gb — бж =48 Н/м.

1728732

Составитель И.Матвеев

Техред М.Моргентал Корректор М,Кучерявая

Редактор А.Мотыль

Заказ 1402: Тираж Подписное

ВНИИПИ Госудаоственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101

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 подложки со сквозным отверстием и установленной на ней и перекрывающей отверстие упругой пластины с профилированной поверхностью, связанных между собой ад5 гезивом, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей за счет не только определения энергии адгеэионного разрушения, но и оценки стойкости соединений к воздейст10 вию расклинивающих усилий агрессивных сред, профилированная поверхность выпол.нена в виде соосных отверстию кольцевых выступов, имеющих сечение в виде равно-.. бедренного треугольника с прямым углом

15 при вершине, а адгезив расположен между выступами во впадинах треугольного сечения.