ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Длительная статическая прочность из "Прочность и долговечность клеевых соединений Издание 2" Требования к длительной прочности клеевых соединений на различных клеях зависят от назначения изделий, в которых они используются. Клеевые соединения могут находиться под постоянной нагрузкой от нескольких минут (в ракетной технике) до нескольких десятков лет (в строительстве). [c.225] Оно отличается от приведенного ранее [2, 3] тем, что остаточные напряжения могут как добавляться, так и вычитаться из внешней нагрузки. [c.225] При сопоставлении температурно-временных зависимостей прочности стеклопластика, связующего и стекловолокна было показано [4—6], что постоянные то и 7о в уравнении (8.1) структурно-нечувствительны, причем у соединений вольфрамовое моноволокно— матрица и стеклопластиков до определенной степени армирования Оо композита = 7о связующего, а при превышении этой степени композита = 7о волокна. Структурно-чувствительной является, как отмечалось в гл. 2, постоянная 7, что приводит к смещению полюса для прямых долговечности в координатах а—1 т. Характер разрушения (адгезионный или когезионный) не отражается на зависимости (8.1). При адгезионном характере пары моноволокно — связующее 7о И7 3 кДж/мольж /о связующего (эпоксидная смола ЭД-20 с полиэтиленполиамином). [c.225] Это выражение должно быть скорректировано, если учитывать, что значение остаточных напряжений может меняться в результате релаксационных процессов. [c.226] По характеру температурно-временной зависимости прочности клеевых соединений можно пытаться судить о характере взаимодействия в клеевых швах — межмолекулярном или химическом [8]. [c.226] О перераспределении напряжений свидетельствует изменение интенсивности образования и роста трещин при нагружении склеенных образцов или натурных конструкций нагрузкой, меньшей, чем предельная. Об этом косвенно судят по уменьшению под постоянной нагрузкой акустической эмиссии [13], причем повторность эмиссии соответствует числу актов прорастания трещин, а громкость отражает масштабный фактор. [c.228] В образцах с концентрацией напряжений релаксационные процессы до наступления разрушения приводят к более равномерному распределению напряжений. Поскольку высокоэластические деформации ограничены по величине, их влияние на максимальные напряжения имеет некоторый предел. Этому случаю соответствует участок кривой долговечности после перегиба. [c.228] Приведенные выше данные позволяют проанализировать влияние строения полимеров, входящих в состав клеев, на характер кривой долговечности. Было показано, что некоторые эластомеры взаимодействуют с эпоксидными смолами, причем по мере увеличения содержания эластомера деформируемость отвержденного продукта повышается (снижается модуль упругости и возрастает высокоэластическая составляющая деформации). Поэтому на рис. 8.2 наблюдается изменение длины начального участка (до излома) на кривых долговечности. [c.228] Учитывая релаксационные свойства клеев, повышения длительной статической и усталостной прочности можно добиться, если изготавливать комбинированное клеевое соединение внахлестку с использованием в средней части жесткого термостойкого клея, а по краям — более эластичного [12]. [c.228] Из-за перераспределения напряжений относительная долговечность клеевых соединений с концентрацией напряжений (например, склеенных внахлестку) может оказаться больше долговечности соединений без концентрации напряжений (сдвиг при кручении). Точно так же в определенной степени может возрасти, а не снизиться кратковременная прочность соединений в результате более или менее длительного действия постоянной нагрузки. Конечный эффект зависит от соотношения между процессами разрушения и релаксации в условиях испытаний. [c.229] Испытания образцов на сдвиг при сжатии, проведенные в течение 50 000 ч, свидетельствуют [16] о том, что долговечность соединений различных материалов на жестких (эпоксидных) и эластичных (каучуковых) клеях может выражаться прямой линией в системе координат напряжение (доля кратковременной прочности)— логарифм времени (см. рис. 8.2). Коэффициент корреляции для соединений алюминиевого сплава на эпоксидном клее ЭПЦ-1 оказался равным 0,995. [c.229] Это связано с тем, что при небольшой продолжительности нагружения средняя часть клеевого шва в протяженных соединениях не успевает включаться в работу. Точно так же при длительном нагружении оптимальная толщина шва может быть больше, чем при кратковременном действии нагрузки. При увеличении толщины эпоксидного клея в соединениях титана и алюминия от 0,002— 0,01 до 0,02—0,025 мм кратковременная прочность снижается на 15%, но долговечность увеличивается втрое [22]. Оптимальная толщина клея Аралдит Ш в соединениях, которые могут эксплуатироваться в течение 1000 ч, составляет 40—100 мкм. Подобная зависимость связана с тем, что способность к перераспределению напряжений растет с толщиной шва, хотя остаточные напряжения при этом увеличиваются. [c.230] Длительная прочность в значительной степени зависит от подготовки поверхности и технологии склеивания. Лучшие результаты для алюминиевых сплавов получаются при анодном (особенно в фосфорной кислоте) или химическом оксидировании, для стали — при пескоструйной обработке, а для титана — при травлении в фосфатфторидном растворе [23—26, 53]. Изменение технологии оксидирования существенно отражается на скорости расслаивания соединений алюминия под нагрузкой [24]. Иногда снижает длительную прочность плакирование алюминиевого сплава [24, 26] и склеивание в прессе, а не в автоклаве [54]. Опескоструивание стеклопластика снижает начальную прочность его клеевых соединений, но повышает коэффициент длительной прочности при продолжительности испытаний 3 года (/Сдл=0,65 для исходного стеклопластика и /Сдл=0,95 для опескоструенного материала) [26]. [c.230] Особо следует сказать о влиянии на длительную прочность полимерных и поверхностно-активных грунтов. При правильном подборе таких грунтов за счет изменения степени взаимодействия адгезив — субстрат в нужную сторону (неважно, какую ) или способности к перераспределению напряжений длительная прочность соединений повышается. Об э том можно судить по изменению характера кривых длительной прочности [26, 27] и кратковременной прочности после действия постоянной нагрузки [41, 42] (рис. 8.3). [c.230] Достаточную долговечность обеспечивают отечественные клеи горячего отверждения, применяемые в летательных аппаратах [31, 32]. Так, соединения внахлестку на фенолокаучуковых клеях выдерживают нагрузку 8,0—14 МПа в течение 500 ч и более [33]. Примерно такая же длительная прочность при 20 °С клеев повышенной теплостойкости — фенолокремнийорганического ВК-18 и полибензимидазольного ПБИ-1К [34]. Однако состав клея не всегда определяет долговечность соединений. Так, время до разрушения соединений алюминия (сдвиг при растяжении) на ново-лачноэпоксидиых клеях под нагрузкой 5,6 МПа может колебаться от 200 до 1200 сут. и более [24]. Остаточная прочность соединений политетрафторэтилена после 5000 ч действия постоянной нагрузки выше на полиуретановом клее, чем на эпоксидном, а соединений полиэтилена наоборот [36]. [c.231] С другой стороны, длительная адгезионная прочность подчас меньше длительной когезионной прочности клея. При одинаковой природе адгезионных и когезионных связей причиной этого могут являться концентрирующиеся на границе раздела напряжения, возникающие из-за усадки клея при отверждении, разности модулей упругости и коэффициентов линейного расширения клея и склеиваемых материалов, действия внешней нагрузки и т. д. Коэффициент длительной прочности адгезионных связей между стекловолокном и связующим сильно колеблется [14] и составляет 0,2—0,65. В то же время коэффициент длительной когезионной прочности связующих равен 0,8. Меньшая долговечность адгезионных связей обусловлена тем, что даже в отсутствие внешней нагрузки в стеклопластиках, так же как и в клеевых соединениях, под влиянием усадки связующего, технологических и эксплуатационных факторов остаточные напряжения на границе смола.— стекловолокно могут достигать 35% прочности связующего в зависимости от природы полимера [39, 40]. Разница в деформациях наполнителя и полимера не дает им работать согласованно. [c.233] Под постоянной нагрузкой разрушение, так же как и при старении без нагрузки в воде, начинается с краев соединения. Об этом хможно судить по меньшей скорости снижения прочности соединений на полиимидном клее при длине нахлестки 24 мм по сравнению с соединениями с длиной нахлестки 12 мм [43], хотя во втором случае концентрация напряжений меньше. [c.233] Представляется существенным рассмотреть длительную прочность соединений на каучуковых клеях. В большом числе таких клеев применяются смолы, находящиеся в стеклообразном состоянии (клее 88НП, 78БЦС и др.), поэтому зависимость длительной прочности может быть с известной долей достоверности выражена графически прямой линией как в полулогарифмической, так и в логарифмической системах координат. По крайней мере в ряде случаев правильнее использовать степенную зависимость, поскольку прямой длительный эксперимент показал, что экспоненциальная зависимость дает заниженные результаты [2, 16]. [c.233] Процессы разрушения соединений резины в наибольшей степени определяются когезионными свойствами клеев [44, 47], а не состоянием границы раздела адгезив — субстрат. [c.233] При равномерном отрыве соединений резин с металлами на клеях на основе каучука СКС-30 длительная прочность подчиняется экспоненциальному закону [48], а металла с пенопластами на клее 88Н (продолжительность испытаний 40 000 ч)—степенному [2], причем в случае прочных пенопластов (ПС-1, ПХВ) разрушается клеевой шов с образованием тяжей, а при склеивании менее прочных пенопластов (ПСБ-С и др.)—не выдерживает пенопласт. [c.234] Вернуться к основной статье