Разрушение клеевых соединений по границе раздела

Прочность клеевого соединения определяется физико-механическими свойствами клеевого шва, характером его нагружения, толщиной клеевой пленки и другими факторами. Различают адгезионную и когезионную прочности склеивания. Первая обусловлена силами сцепления на границах раздела клея с соединяемыми элементами конструкции, вторая - силами сцепления между молекулами клея. Соответственно, разрушение шва по границе раздела с элементом конструкции называют адгезионным, разрушение по самому клею - когезионным. Обычно адгезионная прочность выше когезионной. Описываемые ниже методы разработаны для оценки когезионной прочности, поэтому под прочностью склеивания в дальнейшем понимается когезионная прочность. [c.773]

Другим видом разрушения клеевых соединений является адгезионное разрушение (а), происходящее по границе раздела клей — склеиваемый материал. Такой вид разрушения свидетельствует либо о недостаточно хорошей подготовке поверхности склеиваемого материала, либо о малой адгезионной способности клея. На практике наиболее часто встречается смешанное адгезионно-когезионное разрушение (г), обычно выражаемое в процентах, например на 30% адгезионное и на 70Р/о когезионное. [c.72]

Сопоставление структуры полимера в свободных пленках, покрытиях и на поверхности разрушения клеевых соединений позволяет сделать вывод, что влияние модифицирующих слоев ПАВ на поверхности субстрата может проявиться не только в приповерхностных слоях. При этом может наблюдаться изменение структуры полимера в объеме. Последнее объясняется вытеснением части ПАВ с поверхности в полимер. Отмеченное выше влияние субстрата на полимер в конечном счете отражается на его механических свойствах. Выявить в чистом виде изменение конкретных прочностных или деформационных свойств полимера, находящегося в тонком слое, довольно трудно. Подчас не всегда следует стремиться к наиболее сильному взаимодействию на границе раздела фаз, поскольку это может привести к менее равномерному нагружению дискретных связей в системе и появлению перенапряжений, которые снижают прочность. Это обстоятельство является общим и принципиальным для надежной работы разных гетерогенных полимерных систем, в том числе клеевых соединений. Всегда существует некая оптимальная степень взаимодействия, которая в данных условиях обеспечивает оптимальные значения того или иного показателя [92, 98, 171 — 173]. [c.41]

Применение грунта, наносимого на металл, при склеивании металла с резиной обеспечивает сохранение свойств клеевых соединений при воздействии корродирующих агентов, например солевого тумана. В отсутствие грунтовки разрушение клеевых соединений происходит по границе раздела клей—. металл [296]. Нанесение адгезионного грунта А-187 на поверхность стали улучшает водостойкость клеевых соединений, выполненных эпоксидным клеем на основе диановой эпоксидной смолы, отверждаемой третичными аминами (рис. 4.2) [297]. [c.173]

Характер разрушения склеенных соединений зависит от продолжительности и скорости приложения нагрузки. При быстром приложении нагрузки к соединениям на эластичных клеях разрушение происходит на границе клей — склеиваемый материал. При медленном росте нагрузки или ее постоянстве подобные клеи склонны к ползучести, которая обусловлена повышенной деформируемостью эластомеров. Разрушение в этом случае будет проходить по клеевой пленке. При испытании клеевых соединений на прочных и жестких клеях под действием длительных ста тических нагрузок разрушение происходит преимущественно по границе раздела клей — склеиваемое вещество, где концентрируются наибольшие остаточные напряжения, а способность к ползучести у жестких полимеров невелика. [c.33]

Характер и интенсивность связей полимер — субстрат может отражаться на показателе разрушающего напряжения клеевого соединения не только при адгезионном разрушении, но и при разрушении по граничным или объемным слоям как адгезива, так и субстрата. Это объясняется тем, что в зависимости от числа и типа связей на границе раздела меняются условия для образования и перераспределения напряжений в соединении при действии механических сил. [c.38]

Роль напряжений на границе раздела фаз в разных гетерогенных системах различна. Усилие для повторного (после разрушения адгезионных связей) сдвига стеклянного волокна, окруженного полимером, зависит от остаточных напряжений и доходит до 70— 90% от первоначального [97]. В клеевых соединениях это может происходить только в редких случаях (соединения типа труба в трубе ). [c.68]

В предыдущих разделах было показано, что действие воды и других сред часто ведет к ослаблению прочности клеевого соединения. В большинстве случаев ослабление происходит непосредственно в клеевом шве. Разрушение имеет когезионный (по клею) или адгезионный (по границе между клеем и склеиваемым материалом) характер. В некоторых случаях, когда когезия клея и его адгезия велики по сравнению с когезией склеиваемого материала в условиях действия влаги, разрушается склеиваемый материал. [c.182]

Напряжения, развивающиеся в клеевом соединении, приводят к его разрушению по самому слабому месту, причем совсем не обязательно, что этим слабым местом окажется клей или граница раздела клей — склеиваемый материал. Весьма часто разрушаются склеиваемые материалы и не только по поверхностному слою [21, 76, 99]. [c.187]

Чувствительность к воде адгезионных связей для большого числа соединений различных материалов больше чувствительности когезионных связей. В частности, длительная прочность связующего в воде составляет до 80%, а прочность соединения стекловолокно— связующее — от 20 до 65% длительной прочности в сухом состоянии [12]. Как уже отмечалось, одной из причин этого являются остаточные напряжения, возникающие в соединении при отверждении. Они могут составлять 35% и более от кратковременной прочности [21], и в их присутствии адсорбционное действие воды резко усиливается. Концентрация напряжений у поверхности алюминия в соединениях на эпоксидных клеях ведет к возникновению микротрещин, по которым проникает вода [116]. Из других данных, основанных на изучении в электронном сканирующем микроскопе поверхности разрушения в воде клеевых соединений металлов, следует [58], что даже если магистральная трещина зарождается в клеевом шве, она при неравномерном отрыве неизбежно переходит на границу раздела. Вода вызывает сольволиз АЬОз и диффузию ионов АЮг в водную среду. По мере насыщения воды этими ионами идет высаживание А1(0Н)з и дальнейший сольволиз. Алифатические амины (отвердители эпоксидных клеев) диффундируют из клеевого шва и ускоряют этот процесс. Подобный процесс идет и в соединениях натриевосиликатного стекла. Сравнительно кратковременное увлажнение приводит к полной потере прочности соединений этого стекла на сополимере этилена с тетрафторэтиленом, тогда как прочность соединений пи-рекса снижается только вдвое [117]. О разрушении адгезионных связей в воде можно судить также по энергии отрыва полимера от стекловолокна, определяемой по прочности, и при наблюдении соединения в поляризованном свете [118]1 Время, требуемое для снижения энергии до минимального значения, зависит только от окружающей среды, а не от способа подготовки субстрата перед склеиванием. [c.191]

К клеевым соединениям на жестких полимерных клеях применима экспоненциальная зависимость напряжения от продолжительности пребывания под постоянной нагрузкой [1]. Основным отличием является необходимость учета остаточных напряжений, действующих на границе раздела фаз [2]. В большинстве случаев эти напряжения добавляются к внешней нагрузке и ускоряют разрушение соединения. Однако иногда они способствуют повышению несущей способности. Например, в соединениях труба в трубе усадочные и температурные (обычно при снижении температуры) напряжения увеличивают сдвигающие нагрузки. Такой же эффект наблюдается в композитах, армированных волокнами. С учетом сказанного выражение (2.4) приобретает вид [c.225]

Долговечность клеевых соединений часто обусловлена длительной прочностью склеиваемых материалов. Разрушение по склеиваемым материалам отмечено для соединений алюминия с пенопластом, асбестоцемента и свинца на эпоксидных клеях, древесины на резорциновых и фенольных клеях, в том числе балок натуральных размеров [2, 16, 35—37]. Однако разрушение по склеиваемым материалам отнюдь не означает, что оно происходит без участия клеевого шва. Остаточные напряжения, концентрирующиеся на границе раздела фаз (влажностные, температурные и прочие), передаются — при условии достаточной адгезионной прочности— на самый слабый материал, которым может быть не клей, а субстрат. В связи с этим длительная прочность клеевых соеди- [c.231]

Отсутствие единого полюса для наиболее протяженных прямолинейных участков кривых долговечности может быть связано с изменением структурно-чувствительного коэффициента у в уравнении (8.1). Соответствующий расчет [56] показал, что с повышением температуры испытаний коэффициент у для клеевых соединений увеличивается, тогда как при одноосном растяжении полимеров наблюдается его уменьшение [58, 59]. Рост коэффициента у, возможно, обусловлен изменением соотношения процессов разрушения и релаксации, поскольку в гетерогенных системах на границе раздела фаз всегда имеется концентрация напряжений, которая зависит от температуры и величины приложенной нагрузки [10, 55]. [c.236]

Таким образом, при постоянстве термодинамической работы адгезии (инвариантной величины, характеризующейся только природой взаимодействующих поверхностей), работа разрушения адгезионного соединения зависит от многих факторов. Поэтому только термодинамическая работа адгезии, если она правильно определена, относится к собственно адгезии двух тел и имеет физический смысл, независимо от условий испытаний или формирования адгезионного соединения. При термодинамических оценках не учитываются неупругие деформации тел, дефекты на границе раздела между адгезивом и твердым телом, напряжения в клеевом шве в процессе получения, концентрация напряжений, обусловленная различиями в величинах упругих модулей адгезива и субстрата и пр. [c.72]

Однако разрушение по склеиваемым материалам отнюдь не означает, что оно происходит без участия клеевого шва. Напряжения, концентрирующиеся на границе раздела фаз (влажностные, температурные и прочие), передаются при условии достаточной адгезионной прочности на самый слабый материал, которым может быть не клей, а субстрат. В связи с этим длительная прочность клеевых соединений при разрушении по субстрату бывает ниже длительной прочности соединяемых материалов. В качестве примера можно назвать клееную древесину [25]. [c.207]

Исключение роли технологических факторов может быть достигнуто также выражением прочности адгезионных соединений в единицах липкости. Поскольку липкость характеризует мгновенную адгезионную способность, такая оценка не осложнена кинетическим характером формирования систем. Сопоставление значений усилия отслаивания различных липких лент от некоторых полимерных и металлических субстратов с величинами поверхностных энергий адгезивов показало [350], что в области минимальной разности между поверхностными энергиями субстратов и слоев липкости (адгезивов) зависимость сопротивления отслаиванию от Аст описывается прямыми линиями (рис. 31). Этот эффект связывают с минимальной высотой энергетического барьера на границе раздела фаз адгезив-субстрат, обусловливающей максимальную прочность адгезионных соединений при исключении влияния факторов молекулярно-кинетической природы. Аналогичные закономерности экспериментально наблюдались рядом авторов, показавших существование экстремальной зависимости прочности крепления липких лент к различным субстратам от критического поверхностного натяжения последних. Положение максимума отвечает равенству энергетических характеристик элементов систем [351, 352] даже при переменных условиях их разрушения [353], хотя для обычных клеевых соединений, как правило, справедливо условие а, <. Поэтому естественно считать, что этот эффект имеет, по-видимому, общее значение, в чистом виде иллюстрируя роль термодинамики межфазного взаимодействия в процессах образования адгезионных соединений полимеров. [c.80]

При испытании прочности клеевых соединений приходится иметь дело с соединением, состоящим из клеевой прослойки и по крайней мере двух соединяемых элементов. Поэтому для определения прочности клеевых соединений пользуются специально разработанными методами. При этом кроме величины прочности необходимо фиксировать характер разрущения, осматривая обе части, испытанного образца. Различают следующие виды разрушения по склеиваемому материалу (материалам) по клею (когезионное разрушение) по границе раздела клей — склеиваемый материал по защитному покрытию или адгезионному грунту (если таковые имеются) по границе раздела склеиваемый. материал— грунт (покрытие). Оценка каждого вида разрушения проводится визуально с точностью 5—10% от номинальной площади склеивания. [c.113]

Наличие микропустот, возникающих в процессе формиров.а-ния клеевой прослойки, концентрацпя напряжений на границе раздела, влияние климатических условий и других факторов способствуют тому, что слабым местом в соединении является граничный слой [28]. Тем не менее, при правильном выборе способа подготовки поверхности и клея и соблюдении других технологических рекомендаций разрушение соединений на эпоксидных клеях имеет ярко выраженный когезионный характер. [c.110]

На стадии формирования клеевого соединения возникают разнообразные дефекты — очаги будущего разрушения. Это различные загрязнения, оставшиеся на поверхности, воздушные включения, низкомолекулярные продукты, выделившиеся в процессе склеивания н скопившиеся на границе раздела (остаток растворителя, вода, хлористый водород и др.). Улетучивание растворителя из клеевого слоя сопровождается образованием пор. Кроме того, в клеевом шве возникают трещины, образующиеся при усадг<е полимерного клея. Все это приводит к снижению прочности клеевого соединения. [c.40]

Тейбор и другие отмечали, что для любой системы, имеющей 9=0, величина определяется как удвоенное поверхностное натяжение жидкости. Отсюда, в предположении, что силы притяжения, вызывающие адгезию, практически действуют на расстоянии не больше ЗА, можно довольно просто рассчитать прочность клеевого соединения. Рассчитанный таким путем предел прочности при растяжении равен 2000 кГ/см , что намного больше действительной нагрузки, требующейся для разрушения обычных клеевых соединений. Таким образом, когезионное разрушение соединения значительно более вероятно, чем адгезионное разрушение, т. е. разрыв обычно происходит в объеме адгезива, а не по границе раздела адгезива с соединяемыми поверхностями. Наличие в уравнении (10) поправочного члена [sv приводит к тому, что при нулевом краевом угле энергия адгезии оказывается больше 2у1у . Это означает, что в тех случаях, когда жидкий адгезив образует с поверхностью твердого тела краевой угол, равный нулю, теоретическая прочность соединения на границе раздела адгезив —твердая поверхность всегда много больше реально наблюдаемой прочности соединения, определяющейся прочностью при растяжении или при сдвиге самого адгезива. [c.294]

С другой стороны, в зависимости от природы контактирующих объектов и условий их взаимодействия в системе могут реализоваться и иные типы сил. Так, для целлюлозы большую роль играют водородные связи. В ряде случаев адгезионное взаимодействие обусловлено донорно-акцепторными, недисперсионными, ионными связями соответствующим вопросам посвящено большое число работ, обычно полный расчет должен учитывать влияние основных типов связей. Однако наиболее распространено на практике образование химических межфазных связей при получении клеевых соединений. По сути, разработка клеевых композиций и модификаторов поверхности субстратов направлена на введение в их состав функциональных групп, обеспечивающих эффективное осуществление химических реакций через границу раздела фаз. Отметив распространенность такого подхода, подчеркнем, что он не является единственно возможным с теоретической позиции (в силу достаточности,как известно, ван-дер-ваальсовых сил для обеспечения когезионного характера разрушения склеек) и его развитие накладывает принципиальные ограничения на выбор природы контактирующих объектов и технологических Ч Лежимов их взаимодействия. [c.17]

Реологическая теория адгезии — это теория, согласно которой, чем бы ни была вызвана адгезия на границе двух материалов, прочность адгезионного (клеевого) соединения обусловлена основными физико-механическими и реологическими овойст-вами материалов, которые образуют клеевую систему. При изучении характера разрушения было установлено, что оно никогда не происходит по границе раздела фаз, а является когезионным [89]. Однако эта теория не отвечает на главный вопрос в результате чего возникает соединение и как различные силы (ван-дер-ваальсовы, лондоновские и др.) влияют на его прочность. [c.11]

Если при испытаниях на трещиностойкость при неравномерном отрыве (разрушение I вида) моделирующие рост трещины в пограничных слоях энергетические показатели заметно зависят от толщины клеевого шва (независимо от введения эласти-фикаторов), то при сдвиге (разрушение II вида) и неравномерном отрыве со сдвигом (разрушение I, II вида) это проявляется меньше [78]. Эффект от введения каучуков и полиуретанов в эпоксидные композиции при разрушении II и I, II видов по сравнению с I весьма невелик. На основании сравнения с поведением блочных образцов при отрыве, сдвиге и комбинированном действии сил был впервые сделан вывод [78], что при деформациях сдвига не увеличивается свободный объем, так что присутствие частиц модификатора, дпспергпрованных в матрице, не приводит к увеличению затрат энергии на неупругое деформирование в вершине трещины. На этот процесс накладывается повышенная деформативность соединения в процессе роста трещины. Причиной этого может служить образование микротрещин и на границе раздела субстрат — полимер. Следует подчеркнуть, что истинно адгезионного разрушения при этом не происходит. На поверхности субстрата всегда можно обнаружить тот или иной слой полимерной фазы. Однако, его свойства отличаются от свойств полимера в блоке, и прорастание начальных трещин инициируется в этом пограничном слое. [c.71]

К аналогичному заключению пришел Баун, который исследовал поведение соединений титаноалюминиевого сплава с напыленным в глубоком вакууме золотом в условиях воздействия паров воды. Методами электронной сканирующей микроскопии и масс-спектрометрии он установил, что разрушение системы обусловлено переносом влаги вдоль границы раздела фаз [331]. Однако этот вывод может относиться лишь к заключительным стадиям процесса. Кинетика снижения прочности наполненных композитов [329] и алюминиевых конструкций [332], склеенных пленочным эпоксидным адгезивом, определяется в условиях повышенной влажности количеством влаги, диффундирующей через объем клеевого шва подобно тому, как это происходит при воздействии на адгезионные соединения органических жидкостей, когда значения коэффициентов диффузии, найденные из результатов сорб- [c.76]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология