Лако-красочные материалы — производство

В настоящем разделе книги рассматриваются напряжения в клеевом соединении, которое подвергается испытанию при расслаивании. Большая часть обсуждаемых в данном разделе вопросов аналогии на рассмотренным в разделах 2.7 и 3.4.4. Анализ
механики отслаивания клея от поверхности основывается главным образом на рабо­те Спайса (14) и более поздней работе Кэйлбла [ 15J. Большая часть работы Кэйлб — ла относится к анализу механизма отслаивания липких клеевых слоев от жесткого субстрата. Липкие клеи в настоящей книге рассматриваются в гл. 9.

Данный анализ основан на использовании теории изгиба бачок на упругом осно­вании. Следовательно, одинаково приемлемо и для других типов клеев принять до­пущения, которые использовал Кэйлбл в предлагаемом им анализе. Как и в случае приведенных выше аналитических методов, работа Кэйлбла основана па анализе, предложенном в монографии Тимошенко.

В данном анализе рассматривают образец для испытания при расслаивании, к концу которого приложена растягивающая нагрузка. Такое состояние образца по­казано на рис. 3.26, на котором также представлены многие из переменных параме­тров, использованных в данном анализе. Из рис. 3.26 видно, что состояние субстра­та может быть оценено но двум его участкам, а именно склеенному и нс склеенному. Предлагаемый в настоящей книго анализ относится к склеенному участку образца. Данный анализ основан на работе Кэйлбла с соответствующими поправками Дэлк — виста 116]. который н|>ео6разовал полученные результаты относительно изгиба суб­страта вдали от фронта отслаивания. Рассмотрение этих результатов нс включено в настоящую книгу.

Ди<|>фсреі! цировлнис начинают с уравнения (2.68), которое следующим обрізом описывает прогиб балки при приложении распределенной нагрузки:

£7 £*-/ ‘dx’ 1 •

Необходимо помнить, что/ представляет собой распределенную нагрузку вдоль длины балки. Данное уравнение должно быть видоизменено при изменении систе­мы координат, показанном на рис. 3.26, и также должно позволить получить вы­ражение для распределенной нагрузки. При анализе состояния упругой балки на упругом основании распределенное усилие на иеиагруженном участке балки точно соответствует распределенному противодействию балки у ее основания. Принимая в расчет такое изменение координат, можно записать:

(3.39)

В большинстве случаев такое допущение справедливо, особенно когда сравнивают характеристики липких клеевых слоев. Другом допущением является то. что при всех перемещениях клей подчиняется закону Гука. Так как липкие клеевые слои яв­ляются в своей основе резиноиодобными материалами, их удлинение может дости­гать сотен процентов. Поэтому справедливость такого допущения является несколь­ко сомнительной. Вызывает удовлетворение и удивление тот факт, что полученные результаты практически не отличаются от экспериментальных данных. В случае рассматриваемого образца формулировка закона Гука для материала клеевого слоя имеет следующий вид:

1 dF „ х

(340)

где Ь dy — площадь, на которой прикладывается усилие F (а следовательно, и бес­конечно малое напряжение); х/а — деформация клеевого слоя; Еа — модуль Юнга клеевого слоя.

П|нч)бразовав это уравнение, получаем выражение:

(3.41)

которое затем заменяем на уравнение противодействия балки по отношению к кле­евому слою:

d*.х Ь

Решение для уравнения (3.42) аналогично решению, предложенному в анализе Голанда Рейснера для образцов с нахлесткой при испытании на сдвиг

x = es»(/tcosPy + Bsinpy), (3.43)

где р — [ ЕЬ/4 El/i 11 ’.

Постоянные в данном уравнении могут быть определены в результате многократ­ного дифференцирования и использования других уравнений для изгиба балок, соответствующим образом видоизмененных применительно к состоянию, пред­

ставленному на і»ис. 3.26. Первое граничное условие заключается в том, что рас­слаивающий момент на фаиице раздела клеевого соединения принимают ранным изгибающему моменту в подложке. Используя эти условия и уравнение (2.66), по­лучаем выражение:

(344)

где А/ — расслаивающий момент на границе раздела клеевого соединения; т< нор­ман» к линии действия приложенного усилия Г.

Как показано на рис. 3.26, это представляет собой нормаль от линии действия усилия к фаиице раздела клеевого соединения. Используя также уравнение (2.67) дли усилия сдвига, перпендикулярного плоскости клеевого соединения, получаем:

(345)

где (о — угол, показанный на рис. 3.26; /’sin со — разложение усилия, приложенного к клеевому соединению в направлении оси х.

Когда эти уравнения используют в виде решения тройного дифференциала при­менительно к решению уравнения кривой прогиба балки, получают следующее вы­ражение:

(3.46)

Данное уравнение описывает убывающую волновую функцию с периодом, опре­деляемым величиной р, которая, в свою очередь, определяется физическими посто­янными материала клеевого слоя и субстрата.

Кзйлбл разработал довольно уникальную установку, которую он назвал анали­затором напряжений в клеевом соединении [ 171 и с помощью которой ему удалось измерить напряжение, возникающее в направлении, перпендикулярном расслаива­ющемуся соединению. Результаты его измерений удивительно хорошо совпадают с рассмотренным выше анализом. Уравнение прогиба также демонстрирует гот же са­мый вид зоны сжимающих напряжений, который был получен в результате анализа Голан да — Рейснсра (см. рис. 3.15). Эта зона показывает, что клеевой слой действи­тельно находится в состоянии сжатия в области, расположенной непосредственно за местом расслаивания. Этот любопытный результат подтверждается эксперимен­тальными испытаниями. Зона сжатия предлагает довольно интересное и полезное объяснение тому факту, что липкие пленочные клеи действительно увеличивают величину практической адгезии к субстрату в процессе отслаивания. Это явление происходит в результате того, что наличие силы сжатия непосредственно за местом расслаивания улучшает смачивание субстрата клеем. Более подробно вопрос смачи­вания рассматривается в гл. 4 и 6.

3.5. Выводы

В настоящей главе рассмотрены некоторые типы испытаний, использованных для оценки механических характеристик клеевых слоев и клеевых соединений. В общих
чергах эти испытания разделены на четыре категории: растяжение, сдвиг, расслаи­вание и отслаивание. При испытании растяжением типичным образцом является брусок, в котором клеевой слой находится между двумя торцами. И сдвиговом ис­пытании используется образец с нахлесткой, площадь которой около 3.21 см2. В ис­пытаниях на трсщннностойкость используют образцы в виде двухкоисольной бач­ки. Испытания при расслаивании проводят на образцах Т-образных соединений. Большинство из этих методов испытаний описаны стандартами ASTM и в данной главе приведем перечень некоторых из рассмотренных видов испытаний. В тексте данной главы представлені, і некоторые рекомендации и советы по подготовке об­разцов для испытаний. Приволен достаточно подробный математический анализ напряжении в иахлесточных образцах, испытываемых при сдвиге, и образцах, испы­тываемых на отслаивание. Рассмотренные теоретические представления основаны на теории изгиба балок.