Quandu una giuntura di ligame falla, i nostri primi passi sò tipicamente di valutà se a forza adesiva hè adatta, u trattamentu di a superficia hè propiu, l'impregnazione hè abbastanza, è i materiali ùn anu micca invechjatu.
In ogni casu, in l'applicazioni di l'ingenieria attuale, certi fallimenti ùn cumincianu micca solu nantu à a cumissioni; piuttostu, i risichi putenziali sò digià prisenti una volta chì l'adesivo hà guaritu sanu.
Stu periculu potenziale hè a presenza di stress internu residuale.
Hè invisibule è difficiule di misurà precisamente direttamente, ma micca di natura mistica. Bastamente, l'adesivo subisce una contrazione durante a curazione è u rinfrescante; se u sustrato circundante restringe a so deformazione libera, a parte unshrinkable diventa stress residuale in a capa adesiva.
Oghje, vi guidà tutti à capisce bè stu cuncettu.
0 1 Perchè studià?
I periculi di u stress internu sò di natura "-almacenamiento d'energia".
Dopu a curazione, a strata adesiva almacena una parte di l'energia di strain elastica. Questa energia serve cum'è a forza motrice sottostante per a successiva delaminazione di l'interfaccia, a propagazione di microcrack, è a deformazione di deformazione.
Pigliate a delaminazione è a delaminazione di l'interfaccia cum'è esempi: i stress interni s'accumulanu sopra à a carica operativa, facendu chì a tensione di l'interfaccia attuale supera di granu u valore di valutazione di design-calculatu. In altri palori, ancu prima chì a capa adhesiva cumencia u serviziu formale, l'interfaccia hè digià sottumessa à pre-tensione eccessiva.
Un altru esempiu hè a deriva di precisione, chì hè particularmente dannosa per l'assemblee di precisione cum'è robots, mutori è cumpunenti ottici.
A pusizioni di u core magneticu in u mutore, l'allineamentu di cumpunenti ottichi, è e dimensioni di e parti strutturali pò esse sottumessi à longu -deriva per a liberazione graduale di e tensioni interne. Se i cumpunenti sò inizialmente conformi durante l'assemblea, ma presentanu deviazioni dopu à centinaie d'ore di funziunamentu, tali prublemi sò spessu derivanu da a presenza di stress interni.
Inoltre, a vita di fatigue hè ridutta. U stress internu rapprisenta un-livellu mediu di stress à longu andà chì riduce in modu cullettivu a curva di vita di fatigue. A cumminazzioni di ciculu di temperatura, umidità è vibrazione spessu porta à situazioni induve i prudutti passanu a prova iniziale ma fallenu durante a produzzione di massa.
Dunque, u stress internu ùn hè micca un prublema secundariu, ma piuttostu u prerequisite fundamentale per l'affidabilità di u ligame. Determina micca solu se l'aderenza pò accade, ma ancu quantu tempu u ligame resta stabile dopu.
0 2 Induve vene u stress internu ?
Per capisce u stress internu, unu deve prima capisce a so origine.
U stress internu durante a curazione adesiva nasce fundamentalmente da dui tipi di ceppi chì mostranu una tendenza à cuntrazione ma ùn ponu micca fà.
A prima categuria hè curing shrinkage, cunnisciutu ancu com'è shrinkage chimicu.
In i monomeri liquidi, e molécule mantenenu u cuntattu attraversu e forze di van der Waals (interazzione debule). Ùn ci hè micca ligami chimichi trà l'atomi di e duie molécule; simpricimenti esistenu in vicinu, cù una distanza tipica di circa 0,3-0,4 nm (chì rapprisenta a somma di i raghji di van der Waals di e duie molécule).
Durante a reazione di polimerizazione, i ligami covalenti sò furmati trà i monomeri. Pigliendu u ligame unicu C-C più cumuni cum'è un esempiu, a so lunghezza di ligame hè di circa 0,154 nm. Questu significa chì duie molécule urigginariamente siparate da una distanza libera di circa 0,35 nm sò avà forzosamente riunite da un ligame covalente cù una lunghezza di circa 0,15 nm - chì risulta in una riduzione di a distanza intermolecular di più di a mità. (Figura)
À u livellu macroscòpicu, a cuntrazione simultanea di trillioni di tali coppie molecolari si manifesta cum'è una riduzione di u voluminu. Questa hè una cunsequenza fisica chì ùn pò micca esse completamente evitata in ogni reazione di polimerizazione additiva.
A seconda categuria hè u stress di discrepanza termica.
Parechji adesivi necessitanu riscaldamentu per guarì. Dopu a curazione, quandu si rinfriscà da a temperatura alta à a temperatura di l'ambienti, i coefficienti di espansione termale di l'adesivu è u sustrato sò diffirenti.
U coefficient di espansione termale di l'adesivo hè tipicamente significativamente più altu ch'è quellu di i materiali di basa cum'è metalli, magneti è ceramiche. Durante u rinfrescante, l'adesivu tende à cuntrarà più, ma u materiale di basa impedisce a so cuntrazione libera, per quessa, restringenu a capa adesiva è inducendu stress internu residuale.
U cuncettu più criticu quì hè u puntu di gel.
Prima di u puntu di gelu, l'adesivu resta fluidu è pò scorri. Duranti sta tappa, ancu s'ellu si trova a cuntrazzione, u materiale pò dissiparà tali deformazioni per u flussu, riurganizazione è riempimentu, minimizendu cusì l'accumulazione di stress internu.
Dopu à u puntu di gel, a situazione cambia. Una reta -tridimensionale principia à furmà in l'adesivo, è u materiale passa gradualmente da un liquidu à un statu solidu. In questa fase, a capa adhesiva acquista capacità portante di carichi -è cumencia à "ricordà" l'avvenimenti successivi di ritirata è deformazione.
In altre parolle, a parte di cuntrazzione chì si trova dopu à u puntu di gel hè veramente propensu à generà stress internu.
Quandu u tempu avanza, u materiale si solidifica più, è a so Tg cresce continuamente. Quandu a Tg supera a temperatura di u funziunamentu attuale, a strata adesiva passa da un statu di gomma à un statu vetru.
Quandu entra in u statu di vetru, u modulu di a strata adesiva aumenta rapidamente, facendu u muvimentu di u segmentu di a catena più difficiule; in cunseguenza, una parte di u stress chì puderia esse liberatu prima diventa ancu più difficiuli di liberà.
Dunque, u stress internu pò esse simplicemente capitu cum'è:
Prima di u puntu di gel: a cuntrazzione pò esse senza induce facilmente stress.
Dopu à u puntu di gel: a capa di gel accumincia a furmà una reta, è a shrinkage sussegwente hè impedita.
Dopu a vitrificazione: u materiale diventa rigidu, cù e so catene molecolari immobilizzate, rendendu a liberazione di stress più difficiuli.
Comu tutti sapemu:
Stress=Modulus × Strain
Stress internu finale ≈ modulu efficace × (retrazione di polimerizzazione post-gelificazione + deformazione di discordanza termica) − liberazione di rilassazione
A deformazione di discordanza di calore pò esse simplicemente capitu cum'è:
Deformazione di discordanza termica ≈ (coefficient di espansione termale di l'adesivo - coefficient di espansione termica di u sustrato) × differenza di temperatura effettiva
Solu a cuntrazione è a discordanza termica chì si verificanu dopu à u puntu di gel, multiplicate da u modulu in continua crescita, minus a parte liberata da a rilassazione durante u prucessu, custituisce u stress internu nettu finale.
Questu hè ancu u mutivu per chì u stress internu hè difficiule di studià: ùn si sviluppa micca bruscamente in un istante, ma s'accumula gradualmente durante i prucessi di curazione è di rinfrescante. In tuttu stu prucessu, a cuntrazione, a temperatura, u modulu è a capacità di u materiale per liberà u stress sò sottumessi à cambiamenti continui.
03 Cumu carattarizà: Prima misurà u "risultatu", poi misurà a "causa".
Avà hè largamente ricunnisciutu chì u stress internu ùn nasce micca bruscamente in un solu istante, ma si accumula gradualmente durante i prucessi di curazione è di rinfrescante.
Ogni paràmetru quì hè in constantemente cambiante: a freccia di cuntrazzione, a temperatura, u modulu, è ancu a capacità di u materiale per liberà l'estresse varianu.
Per quessa, a carattarizazione di l'estressi internu ùn pò micca s'appoghjanu solu nantu à un unicu valore numericu; deve risponde à dui dumande simultaneamente:
Prima, chì quantità di stress o deformazione resta à a fine?
Siconda, cumu si formanu sti stress durante u prucessu di curazione?
Quandu si tratta di metudi di prova, ponu generalmente esse divisu in dui categurie.
Una categuria implica a misurazione diretta di i risultati di stress o deformazione, mentre chì l'altra misura paràmetri intrinseci materiali per stabilisce mudelli.
Category 1: Misurazione diretta di risultati di stress o deformazione
Stu approcciu si focalizeghja nantu à a determinazione di l'estensione di deformazione o di stress residuale indottu in a struttura dopu chì l'adesivo hà guaritu.
U metudu più classicu hè u cantilever beam o l'approcciu di curvatura di fasciu bimateriale. L'adesivu hè appiicatu à fogli di metalli sottili, wafers di siliciu, o altri materiali di sustrato; durante a curazione, a ritirata adesiva face chì u sustrato si curva. Misurendu a curvatura in tempu reale è aduprendu un metudu analogu à l'equazione di Stoney, u stress mediu in a capa adhesiva pò esse calculatu. Stu approcciu offre i vantaghji di esse intuitivu è ben-stabilitu, chì permette a visualizazione di curve chì rapprisentanu cumu u stress varieghja cù u tempu di curazione.
Ci hè ancu a tecnica di fibre Bragg grating (FBG). Incrustendu fibre ottiche in una strata di gel, a tensione in u gel pò esse misurata in tempu reale. Stu metudu furnisce una riflessione più precisa di u statu internu di u gelu cumparatu cù e misurazioni di deformazione di a superficia solu, ancu s'ellu implica costi più alti è cumplessità operativa più grande.
Cure monitoring strain in laminati compositi cù un sensoru otticu distribuitu (fonte di l'Image)
Per l'adesivi trasparenti, i metudi di fotoelasticità o di birefringenza ponu ancu esse impiegati per osservà a distribuzione di stress via stress-birefringence induced.
Inoltre, metudi cum'è perforazione, campionamentu di core, diffrazione di raghji X-(XRD), scattering di neutroni è analisi di shift Raman ponu ancu esse impiegati in cundizioni specifiche per a misurazione di stress residuale o strain indirettu.