Es ‘n bindingsverbinding fale, zien de ierste stappe miestal ‘t beoordeile of de plaksterkde voldoende is, de oppervlaktebehandeling goed is, de impregnatie voldoende is en de materiale neet aajd zien.
In werkeleke technische toepassinge beginne bepaolde foute echter neet allein bij ‘t inbedriefstelling; in plaots daovaan zien potentiële risico’s al aonwezig es de lijm volledig is gehard.
Dit potentiële gevaar is de aanwezigheid vaan residuele interne spanning.
‘t Is oonziechbaar en lesteg um persies direk te maete, mer neet mystiek vaan aard. Simpel gezat, lijm ondervindt krimp tijdens ‘t harde en keule; es ‘t umligkende substraot zien vrije vervörming beperk, weurt ‘t neet-krimpbare gedeilte residuele spanning binne de plaklaog.
Vandaag zal ich uch allemaol begeleide in ‘t gróndeg begriepe vaan dit concept.
0 1 Boe um ut bestudere?
De gevare vaan interne spanning zien vaan ‘n “energie-opsjlaag” aard.
Nao ‘t harde, sjlaot de plaklaog ‘n deil vaan elastische sjpanningsenergie op. Deze energie deent es de oonderligkende drievende krach veur dao-op volgende interfaciale delaminatie, microbarsteverspreiding en krommende vervörming.
Neem interfacedelaminatie en delaminatie es veurbeelde: interne spanninge verzamele zich bovenop de bedriefslast, boedoor de feiteleke interfacespanning de ontwerp-berekende nominatiewaarde väöl euvertrejt. Mit aandere wäörd, zelfs veurtot de plaklaog formeel deens begint, is de interface al oonderworpe aan boetesporeg veur-spanning.
Un aander veurbeeld is nauwkeurigheidsdrif, wat veural sjäöjelek is veur percisie-assemblages wie robots, motore en optische oonderdeile.
De positie vaan de magnetische kern in de motor, de aanlijning vaan optische oonderdeile en de aafmetinge vaan structurele oonderdeile kinne allemaol langdurige drift ondergoon es gevolg vaan geleideleke loslating vaan interne spanninge. Es oonderdeile in ‘t begin compliant zien tijdens de montage mer nao hónderde oor werk aafwiekinge vertoene, stamme zulke probleme dèks veurt oet de aanwezigheid vaan interne spanninge.
Daoneve is de vermoeidheidsleefde verminderd. Interne spanning representeert un gemiddeld spanningsniveau op de lange termien dat same de vermoeidheidsleefscurve verlieg. De combinatie vaan temperatuurcyclus, vochtigheid en trillinge leidt dèks tot situaties boe-in produkte de ierste teste slaoge mer fale tijdens de massaproductie.
Daorum is interne spanning gein secundair probleem, mer de fundamentele veurwaarde veur de betrouwbaarheid vaan binding. ‘t Bepaolt neet allein of adhesie kin plaotsvinde, mer ouch wie lang de binding daonao stabiel blief.
0 2 Woe kump interne stress vaan oersprunk?
Um interne stress te begriepe, mot men iers de oersprunk devaan begriepe.
De interne spanning tijdens ‘t harde vaan lijm is fundamenteel veurtgekomme oet twie soorte stamme die ‘n neiging vertoene um same te krimpe mer dat daodwerkelek neet kinne doen.
De ierste categorie is krimp, ouch bekind es chemische krimp.
In vloeibaar monomere, molecule hawwe kontak door van der Waals krachte (zwakke interacties). D’r zien gein chemische bindinge tusse de atome vaan de twie molecule; ze bestaon gewoen kortbij, mit ‘n typische aafsjtand vaan ongeveer 0,3-0,4 nm (waat de som vaan de van der Waals-straole vaan beide molecule representeert).
Tijdens de polymerisatie reactie, covalente bindinge weure gevörmp tusse monomere. Es veurbeeld de meis veurkommende C-C inkele binding is, de bindingslengte is ongeveer 0.154 nm. Dit beteikent dat twie molecule die oorsjprónkelik gesjeije waore door ‘n losse aafsjtand vaan ongeveer 0,35 nm, noe gedwonge weure samegebrach door ‘n covalente binding mit ‘n lengte vaan ongeveer 0,15 nm-, wat resulteert in ‘n vermindering vaan de intermoleculaire aofstand mèt mie es de helf. (Getal)
Op macroscopisch niveau, de simultane sametrekking vaan biljoene vaan zoe’n moleculaire pare manifesteert ziech es volume vermindering. Dit is ‘n fysieke gevolg dee neet gans kin were vermijd in ‘n optèllingspolymerisasiereaksie.
De twiede categorie is thermische mismatch-spanning.
Väöl plakkers höbbe verhitting nuudig um te harde. Nao ‘t harde, es ‘t gekeuld is vaan hoege temperatuur tot kamertemperatuur, versjille de thermische oetbreiingscoëffisjente vaan de lijm en ‘t substraot.
De thermische oetbreiingscoëffisjent vaan de lijm is normaal gesproke aonzeenlik hoeger es die vaan basismateriale wie metale, magnete en aardewerk. Tijdens ‘t aofkeule heet de lijm de neiging zich wijer same te trekke, mer ‘t basismateriaol veurkump de vrije sametrekking, boedoor de lijmlaog weurt vasgehawwe en resterende interne spanning weurt veroerzaak.
‘t Meis kritieke concept hei is ‘t gelpunt.
Veur ‘t gelpunt blief de lijm vloeibaar en kin ‘t stroume. In dit stadium, zelfs es ‘n sametrekking plaotsvindt, kin ‘t materiaal zoe’n vervorming door strouming, reorganisatie en opvölling verspreide, zoedoende de accumulatie vaan interne spanning weurt geminimaliseerd.
Nao ‘t gelpunt verandert de situatie. ‘n Drei-netwerk begint zich te vörme binne de lijm, en ‘t materiaal geit geleidelik euver vaan ‘n vloeibaar nao ‘n vaste touwstand. In dit stadium verwerf de plaklaog ‘n draagcapaciteit en begint ‘t “herinnere” vaan de dao-op volgende krimp- en vervormingsgebäörtenisse.
Mit aander wäörd, ‘t gedeilte vaan sametrekkinge wat plaotsvindt nao ‘t gelpunt is werkelek geneig um interne stress te generere.
Naomaote de tied veurtgeit, stol ‘t materiaal wiejer en nump ‘t Tg continu touw. Es de Tg de huidige bedriefstemperatuur euversjrijf, geit de plaklaog euver vaan ‘n rubberechtige touwstand nao ‘n glazechtige touwstand.
Es ‘t de glaasstaot binnekomt, nump de modulus vaan de plaklaog snel touw, wat de beweging vaan de kettingsegmente lestiger maak; daorum weurt ‘n deil vaan de stress dee eerder kós weure losgelaote nog lestiger um los te laote.
Daorum kin interne stress sumpelweg weure opgevat es:
Veur ‘t gelpunt: sametrekking kin plaotsvinde zoonder gemekkelik stress te veroorzake.
Nao ‘t gelpunt: de gellaog begint ‘n netwerk te vörme, en dao-op volgende krimp weurt veurkomme.
Nao vitrificatie: ‘t materiaal weurt sjtief, mit zien moleculaire ketens geïmmobiliseerd, wat spanningsvrijlating lesteger maak.
Wie we allemaol wete:
Spanning=Modulus × Deformatie
Finale interne spanning ≈ effectieve modulus × (nao-gelatieharding krimp + thermische mismatch vervörming) − relaxatievrijlating
Deformatie vaan wermte-mismatch kin simpelweg weure begrepe es:
Thermische mismatch-vervörming ≈ (thermische oetbreijingscoëffisjent vaan de kleefstof − thermische oetbreiingscoëffisjent vaan ‘t substraot) × effectief temperatuurversjèl
Allein de sametrekking en thermische mismatch die plaotsvinde nao ‘t gelpunt, vermeinigvöldig mit de continu touwnummende modulus, minus ‘t gedeilte dat losgelaote weurt door ontspanning tijdens ‘t proces, vörmp de oeteindelike netto interne spanning.
Dit is ouch de reie boeveur interne stress lesteg te bestudere is: ‘t kump neet plotseling op ein momint veur, mer verzamelt zich geleidelek tijdens de harderings- en keulprocesse. Gedurende dit proces ondergaon krimp, temperatuur, modulus en ‘t vermoge vaan ‘t materiaal um spanning los te laote allemaol doorloupende veranderinge.
03 Wie te karakterisere: Meet iers ‘t “resultaat”, meet daonao de “oerzaak”.
‘t Is noe algemein erkind dat interne spanning neet plotseling op ein momint opkump, mer zich geleidelek verzamelt tijdens de harderings- en keulprocesse.
Hei verandert elke parameter constant: de sametrekkingssnelheid, temperatuur, modulus en zelfs ‘t vermoge vaan ‘t materiaal um spanning los te laote variëre allemaol.
Daorum kin de karakterisering vaan interne spanning neet allein op ein numerieke waerde beruste; ‘t mot tegeliekertied twie vraoge aanpakke:
Ten ierste, wieväöl spanning of vervörming blief aon ‘t eind euver?
Ten twiede, wie weure dees spanninge gevörmp tijdens ‘t harderingsproces?
Es ‘t geit um testmethodes, kinne ze euver ‘t algemein in twie cattegorieje weure verdeild.
De eine categorie umvat de directe meting vaan de spannings- of vervormingsresultate, terwijl de aandere materiale intrinsieke parameters meet um modelle vas te stèlle.
Categorie 1: Directe meting vaan spannings- of vervörmingsresultate
Dees aanpak is geriech op ‘t bepaole vaan de maote vaan deformatie of restantspanning die in de structuur weurt veroorzaak naodat ‘t lijm is gehard.
De meis klassieke methode is de cantileverbalk of de bimateriaal balkbuigingsaanpak. Lijm weurt aongebrach op dunne metaalplate, siliciumwafers of aander substraotmateriale; tijdens ‘t harde, veroorzaak krimp vaan ‘t substraot um ‘t substraot te buige. Door de kromming in realtied te maete en ‘n methode te gebruke die vergeliekbaar is mèt Stoney’s vergelieking, kin de gemiddelde spanning binne de plaklaog were beraekend. Dees aanpak beejt de veurdeile vaan intuïtief en good-gevestigd te zien, boedoor de visualisatie vaan curves meugelek is die aofbeelde wie spanning variëert mit de harderingstied.
D’r is ouch de vezel Bragg-rooster (FBG)-techniek. Door optische vezels in un gellaog in te brènge, kin de spanning in de gel in realtied weure gemete. Dees methode lievert un nauwkeurigere weerspiegeling op vaan de interne sjtaot vaan de gel in vergelieking mit allein oppervlaktevervörmingsmetinge, hoewel ‘t hoegere koste en groetere operationele complexiteit inhèlt.
Cure strainmonitoring in composietlaminate mit behulp vaan un gedistribueerde optische sensor (Afbeeldingsbron)
Veur transparante plakmiddele kinne fotoelasticiteits- of dubbelbrekingsmethodes ouch weure gebruuk um de spanningsverdeiling via spanning-geïnduceerde dubbelbreking te observere.
Daoneve kinne methodes wie bore, kernmonstering, X-straoldiffractie (XRD), neutronversjpreiing en Ramanversjuivingsanalyse ouch weure gebruuk oonder specifieke umstandeghede veur ‘t mete vaan residuele spanning of indirecte spanning.