Склеивание металлов и пластмасс - Ковачич Л.
Скачать (прямая ссылка):
Говоря о влиянии температуры, следует учитывать разницу термических коэффициентов линейного расширения субстрата и клея. Хотя на эту разницу можно влиять наполнителями, в ряде случаев напряжения, вызванные различием в термических коэффициентах, могут вызвать разрушение шва. Такие же напряжения могут быть обусловлены усадкой клея при отверждении. При усадке клей, как правило, стремится сместиться от краев шва к середине, и возникают сдвигающие напряжения. При соблюдении технологии склеивания этим силам не удается вызвать самопроизвольное разрушение шва.
Влияние температуры на прочность соединения является следствием ряда причин. Под действием температуры изменяются не только механические свойства компонентов соединения, но и другие их характеристики. На поверхности субстрата может возникнуть слабый пограничный слой, который при определенной температуре растворяется в клее. При этой температуре получается качественное соединение, ниже этой температуры — некачественное, а при температуре намного выше этой уже происходит термическая деструкция клея. Таким образом, характер зависимости fm=f(T) может быть различным. Так, для системы сталь — ПЭ — сталь при нагрузке 11,8 МПа и температуре 24 °С время, необходимое для разрушения, составляет более 1000 с, а при 77 °С — только 2 с. В данном температур-
96
ном интервале влияние температуры можно выразить следую' Щим уравнением [58]:
tm = t0eulRT (2.29)
где tm — время, необходимое для разрушения шва; 10 и U — эмпирические константы; U можио с определенными допущениями назвать мольной энергией активации разрушения; (7=150,7 кДж/моль в интервале 20—40 °С и U—
= 167,7 кДж/моль при 70—80 °С.
В работе [85] при исследовании соединений, склеенных эпоксидными клеями, было предложено уравнение:
fm=fo*EIRT (2-3°)
где /о и Е — константы; Е—3,39 кДж/моль при быстром разрушении н Е=
= 4,60 кДж/моль при медленном.
Влияние влаги и агрессивных веществ на прочность проявляется в том, что они способны проникать в соединение, чаще
всего через клеевой слой, и разрушать адгезионные связи. При проникновении агрессивных веществ, как правило, происходит еще и коррозия субстрата, причем продукты коррозии тоже отрицательно влияют на адгезионные связи.
Действие этих веществ обусловлено стремлением к равновесию между парциальным давлением данного вещества вне соединения и концентрацией адсорбированных молекул внутри шва. Определенную роль играют размеры капилляров и межмо-лекулярного свободного объема во всем соединении. При определенных условиях равновесие смещено в направлении капиллярной конденсации, при которой молекулы веществ из окружающей среды конденсируются в капиллярах и межмолекуляр-ных пустотах соединения и оказывают химическое или коррозионное воздействие, способствуют возникновению трещин, пустот и т. д. Результатом этого является снижение когезионной прочности клеевого шва и адгезии на границе клей — субстрат, приводящее к отслаиванию субстрата от клея (даже без приложения механической нагрузки).
Проникновение влаги и других веществ может идти различными путями. Так, некоторые жидкости и газы мигрируют из теплой зоны в более холодную (особенно в больших соединениях), или через субстрат, или перпендикулярно к плоскости субстрата через клеевой слой.
Растворимые соли, которые попадают в шов, обладают способностью притягивать воду из окружающей среды (и в субстрат, и в клей), растворяться в ней и в конце концов ослабляют адгезионные связи. Следовательно, при приготовлении клея и подготовке субстрата необходимо удалять растворимые вещества. Наибольшую опасность представляют вещества, способные вступать в химическое взаимодействие с субстратом или клеем, растворять их. Под влиянием электрического поля происходит миграция и ориентация ионов растворенных веществ» что может привести к разрушению шва.
7—268
97
Наибольшую опасность представляют клеевые системы, которые подвержены гидролизу, набуханию, склонны к кристаллизации. Если нельзя выбрать материалы, позволяющие избежать этого, можно в значительной мере предотвратить эти процессы поверхностной обработкой субстратов, в частности пассивированием субстрата перед склеиванием и нанесением покрытий, препятствующих диффузии различных веществ в шов [9].
Если мы оцениваем влияние среды на прочность шва по уравнению (1.40), то должны констатировать, что, как правило, среда влияет на соотношение |/Р; далее изменяется коэффициент а, который определяет разницу механических констант клея и субстрата и наконец подвергается влиянию и s. Одним из результатов влияния среды бывает и дополнительное возникновение слабого пограничного слоя.
Известно, что скорость нагружения является важным фактором, влияющим на конечную прочность соединения. По мнению многих авторов скорость нагружения, выраженная как dFldt (F — внешняя сила, t — время), менее существенна, чем скорость роста напряжения, выраженная как dh (h0dt) (h0 — исходная толщина клеевого слоя h — конечная толщина, t — время).
В работе [85] авторы вывели на основе экспериментов уравнение
