Склеивание металлов и пластмасс - Ковачич Л.
Скачать (прямая ссылка):
(где Fc — свободная энергия когезии чистого субстрата; у — удельная свободная поверхностная энергия чистого субстрата) следует вывод (рис. 1.6), который можно выразить зависи-симостью
— &Fс ~ ст^Д^ (1.18)
Например, когезионная прочность воды, рассчитанная по этому уравнению, составляет 1,4 • 103 МПа. Если исходить из значений свободной поверхностной энергии твердых металлов, эта зависимость дала бы значение теоретической прочности при растяжении черных металлов порядка 7>104 МПа.
Орован предложил уточнить теорию [32], исходя из синусоидальной зависимости, которая с учетом закона Гука определяет зависимость для идеальной когезионной прочности:
Off=(?V/20)*/* (1.19)
(где Е — модуль упругости при растяжении).
Из отношения (1.19) следует, что если мы знаем Е, то можно вычислить поверхностное натяжение и, наоборот, если Е и у
измерены, то можно определить идеальную когезионную проч-
ность. Правда, зависимость деформация — напряжение исследуемых материалов имеет характер не синусоиды, а потенциальной функции (кривая В на рис. 1.6). Следовательно, казалось
20
Таблица 1.3. Зависимость между смачиванием, способом обработки поверхности и прочностью клеевого шва
(соединение сталь — сталь, одинарная нахлестка, эпоксидный клей, прочность соединения 135-105 Па) [74, 15]
Краевой Прочность Неровность
Обработка угол, при сдви- поверхности.
град ге, % мкм
Обработка растворителями
.Исходный материал Толуол Гептан
Метилэтилкетон Эгилацетат "Трихлорэтилен, 5 мин .Метилхлороформ-}- ультразвук 13 мин 20 мин
Механическая обработка (обезжиривание, механическая обработка,
обезжиривание)
¦Обезжиривание 'Полировка сизалем 30 с 'Полировка 60 с (механическая)
•Полировка мягким кругом 60 с Опескоструирование 60 с
77 28 0,254—0,381
59 93 0,254—0,381
51 93 0,254—0,381
47 94 0,254—0,381
43 100 0,254—0,381
35 110 0,254-0,381
34 114 0,254—0,381
34 113 0,254—0,381
42 100 0,254—0,381
42 103 0,127
41 108 0,254
44 103 0,254-0,381
36 125 2,032—2,54
Химическая обработка (обезжиривание, химическая обработка, промывка водой, сушка горячим воздухом)
•Обезжиривание Хромовая кислота рН=0,6—0,8 рН<0,1 Соляная кислота, 50%-ная 1 мин
3.5 мин
7 мин
Азотная кислота 50%-ная
1 с 5 с 10 с
Смесь серной кислоты и солей хрома 0,5 мин
2 мин 5 мин
Фтористоводородная кислота 1 мин
2.5 мин
Щелочное травление, рН=12,6;
Ю мин; 82 °С
Примечания. Материал — сталь SAE 1010; неровность поверхности 10—15 мкм; эпок-,ип°лиамидньш клей эпон 828 (100 масс, ч.), версамид 115 (20 масс, ч.), метилендиамин масс, ч.); режим отверждения: 48 ч при комнатной температуре +3 ч при 121 °С; одинарное нахлесточное соединение стандартных размеров; испытание на сдвиг прн растяжении на машине Inston tester; скорость 0,127 см/мин.
42 100 0,254—0,381
42 101 0,254—0,508
38 111 0,254—0,508
38 104 0,254—0,508
37 110 0,254—0,508
35 113 0,254—0,508
38 115 0,254—0,508
35 128 0,254—0,508
35 130 0,254—0,508
34 105 0,635—0,762
34 104 1,016-1,27
34 108 1,524—1,778
29 112 0,254—0,381
29 115 0,254—0,381
36 119 0,254—0,508
21
бы, что недостатки теории Поляни — Орована можно устранить, если ввести в рассуждение уже известное выражение для потенциала Ленарда — Джонса (см. рис. 1.1):
U = А/г* + В/г1г
{А и В см. ниже уравнение для Сх).
Практическая проверка этой зависимости дана на рис. 1.7, на котором показано, какие силы притяжения действуют между двумя параллельными пластинами в вакууме. Кривая подчиняется уравнению
_ 2Ci °с= 3 У Г Z03
которое является основой для расчета ос. В этом уравнении
Cj “ 2
где л=6-1023; Л=400-10~6 Дж/см6; 5= jAZ0e (при Z*=Z0J.
Сила, действующая при разделении двух частиц или параллельных поверхностей, достигает максимума при их отрыве, т. е. при достижении когезионной энергии твердого вещества шш адгезионной энергии (силы) на границе поверхностей. Это имеет место при ZMaKc = |/ 3Zo= 1,20 Z0. Предположим, что раздви-жение пластин мы проводим, например, в атмосфере азота. В таком случае следует учитывать и его диэлектрическую проницаемость. При небольшом зазоре между пластинами в него не может проникнуть ни одна молекула среды, при большом — происходит адсорбция среды, которая связана с ее диэлектрической проницаемостью.
Рис. 1.6. Функция когезионной прочности по Поляии (кривая А) и по теории Орована (кривая В).
Рис. 1.7. Взаимодействие двух параллельных пластин в вакууме в соответствии с потенциалом Ленарда — Джойса.
22
Таблица 1.4. Молекулярные а деформационные характеристики некоторых материалов [3Z]
Материал ?¦ 10-3, МПа О 20. А V. рассчитан- ные/* Н/м эксперимен- тальные**
Полиэтилен (линейный) 1,1 4,3 14 33—36
Политетрафторэтилен 0,45 4,8 7 24
.Медь 150 2,28 800 2000
* По уравнению (1.23).
Экстраполированные из значений при высоких температурах.
Из уравнения (1.2) довольно сложно можно вывести зависимость между когезией и модулем упругости
ас — 0,064? (1.20)
которая представляет идеальную когезионную прочность как 'функцию нагрузки при растяжении.
Уравнение потенциала Ленарда—Джонса можно сформулировать в более обобщенном виде:
