БЛОК ПЕРЕДАЧИ ТЯГОВОГО УСИЛИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ИСПЫТАНИЯ ПРИЛИПАНИЯ ПОКРЫВАЮЩЕГО СЛОЯ К ПОДЛОЖКЕ
TRACTION FORCE TRANSFER UNIT FOR TESTING DEVICE OF ADHESION OF COVERING COAT TO SUBSTRATE

Настоящее изобретение относится к устройствам измерения параметров прилипания покрывающих слоев, таких как краски, набрасывания на поверхности, клеи или приклеивающиеся пленки, к предназначенным для них подложкам или параметров сил слипания поверхностей вообще.
В частности, изобретение относится к усовершенствованию используемых для таких устройств блоков передачи тяговых усилий, приклеиваемых на поверхности, характеристики прилипания которых подлежат измерению при прикладывании усилия отрывания указанными блоками передачи тяговых усилий.
Знание параметров прилипания покрывающего слоя к подложке, например краски, на поверхности назначения или силы сцепления поверхности данного материала является очень существенным в промышленности, так как, в основном, именно эти свойства определят состояние деталей и их сборок в условиях их эксплуатации.
Широко применяемый способ определения параметров прилипания покрывающего слоя или силы сцепления поверхности состоит в измерении усилий, требуемых для данного испытательного образца при отрыве образца покрывающего слоя подложки, на которой он был установлен, или элементов поверхности материала.
Часто испытания выполняются на стандартных образцах и следуют точно определенным протоколам, так как важно иметь возможность повторно воспроизводить измерения, чтобы эффективно сравнивать параметры прилипания различных парных сочетаний покрывающий слой - подложка.
Общий принцип такого измерения состоит в приклеивании жесткого блока откалиброванной поверхности приклеивания к подлежащему оценке образцу поверхности, т.е. подложке, покрытой покрывающим слоем согласно предусмотренному способу нанесения, или к образцу материи, подвергнутому поверхностным обработкам, и, после схватывания клея, в приложении тягового усилия к блоку вплоть до отрывания покрывающего слоя от поверхности подложки или ее поверхностного материала.
Соответствующая этому вырыванию сила является замером параметров прилипания или определяемой силы сцепления.
Устройства приложения тяговых усилий, которые реализуют описанные испытания и подобные им, приводятся также в патенте США 3821892.
Описанное в нем устройство позволяет прилагать тяговое усилие к приклеенному блоку типа шарошки, оборудованному средствами измерения приложенного тягового усилия.
Если блок приклеивается к испытываемой поверхности, стандарт ограничивается уточнением, что поверхность приклеенного блока должна быть плоской. Таким образом, согласно и стандарту МОС 4624, и патенту США 3821892 нигде не предусматривается поверхность приклеивания блока иная, чем плоская. Когда возникает вопрос относительно формы блока приложения тягового усилия, как, например, формы шарошки по патенту США 3821892, то речь идет только об обеспечении правильного захватывания блока средствами приложения тяги.
Опыт показывает, что правильность результатов реализации стандарта МОС 4624 в значительной степени определяется качеством и приклеивания блока, и подготовки испытания. В большинстве случаев ни подготовка, ни приклеивание не являются полностью удовлетворительными, что значительно искажает результаты измерений сил отрывания.
Во-первых, из-за текучести клея в момент приклеивания блока на испытываемую поверхность, очень трудно контролировать толщину пленки, и в особенности задавать равномерную толщину этой пленки между нижней поверхностью блока и поверхностью, подвергаемой испытанию. В силу нерегулируемости толщины и возможности оседания блока вбок, ориентация оси блока может отклоняться относительно нормали к поверхности испытательного образца; эта нормаль является направлением тягового усилия на блок во время испытания. На практике даже незначительное отклонение оси блока относительно оси приложения тягового усилия и изменение толщины пленки клея между блоком приложения тягового усилия и испытываемым покрывающим слоем существенно влияют на величину силы в момент отрывания, что является неприемлемым, поскольку в силу своей неопределенности эти явления приводят к значительному разбросу измерений.
Для учета этих явлений оператор обычно выполняет многочисленные испытания, чтобы добиться средних, могущих быть использованными, значений усилий отрывания.
Во-вторых, вокруг блока в момент его приклеивания образуется буртик жидкого клея, выдавливаемого вбок в момент прикладывания блока на поверхность, предусматриваемую в качестве объекта испытания для обеспечения правильного прилипания блока. Согласно процедуре испытаний подвергаемый испытанию на отрывание покрывающий слой вырезается по контуру блока с тем, чтобы при измерении усилий на разрыв принимать в рассмотрение только поверхность прилипания покрывающего слоя, нанесенного на подложку напротив блока. Поэтому в покрывающем слое вокруг блока выполняется надрез, что вызывает необходимость предварительного удаления буртика клея. Так как на этом этапе операций подготовки испытательного образца этот буртик твердый, то его удаление требует приложения на сам блок значительных усилий, нередко вызывающих начало отклеивания блока с приходом образца в негодность для выполнения испытаний или получение непоказательных результатов, что обязывает подготовить новый образец.
Настоящее изобретение призвано разрешить эти проблемы приклеивания и подготовки испытательного образца в форме блока с новыми характеристиками, не ставящими под вопрос как существующие средства приложения тяговых усилий или измерительные средства, так и используемые методики испытаний.
Согласно изобретению блок приложения тяговых усилий для испытания прилипания покрывающего слоя к подложке содержит ось отсчета и нижнюю поверхность; при этом перед испытанием указанный блок приложения тяговых усилий к поверхности покрывающего слоя крепится клеем. Указанный блок отличается тем, что на его нижней поверхности, предназначенной приклеиваться к покрывающему слою, выполнена цековка, глубина цекованной поверхности практически совпадает с определяемой толщиной клея для крепления блока приложения тяговых усилий к покрывающему слою и что он содержит средства для удержания на расстоянии от основания цекованной поверхности для обеспечения стабильности блока приложения тяговых усилий и для поддержания его оси перпендикулярной к плоскости, определенной поверхностью испытываемого покрывающего слоя при приложении нижней поверхности блока тяговых усилий на поверхность покрывающего слоя.
Предпочтительно, чтобы глубина цекованной поверхности была практически постоянной.
Средства удержания на расстоянии состоят из кромки на внутренней поверхности блока приложения тяговых усилий. Эта кромка по преимуществу выполняется на периферии указанной нижней поверхности.
Предпочтительно, чтобы средства удержания на расстоянии представляли собой прокладки удержания на расстоянии, распределенные на нижней поверхности блока приложения тяговых усилий по периметру указанной нижней поверхности. Нижние поверхности указанных прокладок, входящие в контакт с поверхностью испытываемого покрывающего слоя, образуют плоскость прикладывания блока.
Независимо от формы исполнения, средства удержания на расстоянии могут быть обеспечены неполным съемом материала блока приложения тяги при выполнении цековки.
Предпочтительно, чтобы блок приложения тяговых усилий содержал средства обеспечения вытекания избытка клея из зоны приклеивания, определенной отпечатком блока приложения тяговых усилий на поверхности покрывающего слоя. Таким образом, избыток клея отводится вне периметра приклеивания блока без нарушения этими средствами равномерности толщины пленки клея. В первом варианте эти средства представляют свободные проходы в кромке нижней поверхности блока. Во втором варианте исполнения эти средства выполнены между прокладками удержания на расстоянии. Наконец, в третьем варианте исполнения эти средства представлены одним или несколькими восходящими выводными каналами в корпусе блока приложения тяговых усилий. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один из этих выводных каналов выходил на наружную поверхность блока приложения тяговых усилий в части этого блока над основанием цекованной поверхности. Кроме того, по меньшей мере, один из этих каналов может выходить в расширительную камеру.
Во всех вариантах осуществления изобретения нижняя поверхность блока приложения тяговых усилий характеризуется предпочтительно наличием специально созданных или специально оставленных поверхностных неровностей, улучшающих прилипание клея к нижней поверхности блока.
Изобретение также относится к способу приклеивания посредством клея блока приложения тяговых усилий к покрывающему слою подложки, включающему следующие этапы:
а) наносят клей на нижнюю поверхность блока приложения тяговых усилий и/или поверхность покрывающего слоя;
б) до затвердения клея устанавливают блок приложения тяговых усилий в искомые позиции и место на поверхности покрывающего слоя с прижиманием, достаточным для выдавливания клея;
в) ожидают затвердения клея;
г) выполняют надрез в покрывающем слое по периферии блока приложения тяговых усилий;
при этом этот способ отличается тем, что:
д) блок соответствует блоку по одному из пунктов 1-13 формулы;
е) обеспечивают прижим на этапе б), достаточный, чтобы средства удержания на расстоянии оперлись на поверхность покрывающего слоя;
ж) возможные избытки клея, образующие буртик на поверхности покрывающего слоя вокруг блока приложения тяговых усилий, отводят между этапами б) и в) до затвердения клея и при удержании блока приложения тяговых усилий прижиманием, достаточным для предотвращения любых движений блока приложения тяговых усилий во время отвода избытка клея для предотвращения образования буртика затвердевшего клея.
Фиг.1-3 представляют этапы укладки блока приложения тяговых усилий по известному способу.
Фиг.4а и 4b представляют блок приложения тяговых усилий согласно изобретению, с кромкой.
Фиг.5а и 5b представляют блок приложения тяговых усилий согласно изобретению, с прокладками удержания на расстоянии.
Фиг.6 представляет блок приложения тяговых усилий согласно изобретению, с кромкой с разрывами.
Фиг.7 представляет блок приложения тяговых усилий согласно изобретению, с боковыми выводными каналами.
Фиг.8 представляет блок приложения тяговых усилий согласно изобретению, с вертикальным выводным каналом.
Фиг.9 представляет блок приложения тяговых усилий согласно изобретению, выводной канал которого располагает расширительной камерой.
Данное описание и фигуры представляют блок приложения тяговых усилий существенно осесимметричной формы. Эта его форма достаточно распространена в силу простоты ее выполнения; она описана в стандарте МОС 4624, но изобретение применимо к любой форме блока приложения тяговых усилий, приклеиваемого либо на покрывающий слой, наносимый на подложку для испытаний на приклеивание, либо непосредственно на материал для испытаний на поверхностную силу сцепления.
Блок приложения тяговых усилий 1 располагает в своем основании поверхностью 1а, приклеиваемой клеем 2 на покрывающий слой 3 на подложке 4.
Для приложения тяговых усилий F на поверхность покрывающего слоя 3 с точно ограниченными размерами покрывающий слой 3 вырезается по контуру блока 1 надрезом 31. Цель этого надреза состоит в том, чтобы сила тяги F прикладывалась на поверхность покрывающего слоя 3 равномерно для предотвращения того, чтобы покрывающий слой 3 вне приклеенной зоны, определенный поверхностью 1а приклеивания блока приложения тяговых усилий, не отражался на результате измерения, с учетом того, что средства 5, образующие опору вокруг блока приложения тяговых усилий 1, обычно используются для приложения усилий противодействия силе тяги на образец 4.
Для предотвращения отклонения оси 20 блока приложения тяговых усилий 1 в приклеенном положении от нормали к поверхности покрывающего слоя 3, на внутренней поверхности блока приложения тяговых усилий 1 выполняется цекованная поверхность 11 с одновременным поддержанием элементов удержания на расстоянии 12, 13 основания 11 цекованной поверхности вне плоскости укладки и таким образом, чтобы гарантировать желательную толщину клея 2 между блоком приложения тяговых усилий 1 и покрывающим слоем 3. Размеры и положение этих элементов удержания на расстоянии 12, 13 выбираются так, чтобы обеспечить блоку приложения тяговых усилий 1 плоскость укладки, входящую в контакт со свободной поверхностью покрывающего слоя 3, стабильной и перпендикулярной к оси 20 блока приложения тяговых усилий 1.
В исполнении согласно фиг.4а и 4b элемент удержания на расстоянии представляет непрерывную кромку 12, по преимуществу вдоль периметра нижней поверхности 1а блока приложения тяговых усилий 1. Эту кромку 12 предпочтительно выполнять по возможности тонкой с тем, чтобы отличие приклеенной поверхности, т.е. поверхности, ограниченной отпечатком блока приложения тяговых усилий 1 за вычетом поверхности отпечатка кромки 12 на поверхности покрывающего слоя 3, от вырезанной поверхности покрывающего слоя 3, т.е. поверхности, ограниченной отпечатком блока приложения тяговых усилий 1, было как можно меньше, чтобы не искажать измерения усилия тяги.
Например, исполнения периферийной кромки 12 в форме волнистости толщиной 0,5 мм не представляет никакой технической проблемы для блока приложения тяговых усилий 1 из сплава алюминия и стали, составляя, согласно стандарту МОС 4624, сокращение поверхности приклеивания в 0,25% для блока приложения тяговых усилий 1 диаметром в 20 мм. Таким отклонением можно полностью пренебречь в сравнении с разбросами измерений, констатируемых в данном типе испытаний, и оно может учитываться в расчетах.
Элементы удержания на расстоянии могут также выполняться в форме прокладок 13 удержания на расстоянии, фиг.5а и 5b, высота которых обеспечивает требуемую толщину клея 2. Для того чтобы плоскость укладки блока приложения тяговых усилий 1 была совершенно стабильной, число прокладок 13 удержания на расстоянии должно быть не менее трех; они не выровнены и разведены максимально выгодно. Можно использовать и большее количество прокладок 13 удержания на расстоянии, а их форма не важна, т.к. занимаемая ими на покрывающем слое 3 поверхность пренебрегаемо мала относительно поверхности приклеивания блока приложения тяговых усилий 1.
Независимо от исполнения элементов удержания на расстоянии в форме кромки 12, прокладок 13 удержания на расстоянии или любой другой, существенно, чтобы плоскость укладки, определенная нижними поверхностями этих элементов удержания на расстоянии, была совершенно стабильной и перпендикулярной оси 20 блока приложения тяговых усилий 1, которая соответствует направлению тяги во время собственно испытаний. Эти положения обеспечиваются просто, если элементы удержания на расстоянии 12, 13 реализуются недовыборкой соответствующего материала блока приложения тяговых усилий 1 при его изготовлении, например, механической обработкой цекованной поверхности 11.
Основание 11а цекованной поверхности 12 строго параллельно плоскости укладки, что обеспечивает равномерную пленку клея строго постоянной толщины. Тем не менее, неровности поверхности основания 11а цекованной поверхности, например штрихи от проходов инструментов при механической обработке цекованной поверхности 11, будут с пользой сохранены или образованы с целью улучшения свойств прилипания клея на блок приложения тяговых усилий 1; при этом связь между блоком 1 и клеем 2 обязательно должна быть более прочной, чем испытываемая связь между покрывающим слоем 3 и подложкой 4.
Блок приложения тяговых усилий 1 может быть дополнительно оборудован средствами упрощения отвода избытка еще жидкого клея 2 во время приклеивания указанного блока 1 на образец.
Таким образом, кромка 12, фиг.6, может прерываться свободными проходами 14 на части ее длины и по всей или части ее высоты в одном или многочисленных местах.
В других формах исполнения, фиг.7, 8 и 9, эти средства могут принимать форму одного или многочисленных выходящих или не выходящих наружу выводных каналов 15, 16, которые в их нижних частях открываются в пространство, ограниченное внутренней частью периферийной кромки 12, основанием 11а цекованной поверхности 11 и плоскостью укладки блока приложения тяговых усилий 1.
Выводные каналы 15, 16 могут выходить снаружи блока приложения тяговых усилий 1 на верхнюю часть блока приложения тяговых усилий 1 или на его боковую стенку.
В случае невыводящих выводных каналов 15, 16 (вариант не представлен на фигурах) их объемы, для предосторожности, должны быть достаточными для вмещения клея, могущего стекать в эти выводные каналы 15, 16, без того, чтобы воздух между клеем и глухим основанием этих выводных каналов 15, 16 противодействовал подъему клея 2 по каналам 15, 16.
В качестве дополнительной может предусматриваться расширительная камера 17 для сбора более значительного объема избыточного клея 2 без того, чтобы он переполнял блок приложения тяговых усилий 1 через концы выводных каналов 15, 16 в случае, если они выходят наружу.
После проклеивания блока приложения тяговых усилий 1 и испытываемого покрывающего слоя 3 блок приложения тяговых усилий 1 прикладывается к испытываемому покрывающему слою 3 усилием прижатия, достаточным для выдавливания еще жидкого избыточного клея 2.
Клей 2, стекающий по кромкам блока приложения тяговых усилий 1, может легко вытираться до его высыхания без изменения положения блока приложения тяговых усилий 1, который может удерживаться в его положении во время этой операции только незначительным усилием в силу его стабильности, придаваемой ему плоскостью укладки средств удержания на расстоянии 12, 13. Таким образом, легко удаляется буртик 21 незатвердевшего клея; после затвердения клея в испытываемом покрывающем слое 3 без затруднений может выполняться надрез 31.
Если блок приложения тяговых усилий 1 снабжен выводными каналами 15, 16, то подъем клея 22 по каналам 15, 16 и в возможные расширительные камеры 17 предотвращает или, по меньшей мере, ограничивает потребность в устранении клея 2, стекающего по нижнему краю блока приложения тяговых усилий 1.
Испытания, выполненные согласно стандарту МОС 4624 с использованием блоков приложения тяговых усилий согласно изобретению с непрерывной периферийной кромкой 12 и одним вертикальным выводным каналом 16, показали, что для надежного определения величины силы отрывания F от испытываемого покрывающего слоя 3 достаточно менее десяти испытаний, тогда как с уже существующими блоками приложения тяговых усилий для достижения эквивалентной надежности измерений требуются более чем девяносто испытаний.