Определение прочности межфазного взаимодействия с помощью универсального гидравлического адгезиометра

УДК 678.7:620.179.4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ МЕЖФАЗНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ПОМОЩЬЮ УНИВЕРСАЛЬНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО АДГЕЗИОМЕТРА

Н.В. Чинилина, доцент, к. т. н.,

Харьковский университет Воздушных Сил им. И. Кожедуба

Аннотация. Разработанная методика и устройство предназначены для определения адгезионного взаимодействия по границе раздела фаз различных материалов -композиционных, слоистых, лакокрасочных покрытий, клеевых соединений и т.п.

Ключевые слова: многофазные системы, граница раздела фаз, характер разрушения, адгезионное взаимодействие, когезия, эффект П.А. Ребиндера

Введение

Выход из строя таких сложных многофазных систем как композиционные материалы, лакокрасочные покрытия, клеевые соединения обусловлен разрушением не только отдельных фаз, но и границы раздела фаз, т.е. утратой адгезионного взаимодействия.

Трудность экспериментального определения адгезионной прочности по межфазной границе объясняется отсутствием надежных методов оценки, которые бы обеспечивали строго адгезионныхй характер разрушения материалов.

Для определения адгезионного взаимодействия существует достаточно много методов [1, 2]. Основные трудности оценки адгезии заключаются в том, что измеряемая величина адгезионной прочности существенно зависит от размеров образца, метода испытания, вида нагружения и других факторов. Универсального метода оценки адгезии не существует, поэтому в зависимости от задач и объектов исследования выбирают тот или иной метод. Это делает невозможным сопоставление данных, полученных различными способами, и приводит к ошибочным выводам и трактовкам.

Основным требованием к методам определения адгезии является необходимость количественной оценки поверхностного взаимодействия пленкообразующего с подложкой, т.е. возможность реализации строго адгезионного типа разрушения.

При использовании же большинства известных методов испытаний разрушение образца имеет

когезионный (по одной из фаз) или смешанный характер.

Цель и постановка задачи

Работа посвящена разработке универсального гидравлического адгезиометра.

Универсальный гидравлический адгезиометр

В разработанном методе чисто адгезионное разрушение реализуется за счет расклинивающего действия тонких слоев жидкой отслаивающей среды (эффекта П.А. Ребиндера [3]), которая подводится под давлением в область контакта двух разнородных фаз (рис. 1).

Рис. 1. Схема отслаивания адгезива от подложки

Универсальность предлагаемой методики и прибора заключается в разнообразии видов нагружения, которые могут моделировать условия эксплуатации адгезионных соединений. При этом в ходе испытаний для количественной оценки адгезии можно получать как общепринятые критерии (работу адгезии, разрушающее напряжение, вязкость разрушения), так и некоторые специфичные критерии (энергию активизации разрушения адгезионных связей [4], время утраты адгезии в агрессивных средах и другие).

Причем, особенность предлагаемого адгезиомет- зиционных материалов и клеевых соединений,

ра заключается в возможности одновременного причем использовать разнообразные схемы при-

Гл* “1

Ci“*

нормальный отрыв

сдвиг

сложное напряженное состояние

Рис.2. Схемы приложения нагрузки к образцам

фиксирования этих критериев в процессе эксперимента, а также обеспечение требуемого характера разрушения адгезионного соединения (адгезионного или когезионного).

Универсальный гидравлический адгезиометр позволяет производить разрушения адгезионных соединений путем отслаивания или отрыва (нормальный отрыв, сдвиг и т.д.) при статическом, квазистатическом, ступенчатом, циклическом нагружении. При этом можно в широких пределах изменять скорость разрушения, включая возможность измерения адгезии при скорости, равной нулю, т.е. в равновесных условиях измерять истинную адгезию, представляющую собой интенсивность адгезионного взаимодействия на границе раздела фаз.

Повышенная точность достигается за счет передачи разрушающего усилия на испытуемый образец непосредственно текучей средой (жидкость или газ), т.е. без жестких промежуточных механических устройств в системе нагружения.

Разработанный адгезиометр дает возможность моделировать процесс нарушения адгезии защитных покрытий и исследовать корреляцию между адгезией и защитными свойствами, так как разрушение осуществляется строго по границе раздела фаз покрытие-подложка.

Варьируя скорость разрушения, а также адсорбционные и диэлектрические свойства открывающей среды можно определять вклад адсорбционного, электрического и релаксационного компонента в общей величине адгезии.

ложения нагрузок к образцам (рис. 2).

Конструкция испытательной ячейки позволяет проводить испытания при воздействии повышенных температур, ультразвуковых колебаний и других эксплутационных факторов. Адгезиометр может комплектоваться различными нагружающими устройствами, системой термостатирова-ния.

Таким образом, предложенные способ и устройство, реализующие строго адгезионное разрушение образцов, позволяют моделировать условия эксплуатации адгезионных многофазных систем, различные типы нагружения, температуры, ультразвуковые колебания и др. эксплутационные факторы.

При этом в ходе испытаний можно оценивать различные критерии - работу адгезии, разрушающее напряжение, время утраты адгезии в агрессивных средах и другие.

Литература

1. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. - М.,

Химия, 1977. - 352 с.

2. Дерягин Б.В., Кротова Н.А., Смилга В.Г. Адге-

зия твердых тел. - М.: Наука, 1973. - 280 с.

3. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика. -

М.: Знание, 1958. - 64 с.

4. Регель В.Р., Слуцкер А.И. Кинетическая приро-

да прочности. - Л.: Наука, 1973. - 175 с.

Рецензент: В.А. Войтов, профессор, д.т.н., ХНТУ СГ.

С помощью универсального гидравлического ад-гезиометра можно определять прочность компо-

Статья поступила в редакцию