Особенности кинетики разрушения адгезионных контактов

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _____________________________________2009, том 52, №11_________________________________

ФИЗИКА

УДК 539.5.53

А.Абдуманонов, З.Н.Юсупов, член-корреспондент АН Республики Таджикистан С.Н.Каримов ОСОБЕННОСТИ КИНЕТИКИ РАЗРУШЕНИЯ АДГЕЗИОННЫХ КОНТАКТОВ

Технологичность организации адгезионных контактов, возможность в широких пределах регулировать физические и функциональные свойства таких контактов делает их привлекательными, а их применение порой единственно возможным способом соединения элементов конструкции [1]. Поскольку работоспособность и долговечность машин и механизмов во многом зависит от прочности и надежности работы адгезионных контактов элементов конструкции, изучение физико-химических основ прочности и долговечности адгезионных контактов, в том числе под действием внешних факторов, является актуальной задачей современной науки.

Систематическое исследование длительной прочности адгезионных контактов под воздействием внешних и эксплуатационных факторов, поиск механизмов образования адгезионых контактов на молекулярном уровне позволяют установить наиболее общие закономерности разрушения контактов [2]. Эти результаты, в конечном итоге, позволяют прогнозировать не только долговечность реальной конструкции, но и свойства проектируемого материала или элемента конструкции. Значение исследований в данном направлении этим не ограничивается. На этом пути могут быть найдены оптимальные технологические приемы организации адгезионных контактов для конкретных адгезионных

пар. Это, естественно, стимулирует поиск новых, наиболее эффективных адгезивов.

В работе исследовалось влияние термоциклов на кинетику разрушения адгезионного контакта «кожа-кожа». В лабораторном эксперименте методом видеосъемки в режиме in situ изучалась зависимость скорости роста трещины в адгезионном контакте от количества термоциклов. Прямоугольные полоски размером 30х10 мм вырезались из натуральной кожи толщиной 1.2-1.4 мм. Затем площадь будущей контактной зоны размером 10х10 мм очищалась и на очищенную поверхность наносился клей «Дисмакол». Такие кожаные полоски-полуфабрикаты в комнатных условиях выдерживались в течение

15-20 мин. Далее полоски-полуфабрикаты помещались в термостат с температурой 80...90°С выдерживались в нем 30 с. Затем склееные полоски выдерживались под давлением приблизительно 100 кПа в течение одной минуты. Приготовленные таким образом образцы (рис.1) хранились в комнатных условиях (20°С, относительная влажность 60%) в течение 24 ч. Часть образцов испытывалась в исходном состоянии, а часть из них подвергалась термоциклированию. Испытания образцов проводились при комнатной температуре в условиях активного нагружения (е=соп81;). Образцы термоциклировались в режиме 20°С^>70°С (10 мин) =>20°С (10 мин). Влажность в термостате при термоциклировании образцов не контролировалась. После 5, 10, 15, 20 циклов образцы подвергались испытанию на разрушение и одновременно с помощью видеокамеры фиксировали развитие процесса разрушения адгезионного контакта. При этом скорость съемки составляла 25 кадров в секунду.

Обработка видеоматериала в режиме «стоп-кадр» на экране монитора позволяет построить зависимость длины трешины 1тр адгезионного контакта от времени активного нагружения. Примеры таких графиков для образцов в исходном состоянии и образцов после термоциклирования приведены на рис. 2 (а,б). Нетрудно видеть, что движение трещины адгезионного контакта во всех рассматриваемых случаях представляет многостадийный процесс. Увеличение длины трещины, как правило, прерывается с её остановкой. Время многократных «остановок» роста трещины в среднем остается постоянным и в данном режиме нагружения составляет примерно 0.8 - 0.9 с.

а. Исходный образец. б. После 15 циклов.

Рис. 2. Зависимость длины трещины от времени деформации.

Путем обработки зависимости 1^= { (1) дифференциальным методом построили зависимость скорости движения трещины в адгезионном контакте от времени её роста (рис. 3(а,б)). Многостадийность процесса роста трещины в адгезионном контакте хорошо

прослеживается и на этих графиках. Пики скорости движения трещины непременно чередуются с зонами «затишья», и такое чередование повторяется многократно во время активного деформирования.

Сравнение скорости движения трещины в образцах разной предыстории показывает, что в целом по мере увеличения количества термоциклов происходит изменение структуры адгезионного контакта, и это влияет на скорость движения трещины. Но влияние такого изменения на скорость роста трещины неоднозначно. У большинства образцов с ростом числа термоциклов происходит увеличение времени деформации. Так, если для образцов в исходном состоянии время активного деформирования составляет в среднем 5-6 с, то для образцов, термоциклированных N=20, время деформирования увеличивается до 12-13 с (рис.Зб). Это происходит при одинаковом режиме активного нагружения. Обращает на себя внимание и следующее обстоятельство. С увеличением числа термоциклов происходит изменение активности скорости движения трещины. Если у образцов в исходном состоянии (см. рис. 3а) на последнем этапе происходит более интенсивный рост трещины, то у термоциклированного образца (см. рис. 3б) этот этап проходит относительно спокойно.

По мере увеличения количества термоциклов в некоторых случаях обнаруживается «сокращение» времени активного нагружения. Подобные случаи наблюдались примерно в 30% экспериментов. При этом высота ступеньки роста длины (соответственно скорости движения) трещины возрастает, как правило, скачками, а общее количество скачков существенно сокращается по мере увеличения высоты ступеньки.

Анализ полученных результатов прямого слежения за ростом трещины адгезионного контакта для образцов «кожа-кожа» разной предыстории показывает, что с ростом числа термоциклов происходит существенное изменение кинетики разрушения в границе раздела.

В прямом эксперименте показана многостадийность процесса разрушения адгезионного контакта. Многостадийность роста трещины в данном случае можно объяснить релаксационными процессами на границе раздела, а именно в адгезиве. Ширина ступеньки роста трещины, по-видимому, соответствует времени релаксационных процессов, завершение которых приводит к скачкообразному движению трещины.

Увеличение времени деформирования по мере роста количества термоциклов свидетельствует об увеличении степени повреждаемости на границе раздела. Возрастание повреждаемости на границе раздела, как можно видеть из эксперимента, в определенной мере увеличивает вязкость разрушения контакта. А это, как показывает эксперимент, является достаточно мощным фактором диссипации энергии. Торможение движения трещины в микроповреждениях, которые образуются в результате термоциклирования на границе раздела, по-видимому, приводит к диссипации дополнительной энергии - к снижению скорости роста трещины.

Исходный образец После 15 циклов

Рис.3. Изменение скорости движения адгезионной трещины.

Худжандский научный центр Поступило 22.09.2009 г.

АН Республики Таджикистан

ЛИТЕРАТУРА

1. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. - М.: Химия, 1974, 392 с.

2. Зимон А.Д. Что такое адгезия. - М.: Наука, 1983, 176 с.

3. Абдуманонов А., Юсупов З. и др. - Учёные записки ХГУ (естественные и экономические науки), 2004, №7-8, с.37-42.

А.Абдуманонов, З.Юсупов, С.Н.Каримов КИНЕТИКАИ ВАЙРОНШАВИИ КОНТАКТИ АДГЕЗИОНЙ

Дар тачрибаи лабораторй вобастагии суръати пахншавии таркишро дар контакти адгезионии «чарм-чарм» аз шумораи термосиклхо омухта шудааст. Сабти видеонаворй имкон медихад, ки раванди инкишофи таркиши сохаи контакти адгезионй дар микёси вокеии вак;ти ходиса омухта шавад. Зимни тахлили натичаи тачрибахо бевосита нишон дода шудааст, ки вайроншавии контакти адгезионй раванди бисёрзинагй мебошад. Натичаи тачриба релаксатсионй будани механизми инкишофи таркишро собит мекунад.

A.Abdumanonov, Z.N.Usupov, S.N.Karimov THE PECULIARITIES OF KINETICS DESTRUCTION IN ADGEZIONAL CONTACTS

This article is about the dependence of spreading velocity of chap in leather - leather adgezional contact in termocycle. The video materials give the opportunity to learn the process of the chap deverlopment in adgezional contact during the phenomenon.

The analysis of the results of experiments show that the destruction of adgezional contact is a multi- stage phenomenon. The result of experience prover that the mechanics of chap development is relacsational.