Способ для проведения испытаний на адгезионную прочность клееполимерных дисперсно-армированных композитов

Авторы патента:

Дьяченко Антон Вячеславович (RU)

Михальченков Александр Михайлович (RU)

Михальченкова Марина Александровна (RU)

G01N19/04 - определение адгезионной способности, например изоляционных лент, покрытий

Владельцы патента RU 2723965:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Брянский государственный аграрный университет" (RU)

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к определению адгезионной прочности клееполимерных дисперсно-армированных композитов с подложкой из различных материалов. Сущность: испытания проводятся путем проворачивания цилиндрического рабочего элемента, зафиксированного в затвердевшем объеме опытного композита, который сформирован в матрице, крепящейся на неподвижном основании. Технический результат: повышение качества проведения исследований и точности полученных результатов. 4 ил.

Известен способ определения адгезионной прочности материалов, который заключается в следующем: цилиндрический стержень с нанесенным покрытием, выполняющий роль подложки продавливается через отверстие в матрице, диаметр которого равен диаметру цилиндра [1]. Прочность сцепления покрытия с подложкой оценивается по напряжению сдвига. К недостаткам такой техники испытаний относятся технологические трудности при создании покрытия (наличие кольцевой формы, ее крепление на стержне и последующее удаление после полимеризации композита); точение покрытия, исключающее смещение осевых линий стержня и материала покрытия для устранения возможных перекосов в период проведения испытаний; низкая универсальность, особенно сказывающаяся при проведении исследований с широким диапазоном изучаемых параметров композита; трудности в обеспечении прохождения всего комплекса процессов, присущих явлению адгезии и высокая вероятность разрушения торцевой поверхности покрытия при ее контакте с опорной поверхностью матрицы из-за значительного уровня контактных напряжений. В сумме, отмеченное не позволяет обеспечить качественное проведение испытаний, особенно при оптимизации составов клееполимерных композитов по величине адгезионной прочности.

В качестве прототипа выбрано приспособление [2], которое состоит из матрицы и пуансона. Матрица представляет собой сравнительно массивный цилиндр со ступенчатым отверстием, верхняя часть которого имеет меньший диаметр по сравнению с нижней. В верхней области отверстия осуществляется формирование исследуемого клееполимерного самотвердеющего состава. Путем продавливания пуансоном затвердевшего сформированного во внутренней полости матрицы опытного дисперсного клееполимерного композита определяется адгезионная прочность, характеризуемая напряжением сдвига. Устройство отличается простотой изготовления и учитывает фактически всю совокупность факторов, определяющих уровень адгезионной прочности. Однако при испытаниях, наличие сил перпендикулярных оси испытуемого материала, проявляющихся при нагружении, приводит к появлению нормальных напряжений, отрицательно сказывающихся на точности результатов.

Целью изобретения является разработка способа и устройства для определения адгезионной прочности клееполимерных дисперсно-армированных композитов, обеспечивающих высокие качество проведения исследований и точность полученных результатов.

Поставленная цель достигается применением устройства (фиг. 1), состоящего из цилиндрической матрицы 1, заполненной опытным клееполимерным дисперсным композитом 2 и расположенным в нем рабочим элементом - цилиндрическим стержнем 3, которая крепится к неподвижному основанию 4 при помощи штифтов 5. Определение адгезионной прочности производится путем проворачивания рабочего элемента в затвердевшей массе экспериментального композита, с последующим вычислением напряжения сдвига (τ_с).

Матрица (фиг. 2) представляет собой цилиндр с фланцем 6, в нижней части которого выполнено не менее четырех отверстий 7 для ее установки и фиксации к стационарному основанию, а также изготовлено отверстие 8 в осевом сечении для фиксации рабочего элемента 3 (фиг. 1.). Внутренняя полость 9 предназначена для формирования композита после установки рабочего элемента. Размеры матрицы должны исключать ее пластическое деформирование в период проворачивания стержня, в противном случае результаты эксперимента будут ошибочными. Матрица является сменной частью устройства и может использоваться неоднократно, что позволяет проводить исследования в широком диапазоне экспериментальных параметров. Отверстия 7 изготавливаются с переходной посадкой Н7/m6, для четкой фиксации матрицы на стационарном основании, при этом исключаются перекосы и смещения осевых линий матрицы и основания. Отверстие 8 также изготавливается с переходной посадкой Н7/m6 для точной установки рабочего элемента. Стенки полости 9 (внутренняя поверхность матрицы) изготавливаются черновым точением, повышая тем самым прочность сцепления опытного материала. Толщина и диаметр фланца 6 должны быть такими, чтобы обеспечить возможность надежной установки матрицы на основании и качество проведения эксперимента, а также исключить влияние механических воздействий при проведении испытаний. Высота отверстия 8 выбирается из условия исключения возможности перекосов при установке рабочего элемента 3.

Стационарное основание (фиг. 3) изготавливается в виде фланца, по периметру которого на равных расстояниях запрессованы штифты 5. Оно имеет выступ 10 для крепления в захватах испытательной машины. Геометрические параметры части 11 для установки фиксирующих штифтов диктуются условиями надежности конструкции.

Рабочий элемент (фиг. 4) имеет цилиндрическую форму. Для обеспечения необходимой фиксации измерительного устройства со стержнем, верхняя часть стержня выполняется в форме, в зависимости от специфики крепления измерительного устройства. Диаметр и высота стержня выбираются исходя из условий соблюдения прочностных показателей, отсутствия пластического деформирования и нарушения жесткости. Площадь поверхности соприкосновения с клееполимерным композитом должна обеспечивать всю совокупность процессов, присущих испытаниям на адгезионную прочность. Рабочая поверхность может изготавливаться с различной шероховатостью и профилем в зависимости от задач проводимых исследований.

При формировании исследуемого состава композита во внутренней полости матрицы не возникает серьезных затруднений технического и технологического плана. Композит, находящийся в жидком состоянии заливается в полость матрицы, с предварительно закрепленным в ее полости рабочим элементом, которое устанавливается на плоской (опорной) поверхности. Во избежание склеивания композита с опорной поверхностью и торцом фланца матрицы укладывается изолирующая пленка (например, полиэтелен), которая после затвердевания композита удаляется.

Исходя из равенства моментов на внешней и внутренней поверхности композита при проведении испытаний произойдет проворачивание (смещение рабочего элемента, тогда как сам композит останется в стационарном состоянии вследствие меньше силы действующей в области его контактирования с внутренней стенкой матрицы. При этом исключается появление нормальных напряжений, что позволяет получить достоверные данные.

Указанная совокупность существенных признаков обеспечивает у заявляемого способа и устройства появление новых свойств отличных от прототипа. Первое - формирование опытного композита происходит в матрице с предварительно закрепленным в ней цилиндрическим стержнем; второе - подготовленная к испытанию матрица с отвержденным композитом и стержнем с высокой точностью фиксируется на стационарном основании; третье - внутренняя поверхность матрицы подвергается черновому точению; четвертое - геометрические размеры рабочего элемента должны обеспечить необходимые прочность и жесткость при проведении испытаний с отсутствием его пластической деформации; испытания проводятся путем проворачивания рабочего элемента в заполимеризовавшейся массе изучаемого композита.

Таким образом, заявленные признаки изобретения соответствуют критерию «новизна».

Известные технические решения, выбранные в качестве аналога и прототипа, для определения адгезионной прочности не могут обеспечить необходимую точность полученных результатов, т.к. присутствие нормальных напряжений в зоне контактирования композита и подложки искажает действительную картину процессов, проходящих в период проведения испытаний на адгезионную прочность. Такие испытания осуществляются методом продавливания опытного композита сформированного на стержне через матрицу, либо выдавливания композита сформированного внутри матрицы. Испытания, проводимые путем проворачивания рабочего элемента в затвердевшей массе опытного композита принципиально отличаются от аналога и прототипа и исключают, присущие им признаки аналогу и прототипу, что позволяет сделать вывод о соответствии данного способа критерию «существенные отличия».

Технический результат изобретения заключается в высоком качестве проводимых исследований и достоверности получаемых данных.

На фиг. 1 представлено устройство для проведения испытаний на адгезионную прочность клееполимерных дисперсно-армированных, где 1 - цилиндрическая матрица; 2 - клееполимерный композит; 3 - рабочий элемент (цилиндрический стержень); 4 - стационарное основание; 5 - фиксирующие штифты.

На фиг. 2 показана матрица устройства, где 6 - фланец; 7 - отверстия для установки и фиксации матрицы к стационарному основанию; 8 - отверстие для установки рабочего элемента; 9 - внутренняя полость для формирования композита.

На фиг. 3 показано стационарное основание, где 5 - фиксирующие штифты; 10 - выступ для крепления в захватах испытательной машины; 11 - фланец для установки фиксирующих штифтов.

На фиг. 4 показан рабочий элемент (стержень).

Техника проведения испытаний состоит из следующих этапов: первый - заливка и отверждение опытного композита в полости матрицы с установленным рабочим элементом; второй - сборка устройства; третий - непосредственно проведение испытаний с фиксированием необходимых параметров.

Исследования проводятся на машине для испытаний на кручение И-11М производства компании ООО «Точприбор - КБ».

Источники информации

1. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление / Пер. с яп. В.Н. Попова; Под. ред. B.C. Степина, Н.Г. Шестеркина. М.: Машиностроение, 1985. - 240 с.

2. Михальченков A.M., Комогорцев В.Ф., Филин Ю.И., Михальченкова М.А. Обеспечение качества проведения испытаний на адгезионную прочность дисперсно-упрочненных композитов с эпоксидной матрицей и песчаным наполнителем // Материаловедение. - 2016. - №5. - С. 37-40.

Способ для проведения испытаний на адгезионную прочность клееполимерных дисперсно-армированных композитов за счет определения напряжений сдвига, отличающийся тем, что испытания проводятся путем проворачивания цилиндрического рабочего элемента, зафиксированного в затвердевшем объеме опытного композита, который сформирован в матрице, крепящейся на неподвижном основании.

Изобретение относится к области производства строительных конструкций. Устройство состоит из основания приспособления, пуансона, опоры, прижимного винта, синхронизатора усилий, пяты, прижима из двух частей, с которыми связан синхронизатор усилия, причем опора имеет отверстие прямоугольной формы, размеры которого соотносятся с размерами скалываемой доли контрольного образца, как a=1,1с; b=1,1d, где a и b - длина и ширина отверстия; с и d - длина и ширина скалываемой части контрольного образца, при этом, линия контакта поверхности пуансона со скалываемой долей контрольного образца выполнена по циклоиде как брахистохрона.

Способ определения адгезионной и когезионной стойкости металлических покрытий // 2717260

Способ относится к области исследования адгезионной и когезионной стойкости металлических покрытий. Сущность способа состоит в том, что деталь с покрытиями закрепляют непосредственно на рабочую поверхность ультразвукового излучателя и помещают ее в рабочую камеру с жидкой суспензией с абразивом.

Способ оценки адгезионной прочности многослойного покрытия // 2717142

Изобретение относится к исследованиям механических свойств покрытий, а именно к способам оценки адгезионной прочности покрытия с основой. Способ заключается в нанесении слоев испытуемого покрытия на образец в виде металлической пластины, выполнении в покрытии поперечного надреза до подложки и изгибе пластины с испытуемым покрытием при расположении надреза в области растяжения при изгибе пластины и оценке прочности сцепления по результатам разрушения покрытия.

Система и способ для обнаружения ослабления силы адгезии между конструктивными элементами // 2710525

Изобретение относится к способу и системе для обнаружения ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями двух или более конструктивных элементов.

Способ определения адгезионной прочности тонких твердых покрытий на изделиях // 2710392

Изобретение относится к измерительной технике для определения адгезионной прочности тонких защитных покрытий на изделиях машиностроения. Сущность: производят нагружение и внедрения алмазного пирамидального наконечника в поверхность слоистого тела изделия с покрытием на глубину обеспечивающую отслоение покрытия от основы при разгружении, при этом записывают диаграмму внедрения в виде графиков кривых изменения нагрузки от глубины внедрения при возрастании и затем снижении нагрузки до нуля и фиксируют значения максимальной нагрузки и соответствующей ей глубины внедрения, рассчитывают эффективный модуль упругости слоистого тела, осуществляют графически построение теоретических кривых разгружения независимо материала покрытия, материала основы и слоистого тела в диапазоне значений экспериментальных данных по нагрузке, после чего совмещают теоретическую кривую разгружения слоистого тела с экспериментальной кривой разгружения путем совпадения значения нагрузки у теоретической кривой разгружения слоистого тела со значением нагрузки Рmax экспериментальной диаграммы внедрения, выявляют область расхождения экспериментальной и теоретической кривой разгружения слоистого тела, регистрируют значения в этой области нагрузки Радг и глубины внедрения sадг на экспериментальной кривой разгружения, смещают графически теоретическую кривую разгружения материала основы в область нахождения экспериментальной кривой разгружения таким образом, чтобы кривая разгружения материала основы проходила через точку с координатами [Радг, sадг] и рассчитывают значение адгезионной прочности по формуле.

Образец для оценки прочности клеевых соединений при сдвиге // 2701201

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к образцам для контроля и исследования прочности клеевых соединений при сдвиге конструкционных материалов склеенных внахлест, в том числе в условиях высоких температур.

Способ оценки адгезионных свойств герметиков при сдвиге // 2698482

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам для оценки адгезионных свойств разрушающих касательных напряжений герметиков, используемых в различных сферах промышленности и отраслях народного хозяйства.

Конструкция для проведения испытаний на адгезионную прочность дисперснонаполненных композитов на клеевой самотвердеющей основе // 2696065

Изобретение относится к области испытаний покрытий, полученных различными способами, и может быть использовано для определения адгезионной прочности композиционных материалов с дисперсным наполнителем и самотвердеющей клеевой основой.

Приспособление для определения адгезионной прочности клееполимерных дисперсных самотвердеющих композитов // 2696063

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к определению прочности сцепления клееполимерных дисперснонаполненных самотвердеющих композитов. Приспособление состоит из матрицы, которая крепится во внутренней части массивной обоймы, и штока, имеющего цилиндрическую форму, для выдавливания композита.

Способ оценки сцепления битума с минеральными материалами // 2686340

Изобретение относится к способам оценки сцепления битума с минеральными материалами, в которых в качестве отрывающего усилия используется действие кипящей/горячей дистиллированной воды.

Способ испытания на ползучесть клеевого соединения при сдвиге и устройство для его реализации // 2724153

Изобретение относится к области определения механических и реологических свойств клеевых композиций. Сущность: склеенный образец размещают в обойме, испытывают его на ползучесть, регистрируют текущие значения деформации клеевой композиции и строят кривую ползучести, по которой судят о характеристиках ползучести клеевой композиции, текущее значение деформации клеевой композиции регистрируется расстоянием между линзой и стеклянной пластинкой методом колец Ньютона, наблюдаемых в монохроматическом свете с помощью цифрового микроскопа, соединенного с персональной ЭВМ (ПЭВМ) для их обработки, при нормальном к поверхности пластины падении световых лучей. Устройство содержит герметичную камеру, в которой размещены обойма для установки склеенных образцов, рычаг для нагружения образцов с балансировочными грузами, устройство терморегулирования с датчиком температуры с цифровым отображением текущей температуры в камере и нагреватель. В камере установлены клапаны для подвода и отвода охлаждающей жидкости для низкотемпературных испытаний. На рычаге расположена стеклянная пластина. Линза размещена на стойке на одной оптической оси с монохроматором и цифровым микроскопом, освещение линзы и стеклянной пластины производится точечным источником света. Нагружение склеенных образцов осуществляется эталонными грузами, размещенными на рычаге, регистрирование колец Ньютона осуществляется цифровым микроскопом с последующей передачей видеосигнала на ПЭВМ в дискретном или непрерывном режимах, а в ПЭВМ с помощью программного обеспечения производится анализ видеоизображения колец Ньютона с последующим построением кривой «деформация ползучести - время нагружения». Технический результат: повышение точности и уменьшение трудоемкости измерения ползучести при испытаниях клеевых композиций внахлестку. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.