شکست مونتاژ باند شده؟ ابتدا درمان استرس داخلی را درک کنید

هنگامی که یک اتصال باندینگ از کار می افتد، اولین گام های ما معمولاً شامل ارزیابی اینکه آیا استحکام چسب کافی است، عملیات سطحی مناسب است، اشباع کافی است و مواد کهنه نشده اند یا خیر.

با این حال، در برنامه‌های مهندسی واقعی، خرابی‌های خاص تنها با راه‌اندازی آغاز نمی‌شوند. در عوض، پس از خشک شدن کامل چسب، خطرات بالقوه در حال حاضر وجود دارد.

این خطر بالقوه وجود تنش داخلی پسماند است.

اندازه گیری دقیق و مستقیم نامرئی و دشوار است، اما ماهیت عرفانی ندارد. به عبارت ساده، چسب در طول پخت و سرد شدن دچار انقباض می شود. اگر بستر اطراف تغییر شکل آزاد خود را محدود کند، بخش غیرقابل انقباض به تنش پسماند در لایه چسب تبدیل می شود.

امروز، من همه شما را در درک کامل این مفهوم راهنمایی خواهم کرد.

خطرات استرس داخلی ماهیت «ذخیره{0} انرژی» دارند.

پس از پخت، لایه چسب بخشی از انرژی کرنش الاستیک را ذخیره می کند. این انرژی به عنوان نیروی محرکه زیربنایی برای لایه برداری بعدی سطحی، انتشار میکروترک و تغییر شکل تاب خوردگی عمل می کند.

جداسازی و لایه‌برداری رابط را به عنوان مثال در نظر بگیرید: تنش‌های داخلی در بالای بار عملیاتی جمع می‌شوند و باعث می‌شوند که تنش واسط واقعی بسیار بیشتر از مقدار{0}}مقدار رتبه‌بندی محاسبه‌شده طراحی شده باشد. به عبارت دیگر، حتی قبل از اینکه لایه چسب خدمات رسمی را آغاز کند، رابط از قبل تحت کشش بیش از حد{2}} قرار گرفته است.

مثال دیگر دریفت دقت است که به ویژه برای مجموعه‌های دقیق مانند روبات‌ها، موتورها و اجزای نوری مضر است.

موقعیت هسته مغناطیسی در موتور، هم ترازی اجزای نوری، و ابعاد قطعات ساختاری ممکن است به دلیل آزاد شدن تدریجی تنش‌های داخلی دچار انحراف طولانی مدت- شوند. اگر قطعات در ابتدا در هنگام مونتاژ مطابقت داشته باشند اما پس از صدها ساعت کارکرد انحراف نشان دهند، چنین مسائلی اغلب از وجود تنش های داخلی ناشی می شود.

علاوه بر این، عمر خستگی کاهش می یابد. استرس داخلی نشان دهنده یک سطح متوسط ​​استرس بلندمدت است که مجموعاً منحنی عمر خستگی را کاهش می دهد. ترکیبی از چرخه دما، رطوبت و ارتعاش اغلب منجر به شرایطی می شود که محصولات آزمایش اولیه را پشت سر می گذارند اما در طول تولید انبوه شکست می خورند.

بنابراین، استرس داخلی یک موضوع ثانویه نیست، بلکه پیش نیاز اساسی برای قابلیت اطمینان پیوند است. این نه تنها تعیین می کند که آیا چسبندگی می تواند رخ دهد یا خیر، بلکه تعیین می کند که چه مدت پس از آن باند پایدار می ماند.

برای درک استرس درونی، ابتدا باید منشأ آن را درک کرد.

تنش داخلی در طول پخت چسب اساساً از دو نوع کرنش ناشی می شود که تمایل به انقباض دارند اما در واقع نمی توانند این کار را انجام دهند.

دسته اول انقباضات کیورینگ است که به آن انقباض شیمیایی نیز می گویند.

در مونومرهای مایع، مولکول ها از طریق نیروهای واندروالس (برهم کنش ضعیف) تماس را حفظ می کنند. هیچ پیوند شیمیایی بین اتم های دو مولکول وجود ندارد. آنها به سادگی در مجاورت نزدیک، با فاصله معمولی تقریباً 0.3-0.4 نانومتر (که نشان دهنده مجموع شعاع واندروالس هر دو مولکول است) وجود دارند.

در طی واکنش پلیمریزاسیون، پیوندهای کووالانسی بین مونومرها تشکیل می شود. با در نظر گرفتن رایج ترین پیوند منفرد C-C به عنوان مثال، طول پیوند آن تقریباً 0.154 نانومتر است. این بدان معنی است که دو مولکول که در ابتدا با یک فاصله آزاد در حدود 0.35 نانومتر از هم جدا شده بودند، اکنون به اجبار توسط یک پیوند کووالانسی با طول تقریباً 0.15 نانومتر{5}} به هم نزدیک می‌شوند که منجر به کاهش بیش از نصف فاصله بین مولکولی می‌شود. (شکل)

در سطح ماکروسکوپی، انقباض همزمان تریلیون‌ها از این جفت‌های مولکولی به صورت کاهش حجم ظاهر می‌شود. این یک پیامد فیزیکی است که نمی توان به طور کامل در هیچ واکنش پلیمریزاسیون افزودنی از آن اجتناب کرد.

دسته دوم تنش عدم تطابق حرارتی است.

بسیاری از چسب ها برای خشک شدن نیاز به حرارت دارند. پس از پخت، هنگامی که از دمای بالا به دمای اتاق سرد می شود، ضرایب انبساط حرارتی چسب و بستر متفاوت است.

ضریب انبساط حرارتی چسب معمولاً به طور قابل توجهی بیشتر از مواد پایه مانند فلزات، آهنرباها و سرامیک ها است. در طول خنک شدن، چسب تمایل بیشتری به انقباض دارد، اما ماده پایه از انقباض آزاد آن جلوگیری می کند، در نتیجه لایه چسب را مهار می کند و باعث ایجاد تنش داخلی باقی مانده می شود.

مهم ترین مفهوم در اینجا نقطه ژل است.

قبل از نقطه ژل، چسب مایع باقی می ماند و می تواند جریان یابد. در طی این مرحله، حتی اگر انقباض رخ دهد، ماده می تواند چنین تغییر شکلی را از طریق جریان، سازماندهی مجدد و پر شدن از بین ببرد و در نتیجه تجمع تنش داخلی را به حداقل برساند.

بعد از نقطه ژل، وضعیت تغییر می کند. یک شبکه سه بعدی در داخل چسب شروع به شکل گیری می کند و ماده به تدریج از حالت مایع به حالت جامد تبدیل می شود. در این مرحله، لایه چسب ظرفیت تحمل بار را پیدا می‌کند و شروع به "به خاطر سپردن" رویدادهای انقباض و تغییر شکل بعدی می‌کند.

به عبارت دیگر، بخشی از انقباض که پس از نقطه ژل رخ می دهد، واقعاً مستعد ایجاد استرس داخلی است.

با گذشت زمان، مواد بیشتر جامد می شوند و Tg آن به طور مداوم افزایش می یابد. هنگامی که Tg از دمای عملیاتی فعلی فراتر رود، لایه چسب از حالت لاستیکی به حالت شیشه ای تبدیل می شود.

با ورود به حالت شیشه ای، مدول لایه چسب به سرعت افزایش می یابد و حرکت بخش زنجیره را دشوارتر می کند. در نتیجه، بخشی از استرسی که قبلاً می توانست آزاد شود، حتی سخت تر می شود.

بنابراین، استرس درونی را می توان به سادگی به صورت زیر درک کرد:

قبل از نقطه ژل: انقباض می تواند بدون ایجاد استرس ایجاد شود.

بعد از نقطه ژل: لایه ژل شروع به تشکیل شبکه می کند و از انقباض بعدی جلوگیری می شود.

پس از انجماد: مواد سفت می‌شوند و زنجیره‌های مولکولی آن بی‌حرکت می‌شوند و آزادسازی استرس را دشوارتر می‌کند.

همانطور که همه می دانیم:

تنش=مدول × کرنش

تنش داخلی نهایی ≈ مدول مؤثر × (انقباض پس از پخت ژلاسیون + تغییر شکل عدم تطابق حرارتی) - رهاسازی آرامش

تغییر شکل عدم تطابق حرارتی را می توان به سادگی به صورت زیر درک کرد:

تغییر شکل عدم تطابق حرارتی ≈ (ضریب انبساط حرارتی چسب - ضریب انبساط حرارتی زیرلایه) × تفاوت دمای موثر

تنها انقباض و عدم تطابق حرارتی که پس از نقطه ژل اتفاق می‌افتد، ضرب در مدول پیوسته در حال افزایش، منهای بخش آزاد شده از طریق آرامش در طول فرآیند، تنش خالص داخلی نهایی را تشکیل می‌دهد.

به همین دلیل است که مطالعه استرس درونی دشوار است: این استرس در یک لحظه به طور ناگهانی ایجاد نمی‌شود، بلکه به تدریج در طول فرآیندهای پخت و خنک‌سازی جمع می‌شود. در طول این فرآیند، انقباض، دما، مدول و توانایی مواد در آزادسازی تنش همگی دستخوش تغییرات مداوم می شوند.

در حال حاضر به طور گسترده تشخیص داده شده است که استرس داخلی به طور ناگهانی در یک لحظه ایجاد نمی شود، بلکه به تدریج در طول فرآیندهای پخت و خنک کننده جمع می شود.

همه پارامترها در اینجا دائماً در حال تغییر هستند: نرخ انقباض، دما، مدول و حتی توانایی ماده برای آزادسازی تنش همه متفاوت است.

بنابراین، توصیف تنش داخلی نمی تواند تنها بر یک مقدار عددی تکیه کند. باید به طور همزمان به دو سوال بپردازد:

اول، چه مقدار تنش یا تغییر شکل در پایان باقی می ماند؟

دوم، این تنش ها در طی فرآیند پخت چگونه ایجاد می شوند؟

وقتی صحبت از روش های تست به میان می آید، آنها را می توان به طور کلی به دو دسته تقسیم کرد.

یک دسته شامل اندازه گیری مستقیم نتایج تنش یا تغییر شکل است، در حالی که دسته دیگر پارامترهای ذاتی مواد را برای ایجاد مدل ها اندازه گیری می کند.

دسته 1: اندازه گیری مستقیم نتایج تنش یا تغییر شکل

این رویکرد بر تعیین میزان تغییر شکل یا تنش پسماند القا شده در سازه پس از خشک شدن چسب متمرکز است.

کلاسیک ترین روش، روش خمشی تیرهای کنسولی یا دو ماده ای است. چسب روی ورقه های فلزی نازک، ویفرهای سیلیکونی یا سایر مواد زیرلایه اعمال می شود. در طول پخت، انقباض چسب باعث خم شدن بستر می شود. با اندازه گیری انحنا در زمان واقعی و استفاده از روشی مشابه معادله استونی، می توان میانگین تنش درون لایه چسب را محاسبه کرد. این رویکرد مزایای شهودی بودن و تثبیت{3}} را ارائه می‌دهد و امکان تجسم منحنی‌هایی را فراهم می‌کند که نشان می‌دهند چگونه استرس با زمان درمان تغییر می‌کند.

تکنیک فیبر براگ گریتینگ (FBG) نیز وجود دارد. با تعبیه فیبرهای نوری در یک لایه ژل، فشار درون ژل را می توان در زمان واقعی اندازه گیری کرد. این روش انعکاس دقیق تری از وضعیت داخلی ژل را در مقایسه با اندازه گیری های تغییر شکل سطح به تنهایی ارائه می دهد، اگرچه مستلزم هزینه های بالاتر و پیچیدگی عملیاتی بیشتر است.

مانیتورینگ کرنش در لایه های کامپوزیتی با استفاده از حسگر نوری توزیع شده (منبع تصویر)

برای چسب‌های شفاف، روش‌های فوتوالاستیسیته یا انکسار مضاعف نیز می‌توانند برای مشاهده توزیع تنش از طریق انکسار دوگانه-القا شده از تنش استفاده شوند.

به‌علاوه، روش‌هایی مانند حفاری، نمونه‌برداری هسته، پراش پرتو ایکس (XRD)، پراکندگی نوترون، و تحلیل شیفت رامان نیز می‌توانند تحت شرایط خاص برای اندازه‌گیری تنش پسماند یا کرنش غیرمستقیم استفاده شوند.

اکنون تماس بگیرید