Испытание на отслаивание (ИО) – это метод оценки прочности и целостности материала при приложении силы на каждую единицу ширины образца для отделения склеенных частей друг от друга. Более простое определение термина ИО – оценка прочности сцепления клеевого соединения покрытия материала.
Дефекты композитных материалов
В ходе изготовления и эксплуатации композитных материалов возможно возникновение различных дефектов. Они классифицируются по множеству признаков. Например, по типу дефекта (см. табл. 1).
| Тип дефекта | Характеристика | Причины возникновения | Критичность | Методы обнаружения |
|---|---|---|---|---|
| Расслоение | нарушение связи между слоями композита | ударные нагрузки, усталость, производственные дефекты | высокая | УЗК, рентгенография, термография |
| Матричные трещины | микротрещины в полимерной матрице между волокнами | температурные напряжения, механические нагрузки | средняя | визуальный контроль, УЗК |
| Разрушение волокон | повреждение армирующих волокон | критические нагрузки, усталость материала | критическая | рентгенография, акустическая эмиссия |
| Пористость | наличие воздуха в материале | нарушение технологического процесса при изготовлении | низкая - средняя | УЗК, КТ |
| Отслоение покрытий | нарушение адгезии покрытия | влияние окружающей среды, старение материала | средняя | визуальный контроль, адгезиометрия |
Таблица 1
Отслаивание покрытий в композитных материалах влияет не только на внешний вид изделия, но и может иметь очень негативные последствия, вплоть до разрушения детали, конструкции в целом.
Так, в автомобилестроении широко применяются резинометаллические сальники. В случае отслоения резины от металлического корпуса сальник не сможет выполнять функцию уплотнителя замкнутого объема. Для двигателя автомобиля опасность такого дефекта заключается в возможности утечки масла из картера, что приведет к выходу мотора из строя.
К другим видам дефектов относятся:
- Пузырьки на поверхности;
- Подтеки;
- Трещины;
- Шагрень (апельсиновая корка);
- Кратеры;
- Морщинистость.
Особенно ярко эти виды дефектов проявляются на покрытиях лакокрасочными материалами.
В зависимости от назначения, условий эксплуатации и площади отслаивания некоторые детали можно восстановить проведением их ремонта. При этом нужно учитывать, что прочность отремонтированного изделия несколько снизится (см. табл. 2).
| Тип нагрузки | Исходная прочность, МПа | Прочность после восстановления, МПа | Коэффициент восстановления | Примечание |
|---|---|---|---|---|
| Растяжение вдоль волокон | 800-1200 | 720-1140 | 0,90-0,95 | зависит от качества адгезии |
| Растяжение поперек волокон | 40-80 | 32-72 | 0,80-0,90 | критично для матричных дефектов |
| Сжатие | 50-700 | 450-665 | 0,90-0,95 | высокое восстановление при правильном ремонте |
| Сдвиг межслойный | 60-100 | 48-90 | 0,80-0,90 | особенно чувствителен к отслаиванию |
| Изгиб | 600-900 | 540-855 | 0,90-0,95 | зависит от расположения дефекта |
Таблица 2
Проверка прочности материалов
Прочность материалов подтверждается проведением испытаний. Методика их выполнения детализирована в соответствующих стандартах. В качестве примера рассмотрим требования ГОСТ 411-77.
Стандарт устанавливает методы определения прочности связи резины и клея с металлом при отслаивании. Испытания осуществляются тремя методами – А, Б и В. Их различие заключается в направлении приложения силы для отрыва отслаиваемой полоски резины образца и способах ее крепления к металлу.
Для проведения испытаний используются разрывная машина с силоизмерителем и специальным приспособлением для установки образца, секундомер, термометр.
Образцы в количестве четырех штук кондиционируются в стандартных условиях. Схема образца представлена на рисунке (см. рис. 1).
Рисунок 1
Приспособление с установленным образцом размещается в испытательной машине. Отслоившийся фрагмент резины фиксируется в неподвижном захвате машины. Включением машины производят отслаивание резиновой полоски от основы на всю длину. Во время испытания КИП машины фиксируют максимальное значение силы отслаивания. Одновременно записывается диаграмма «сила-время».
При обработке полученных при испытаниях результатов высчитывается показатель прочности связи резины с подложкой.
Стандарты, определяющие методики испытаний на прочность сопряжения поверхностей разработаны для всех разновидностей материалов. Например:
- ГОСТ Р 57832-2017 «Композиты полимерные. Определение сопротивления отслаиванию высокопрочных клеевых соединений методом плавающего ролика»;
- ГОСТ 28966.2-91 «Клеи полимерные. Метод определения прочности при отслаивании»;
- ГОСТ 411-77 «Резина и клей. Методы определения прочности связи с металлом при отслаивании»;
- ГОСТ 15140-78 «Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии»;
- ГОСТ ISO 13956-2023 «Трубы и фитинги из пластмасс. Испытание на отслаивание полиэтиленовых (ПЭ) седловых сварных соединений. Оценка пластичности поверхности сплавленного узла сварного соединения при раздире»;
- ГОСТ 9.602-2016 «Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии. (Приложение М – Определение площади отслаивания защитного покрытия при катодной поляризации)»;
- ГОСТ ISO 13955-2023 «Трубы и фитинги из пластмасс. Испытание на отслаивание при сплющивании полиэтиленовых (ПЭ) узлов сварных соединений с закладными нагревателями».
