Расслоение - Delamination

Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найдите источники: «Расслоение»  – Новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR (Март 2009 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Расслоение полимер, армированный углеродным волокном под сжимающей нагрузкой.

Расслоение это режим отказа, когда материал переломы в слои. Разнообразие материалов, включая ламинат композиты^[1] и конкретный может выйти из строя из-за расслоения. Обработка может создавать слои в таких материалах, как стали образована прокатка^[2][3] и пластмассы и металлы из 3D печать^[4][5] которые могут выйти из строя из-за разделения слоев. Также поверхность покрытия такие как краски и пленки, могут отслаиваться от подложки с покрытием.

В ламинированный композиты, адгезия между слоями часто нарушается, что приводит к разделению слоев.^[6] Например, в пластик, армированный волокном, листы высокопрочной арматуры (например, углеродное волокно, стекловолокно ) связаны между собой гораздо более слабой полимерной матрицей (например, эпоксидная смола ). В частности, нагрузки, прикладываемые перпендикулярно к высокопрочным слоям, и нагрузки сдвига могут вызвать разрушение полимерной матрицы или отслоение волоконной арматуры от полимера.

Расслоение также происходит в железобетон когда металлическая арматура (например, арматура) вблизи поверхности корродирует.^[7] Окисленный металл имеет больший объем, что приводит к возникновению напряжений в бетоне. Когда напряжения превышают прочность бетона, могут образовываться и распространяться трещины, чтобы соединиться с соседними трещинами, вызванными коррозией арматурного стержня, создавая плоскость излома, идущую параллельно поверхности. Как только плоскость излома сформировалась, бетон на поверхности может отделиться от основания.

Обработка может привести к образованию слоев в материалах, которые могут разрушиться из-за расслоения. В конкретный, поверхности могут отслаиваться из-за неправильной отделки. Если поверхность обработана и уплотняется затиркой, в то время как нижележащий бетон стекает водой и воздухом, плотный верхний слой может отделиться от воды и воздуха, толкая вверх.^[8] В стали, прокатка может создать микроструктуру, когда микроскопические зерна ориентированы в виде плоских листов, которые могут расколоться на слои.^[2] Кроме того, некоторые методы 3D-печати (например, Плавленое осаждение ) формирует детали слоями, которые могут расслаиваться во время печати или использования. При печати термопластов методом наплавления охлаждение горячего слоя пластика, нанесенного на холодный слой подложки, может вызвать изгиб из-за дифференциального теплового сжатия и разделения слоев.^[4]

Методы проверки

Существует несколько методов неразрушающего контроля для обнаружения расслоения в конструкциях, включая: визуальный осмотр, испытание отводом (т.е. зондирование), УЗИ, рентгенография, и инфракрасное изображение.

Визуальный осмотр полезен для обнаружения отслоений на поверхности и краях материалов. Однако визуальный осмотр может не выявить расслоение материала без разрезания материала.

Тестирование постукиванием или зондирование включает в себя легкие удары по материалу молотком или твердым предметом, чтобы обнаружить расслоение на основе полученного звука. В ламинированных композитах чистый звонкий звук указывает на хорошо склеенный материал, тогда как более глухой звук указывает на наличие расслоения из-за дефекта, смягчающего удар.^[9] Тестирование постукиванием хорошо подходит для обнаружения крупных дефектов в плоских композитных панелях с сотовой сердцевиной, в то время как тонкие ламинаты могут иметь небольшие дефекты, которые нельзя различить по звуку.^[10] Использование звука также является субъективным и зависит от качества слуха инспектора и его суждения. Любые преднамеренные изменения в детали могут также изменить высоту производимого звука, что повлияет на проверку. Некоторые из этих вариаций включают перекрытие слоев, изменение количества прослоек слоев, изменение плотности сердцевины (если используется) и геометрию.

В армированном бетоне неповрежденные участки будут звучать твердыми, а отслоенные - пустотелыми.^[11] Испытания на протекание больших бетонных конструкций проводятся либо с помощью молотка, либо с помощью цепного тянущего устройства для горизонтальных поверхностей, таких как настилы мостов. Настилы мостов в странах с холодным климатом, в которых используются противообледенительные соли и химикаты, обычно подвержены расслоению, и поэтому их обычно планируют ежегодно осматривать путем перетаскивания цепи, а также для последующего ремонта поверхности.^[12]

Методы испытаний сопротивления расслоению

Испытания на расслоение покрытий

ASTM предоставляет стандарты для проверка адгезии краски который обеспечивает качественные показатели устойчивости красок и покрытий к отслоению от подложки. Тесты включают в себя испытание на поперечный разрез, адгезию со скобами,^[13] и испытание на отрыв.^[14]

Испытание на вязкость межслойного разрушения

Вязкость разрушения это свойство материала, которое описывает сопротивление разрушению и расслоению. Обозначается критическим коэффициент интенсивности напряжений ${ displaystyle K_ {c}}$ или критический скорость высвобождения энергии деформации ${ displaystyle G_ {c}}$.^[15] Для однонаправленного армированного волокном полимера ламинат композиты, ASTM предоставляет стандарты для определения режим I вязкость разрушения ${ displaystyle G_ {IC}}$ и режим II вязкость разрушения ${ displaystyle G_ {IIC}}$ межслойной матрицы.^[16][17] Во время тестов нагрузка ${ displaystyle P}$ и смещение ${ displaystyle delta}$ записывается для анализа с целью определения скорости выделения энергии деформации из метод соответствия. ${ displaystyle G}$ с точки зрения соответствия дается

${ displaystyle G = { frac {P ^ {2}} {2B}} { frac {dC} {da}}}$(1)

куда ${ displaystyle dC}$ изменение соответствия ${ displaystyle C}$ (соотношение ${ displaystyle delta / P}$), ${ displaystyle B}$ - толщина образца, а ${ displaystyle da}$ - изменение длины трещины.

Вязкость при межслойном изломе режима I

Схема образца деформированной двухкантилеверной балки.

Стандарт ASTM D5528 определяет использование геометрии образца с двойной консольной балкой (DCB) для определения вязкости межслойного разрушения в режиме I.^[17] Образец балки с двойной консолью создается путем помещения антипригарной пленки между армирующими слоями в центре балки перед отверждением полимерной матрицы для создания начальной трещины длиной ${ displaystyle a_ {0}}$. Во время испытания образец нагружается с растяжением со стороны конца исходной трещины балки, открывающей трещину. Используя метод податливости, критическая скорость выделения энергии деформации определяется как

${ displaystyle G_ {IC} = { frac {3P_ {C} delta _ {C}} {2Ba}}}$(2)

куда ${ displaystyle P_ {C}}$ и ${ displaystyle delta _ {C}}$ являются максимальной нагрузкой и смещением соответственно, определяя, когда кривая прогиба нагрузки стала нелинейной с линией, проведенной от начала координат с увеличением податливости на 5%. Как правило, уравнение 2 переоценивает вязкость разрушения, потому что две консольные балки образца DCB будут иметь конечное вращение в трещине. Конечное вращение можно скорректировать, вычислив ${ displaystyle G}$ с чуть более длинной щелью с длиной ${ displaystyle a + Delta}$ давая

${ displaystyle G_ {IC} = { frac {3P_ {C} delta _ {C}} {2B (a + Delta)}}}$(3)

Коррекция длины трещины ${ displaystyle Delta}$ можно рассчитать экспериментально, построив аппроксимацию методом наименьших квадратов кубического корня из соответствия ${ displaystyle C ^ {1/3}}$ по сравнению с длиной трещины ${ displaystyle a}$. Исправление ${ displaystyle Delta}$ - абсолютное значение точки пересечения по оси x. Вязкость разрушения также можно скорректировать с помощью метода калибровки соответствия, где ${ displaystyle G_ {IC}}$ данный

${ displaystyle G_ {IC} = { frac {nP_ {C} delta _ {C}} {2Ba}}}$(4)

куда ${ displaystyle n}$ наклон подбора наименьших квадратов ${ displaystyle log (C)}$ против. ${ displaystyle log (а)}$.

Вязкость при межслойном изломе режима II

Схема испытания на изгиб кромки надреза.

Вязкость межслойного разрушения по режиму II может быть определена с помощью испытания на изгиб с надрезом по краю, указанного в стандарте ASTM D7905.^[16] Образец готовится аналогично образцу DCB с образованием начальной трещины длиной ${ displaystyle a_ {0}}$ перед отверждением полимерной матрицы. Если испытание проводится с исходной трещиной (метод без трещин), предполагаемая вязкость разрушения ${ displaystyle G_ {Q}}$ дан кем-то

${ displaystyle G_ {Q} = { frac {3mP_ {max} ^ {2} a_ {0} ^ {2}} {2B}}}$

куда ${ displaystyle B}$ - толщина образца и ${ displaystyle P_ {max}}$ максимальная нагрузка и ${ displaystyle m}$- подгоночный параметр. ${ displaystyle m}$ определяется по результатам экспериментов методом наименьших квадратов соответствия ${ displaystyle C}$ в зависимости от длины трещины в кубе ${ displaystyle a ^ {3}}$ с формой

${ displaystyle C = A + ma ^ {3}}$.

Кандидатская вязкость разрушения ${ displaystyle G_ {Q}}$ равна вязкости разрушения по моде II ${ displaystyle G_ {IIC}}$ если скорость выделения энергии деформации попадает в определенный процент от ${ displaystyle G_ {Q}}$ при различной длине трещин, указанной в ASTM.

Рекомендации