Tá eitt bindilið miseydnast, fevna okkara fyrstu stig vanliga um at meta um límstyrkin er nøktandi, yvirflatuviðgerðin er rætt, impregneringin er nøktandi, og tilfarið ikki er aldrað.
Men í veruligum verkfrøðiligum umsóknum byrja ávísir feilir ikki bert við íløgu; heldur eru møguligir váðar longu til staðar, tá límið er fult hert.
Hesin møguligi vandin er, at eftirverandi innanhýsis álag er til staðar.
Tað er ósjónligt og torført at máta júst beinleiðis, tó ikki mystiskt í náttúruni. Einfalt sagt, so fer lím undir krymping undir herðing og køling; um undirlagið rundan um avmarkar sína fríu avforming, gerst tann ókrympiligi parturin leivdarspenningur innan í límlagnum.
Í dag skal eg vegleiða tykkum øll í at skilja hetta hugtakið væl.
0 1 Hví kanna tað?
Vandarnir við innanhýsis álag eru av "orku-goymslu" slag.
Við herðingini goymir límlagið ein part av elastiskari streymorku. Henda orka virkar sum undirliggjandi drívmegin fyri eftirfylgjandi interfacial delaminering, mikrosprekkuútbreiðslu og skeiving avforming.
Takið gjøgnumførsludelaminering og delaminering sum dømi: innanhýsis álag savnast omaná rakstrarbyrðuna, og tað ger, at sjálvur gjøgnumføringarspenningurin fer langt omanfyri sniðgeving-útroknaða ratingvirðið. Við øðrum orðum, longu áðrenn límlagið byrjar formliga tænastu, er gjøgnumførið longu útsett fyri ov nógvari for-spenning.
Eitt annað dømi er neyvleikadrift, sum vísir seg at vera serliga skaðilig fyri neyvleikasamlingar sum robottar, motorar og optiskar komponentir.
Støðan á magnetiska kjarnuni í motorinum, linjuføringin av optiskum komponentum og víddirnar á konstruktiónspørtum kunnu øll fara undir langtíðardrift orsakað av stigvísari útloysing av innanhýsis ápenningum. Um komponentir í fyrsta umfari eru samsvarandi undir samlingini, men vísa frávik eftir fleiri hundrað tímar av rakstri, stava slík viðurskifti ofta frá, at innanhýsis álag eru til staðar.
Harumframt er troyttarlívið minkað. Innanhýsis álag umboðar eitt langtíðar miðal álagsstig, sum tilsamans lækkar troyttlívskurvuna. Samansetingin av hitasúkkling, vætu og vibratión førir ofta til støður, har vørur standa byrjanarroyndir, men miseydnast undir hópframleiðsluni.
Tí er innanhýsis álag ikki eitt sekundært mál men heldur grundleggjandi fortreytin fyri bindingsálítandi. Tað avger ikki bert, um viðheft kann henda, men eisini, hvussu leingi bindingin er støðug aftaná.
0 2 Hvar stavar innanhýsis stress?
Fyri at skilja innanhýsis stress, skal ein fyrst skilja uppruna hansara.
Innanhýsis álag undir límherðing stavar í grundini frá tveimum sløgum av stammum, sum vísa lyndi til at draga seg saman, men ikki í roynd og veru kunnu gera tað.
Fyrsti flokkur er herðingarkrymping, eisini nevnd kemisk krymping.
Í flótandi monomerum halda molekyl samband gjøgnum van der Waals kreftir (veikar samvirkanir). Tað eru ikki evnafrøðilig bindingar millum atomini í teimum báðum mýlunum; teir eru heilt einfalt til í nærleika, við eini vanligari fjarstøðu uppá umleið 0,3–0,4 nm (sum umboðar summuna av van der Waals radiusunum hjá báðum molekylunum).
Undir polymerisatiónsreaktionini verða kovalent bindingar myndaðar millum monomerar. Taka vit tað vanligasta C–C einbindingina sum dømi, so er bindingarlongdin umleið 0,154 nm. Hetta merkir, at tvey molekyl, sum upprunaliga vóru skild sundur við leysari fjarstøðu uppá umleið 0,35 nm, nú verða tvingsilsførd saman av einum kovalentum bindi við eini longd uppá umleið 0,15 nm-, sum førir til eina minking av millummolekylari fjarstøðu við meira enn helvtini. (Mynd)
Á makroskopiskum støði vísir samstundis samdrátturin av billiónum av slíkum molekylpørum seg sum rúmdarminking. Hetta er ein fysisk avleiðing, sum ikki heilt slepst undan í nakrari tilsetningspolymerisatiónsreaktión.
Annar flokkur er termiskt mismatch-streym.
Nógv lím krevja upphiting fyri at herða. Eftir herðing, tá ið kølt verður frá høgum hita til stovuhita, eru termisku útbreiðslustuðulin hjá líminum og undirlaginum ymiskur.
Hitaútbreiðslustuðulin hjá líminum er vanliga munandi størri enn hjá grundtilfari sum metallum, magnetum og keramikki. Undir kølingini hevur límið lyndi til at draga seg saman enn meira, men grundtilfarið forðar fyri fríum samdrátti, og harvið heldur límlagið aftur og elvir til leivdar innanhýsis álag.
Tað mest kritiska hugtakið her er gelépunktið.
Áðrenn gelpunktið er límið flótandi og kann renna. Í hesum stigi, sjálvt um samdráttur hendir, kann tilfarið spreiða slíka avforming gjøgnum streym, umskipan og fylling, og harvið minka um uppsamlingina av innanhýsis álag.
Eftir gelépunktið broytist støðan. Eitt trí-dimensionelt netverk byrjar at myndast innan í líminum, og tilfarið skiftir stigvíst frá einum flótandi til einum fast tilstand. Í hesum stigi fær límlagið last-berandi orku og byrjar at "minnast" eftirfylgjandi krympingar- og avformingarhendingar.
Við øðrum orðum er tann parturin av samdráttinum, sum hendir eftir gelpunktið, sanniliga tilbøgiligur at skapa innanhýsis álag.
Sum tíðin líður, steðgar tilfarið enn meira, og Tg tess hækkar áhaldandi. Tá Tg fer upp um verandi rakstrarhita, skiftir límlagið frá einum gummitilstandi til ein glaskendan tilstand.
Við at koma inn í glastilstandin økist modulurin í límlagnum skjótt, og ger ketusegmentrørsluna truplari; sostatt gerst ein partur av stressinum, sum áður kundi verið slept, enn truplari at slept.
Tí kann innanhýsis stress einfalt skiljast sum:
Áðrenn gelpunktið: samdráttur kann henda uttan lætt at elva til stress.
Eftir gelpunktið: byrjar gellagið at mynda eitt netverk, og eftirfylgjandi krymping er forðað fyri.
Eftir glasgerð: tilfarið gerst stívt, við molekylketunum immobiliseraðum, og tað ger stressfrígevingina truplari.
Sum vit øll vita:
Spenningur=Modul × Spenningur
Endalig innanhýsis álag ≈ effektivt modul × (eftir-geleringsherðingskrymping + termisk mismatch avforming) − avslappandi útloysing
Hitamismatch avforming kann einfalt skiljast sum:
Termisk mismatch avforming ≈ (termiskur útbreiðslustuðul hjá líminum − termiskur útbreiðslustuðul hjá undirlaginum) × effektivur hitamunur
Einans samdrátturin og termiska missamsvarið, sum hendir eftir gelpunktið, faldað við tí áhaldandi vaksandi modulinum, minus tann partin, sum verður leyslatin gjøgnum avslappning undir tilgongdini, er endaliga netto innanhýsis álag.
Hetta er eisini orsøkin til, at innanhýsis álag er trupult at kanna: tað kemur ikki knappliga upp í eini løtu men savnast stigvíst undir herðingar- og kølitilgongdunum. Í allari hesi tilgongdini fara krymping, hiti, modul og evnið hjá tilfarinum at sleppa álag øll undir áhaldandi broytingum.
03 Hvussu tú eyðkennir: Máta fyrst "úrslitið", máta síðani "orsøkina".
Tað er nú víðagitin, at innanhýsis álag ikki kemur knappliga upp í eini løtu, men heldur savnast stigvíst undir herðingar- og kølitilgongdunum.
Hvør parametur her broytist støðugt: samdráttartíðin, hitin, modulurin og enntá evnini hjá tilfarinum at sleppa álag eru øll ymisk.
Tí kann karakteriseringin av innanhýsis álag ikki einans byggja á eitt talvirði; tað skal samstundis viðgera tveir spurningar:
Fyrst, hvussu nógv álag ella avforming er eftir at enda?
Í øðrum lagi, hvussu verða hesi álag myndað undir herðingargongdini?
Tá tað snýr seg um kanningarhættir, kunnu teir sum heild býtast í tveir flokkar.
Ein flokkur fevnir um beinleiðis máting av spennings- ella avformingarúrslitum, meðan hin mátar materiellar innanhýsis parametrar fyri at raðfesta modellir.
Flokkur 1: Beinleiðis máting av spennings- ella avformingarúrslitum
Hendan tilgongdin snýr seg um at áseta, hvussu stór avforming ella leivdarstreymur, sum er framkallaður í konstruktiónini, eftir at límið er hert.
Tann mest klassiski hátturin er útstøðubjálkan ella tvíevnisbjálvabøgingartilgongdin. Lím verður lagt á tunnar metalplátur, silikonplátur ella annað undirlagstilfar; undir herðing ger límkrymping, at undirlagið boyggur seg. Við at máta bøging í sanntíð og nýta ein hátt, sum er analogur við Stoneys líkning, kann miðalstreymurin innan límlagið roknast út. Hendan tilgongdin gevur fyrimunirnar við at vera intuitiv og væl-etablerað, og ger tað møguligt at visualisera kurvur, sum avmynda, hvussu stress er ymiskt við herðingartíðini.
Eisini er fibur Bragg-rist (FBG) teknikkurin. Við at leggja ljósfibrar inn í eitt gellag, kann streymur innan gelé mátast í sanntíð. Hesin hátturin gevur eina nágreiniligari endurspegling av innanhýsis tilstandinum hjá gelini í mun til yvirflatuavformingarmátingar einsamallar, hóast hann hevur við sær størri kostnað og størri rakstrarliga fløkjuleika.
Eftirlit við herðingarstreym í samsettum laminatum við at brúka ein útbreiddan optiskan sensara (Myndakelda)
Fyri gjøgnumskygd lím kunnu eisini ljóselastisitetur ella tvíbrótingarhættir nýtast til at eygleiða spenningsbýti umvegis spennings-induceraða tvíbróting.
Harumframt kunnu háttaløg sum boring, kjarnusýnistøka, X-stráludiffraktión (XRD), neutronspreinging og Raman-skiftisgreining eisini nýtast undir serligum umstøðum til at máta leivdarstreym ella óbeinleiðis streym.