|
|
|
Главная --> Справочник терминов Измерения прочности Автором [119] проведена экспериментальная проверка этого механизма стабилизации капель эмульсии путем измерения поверхностной вязкости Лп на границе жидкий ВХ - вода в присутствии применяемых при суспензионной полимеризации высокомолекулярных СЭ: МЦ, ПВС с содержанием ацетатных групп 24,76% и стиромалеината натрия (СМИ). Опыты проводили в стеклянном цилиндрическом сосуде, способном выдерживать высокое давление (до 1,0 МПа). В сосуд заливали водную фазу и после вакуумирования осторожно подавали жидкий ВХ. На границе раздела ВХ - водная фаза устанавливали металлическое кольцо, подвешенное на стальной упругой нити, верхний конец которой приводился в медленное вращение от электропривода. В каждом опыте с помощью транспортира измеряли максимальное значение угла закручивания верхнего конца нити относительно нижнего до начала вращения металлического кольца. Для одинаковых в каждом опыте условий измерения поверхностная вязкость явления адгезии, необходимо рассмотреть основное свойство поверхности — поверхностную энергию. В данной главе будут рассмотрены методы измерения поверхностной энергии субстратов различной природы и приведены значения этих величин. Несмотря на большое разнообразие методов измерения поверхностной энергии твердых тел, до сих пор нет достаточно надежного, теоретически строгого способа характеристики этой величины. Правда, в последние годы в решении этой проблемы наметился определенный сдвиг. Для измерения поверхностной энергии металлов нашел применение метод [22, 23, 26 — 35] «нулевой ползучести», предложенный Тамманом [21]. Сущность метода заключается в следующем. При высокой температуре под влиянием сил поверхностного натяжения форма твердого тела должна изменяться в направлении уменьшения поверхностной энергии. Например, образец в виде фольги или проволоки стремится сократиться по длине. Этот же образец под действием внешней растягивающей нагрузки удлиняется вследствие вязкого течения. При определенном соотношении поверхностной энергии и внешней нагрузки образец сохраняет свою первоначальную длину — ползучесть устраняется. Образцы для измерения поверхностной энергии этим методом имеют, как правило, форму фольги или проволоки. Аналогичный способ применяли для измерения поверхностной энергии стекла [36, 37]. При нагревании свободно висящей стеклянной нити под действием силы поверхностного натяжения происходит ее стягивание. Определение значения стягивания дает возможность оценить поверхностную энергию. Поверхностная энергия металлов и некоторых других тел имеет отрицательный температурный коэффициент, т. е. с понижением температуры их поверхностная энергия возрастает. В определенном интервале температур зависимость у = f (Т) аппроксимируется прямой линией [1], что дает возможность экстраполяцией определять поверхностную энергию при более низкой температуре. Большая группа методов измерения поверхностной энергии твердых тел основана на измерении некоторых механических характеристик. Этими методами широко пользуются для оценки поверхностной энергии минералов, галогенидов щелочных металлов и других хрупких образцов [4, 41]. Из этой группы наиболее распространены методы шлифования, сверления, царапания, метод затухающих колебаний. К методам оценки поверхностной энергии твердых тел относятся и методы, основанные на измерении энергии разрушения: методы раскалывания, трещин, расщепления [4, с. 9]. Методом раскалывания оказалось возможным оценить значение поверхностной энергии кристаллов хлорида натрия и некоторых других галогенидов щелочных металлов, причем экспериментальное значение оказалось близким к теоретическому. Несмотря на то что в этих методах практически невозможно контролировать долю энергии, которая затрачивается на пластическую деформацию кристаллов и выделяется в форме тепла, методами разрушения, особенно при низких температурах, можно получить вполне надежные результаты [42, 43]. Известны опыты по расщеплению слюды [4, 44—46]. Оказалось, что в вакууме расщепление слюды по плоскости спайности происходит практически обратимо: если под отщепленный листочек слюды ввести клин, а затем удалить его, при повторном эксперименте на отщепление затрачивается такая же работа, как и в первом случае. По значению этой работы можно рассчитать поверхностную энергию слюды. Этим методом измеряли поверхностную энергию и некоторых других тел [47]. j Поверхностную энергию стекла также измеряют методом трещин. Этот метод заключается в том, что на образце делают сквозную, но не доходящую до краев трещину. Затем образец растягивают перпендикулярно трещине и определяют то критическое напряжение, при котором начинается рост трещины. Из значения этого напряжения вычисляют поверхностную энергию [4, 48]. Следует еще раз подчеркнуть, что при всех механических методах измерения поверхностной энергии твердых тел часть энергии расходуется на неупругие деформации, трение и другие побочные явления, необратимо переходя в теплоту. Это необходимо иметь в виду при анализе экспериментальных данных. Существует несколько методов измерения поверхностной энергии при помощи растворения. Один из методов основан на предположении Оствальда о том, что растворимость твердых Известно несколько методов измерения поверхностной энергии, связанных с кристаллизацией и зародышеобразованием при кристаллизации [14, 49—51]. Рост кристаллов из газовой фазы в ряде случаев имеет слоисто-спиральный характер, и при этом скорость перемещения изолированной ступени определяется кривизной ступени и поверхностной энергией. Измерив равновесный радиус «критического зародыша» при фиксированном значении давления паров, можно рассчитать поверхностную энергию [14]. На этом же принципе основано измерение поверхностной энергии твердых тел по релаксационным явлениям, например по кинетике залечивания царапин [14, 52, 53]. В пористом твердом теле при высокой температуре происходит коалесценция пор, что дает возможность по временной зависимости среднего размера пор рассчитать поверхностную энергию [14]. Известен способ измерения поверхностной энергии по результатам наблюдения равновесия между твердой и жидкой фазами одного и того же материала. В данном случае экспериментально измеряют межфазную поверхностную энергию утж, а затем, зная у», рассчитывают ут. Принцип измерения утж основан на зависимости температуры равновесия в системе твердое тело — расплав от радиуса кривизны поверхности раздела в коническом зазоре между двумя пластинами [14, 31, 54, 55]. / Несомненный интерес представляет метод измерения поверхностной энергии твердых тел по результатам изучения равновесия трех фаз — твердой, жидкой и газообразной. Следует напомнить, что попытки определить поверхностную энергию твердых тел с помощью смачивания предпринимались неоднократно. В качестве примера можно сослаться на метод Антонова [56], суть которого заключается в следующем. В трубку, сделанную из вещества, поверхностную энергию которого измеряют, нали- / Большинство методов измерения поверхностной энергии по смачиванию применяется для полимеров и будут рассмотрены ниже. Здесь же кроме упомянутого метода Антонова назовем еще предложенный в работе [58], основанный на измерении углов смачивания. Анализ состояния равновесия в тройной системе приводит согласно [58] к зависимости следующего вида: При ф = 90° это уравнение совпадает с условием Антонова. Однако практического применения эта простая зависимость, по-видимому, не нашла. Так называемый метод «нейтральной капли» — еще один из вариантов решения проблемы измерения поверхностной энергии по результатам смачивания. Этот метод заключается в изучении формы капли (например, капли расплава металла) на поверхности твердого тела [14, 40, 61, 62]. Предполагается, что расплав не взаимодействует с подложкой (капля «нейтральна»). Установление равновесия в этой системе сопровождается появлением на подложке под каплей жидкости прогиба — ямки. Необходимые для определения фт значения углов а и р рассчитывают по высоте hi и углублению hz капли и по диаметру лунки L (рис. II. 1). Сравнение значения поверхностной энергии кристаллов хлорида натрия, полученного этим методом [40] (266 эрг/см2), со значениями, полученными другими методами [4] (150 — 300 эрг/см2), свидетельствует о перспективности метода «нейтральной капли». Рис. 12. Принципиальные схемы измерения прочности связи (Ffl, МПа; FT, кН/м; /^д, кН/м) металлического покрытия с пластмассой методом отрыва приклеенного стержня (/), отслаивания с постоянной скоростью (2) и постоянной нагрузкой (3) Рис. 12. Принципиальные схемы измерения прочности связи (Ffl, МПа; FT, кН/м; /^д, кН/м) металлического покрытия с пластмассой методом отрыва приклеенного стержня (/), отслаивания с постоянной скоростью (2) и постоянной нагрузкой (3) В работах [7, 8] исследованы величины прочности 0 при различных скоростях деформации Уе для пленок БФ-4 и для стеклопластика СВАМ, полученного на основании того же связующего. В обоих случаях зависимость о — lg Уг прямолинейна при всех испытанных скоростях — + 3,5 порядка. При изменении скорости деформации на порядок прочность пленок БФ-4 изменяется на 17,5, а прочность образцов СВАМ — на 8%. Сравнение этих величин не дает ответа на вопрос, как происходит разрушение стеклопластика, но весьма вероятно, что за разрушение материала ответственно нарушение адгезионной связи на границе системы стеклянное волокно — смола. Более убедительный ответ можно получить, определяя так называемую энергию активации соответствующих процессов разрушения. Для этого требуется провести измерения прочности при тех же режимах нагружения в условиях повышенных температур, что составляет предмет дальнейшего исследования. Рис. V.5. Образцы для измерения прочности склеивания металлов: находится субстрат. На этом принципе основан метод измерения прочности связи резин с текстильными материалами [40, 90, 96, 97]. При испытании по методу отслоения при статическом Рис. V.И. Схема измерения Рис. V.12. Схема измерения прочности связи Рис. V.13. Схема измерения прочности связи клея с металлом: Рис. V.14. Схема измерения прочности связи резины с кордом при статическом сжатии: Предложен [160] метод измерения прочности связи электроизоляционных покрытий с металлическими подложками — медными проволоками; он заключается в определении усилия вырыва подложки из «чехла» покрытия. Пленка покрытия для придания ей необходимой жесткости заключается в блок из полимера, причем материал блока должен обладать достаточно высокой адгезией к пленке покрытия, с тем чтобы разрушение происходило по границе пленка покрытия — подложка. Кроме того, мате-риЪл блока должен иметь определенную жесткость и прочность, чтобы обеспечить возможность приложения достаточно больших нагрузок. Наконец, материал блока должен отверждаться в условиях, не приводящих к изменению адгезионной прочности на границе пленка — подложка. Было установлено, что этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют эпоксидные компаунды холодного отверждения. На рис. V.15 показан образец для проведения испытаний по описанному методу. Предполагалось, что усадка, Испытание таких образцов показало [161], что усилие вырыва подложки в этом случае близко к нулю и не могло быть измерено с помощью применявшегося силоизмерительного прибора, имеющего точность измерения 10 гс. Таким образом контактное давление материала блока практически не оказывает влияния на результаты испытаний, поскольку обычно усилие вырыва при наличии адгезионной связи составляет 5—50 кгс. Предложенный метод [160] благодаря достаточно хорошей воспроизводимости и чувствительности нашел широкое применение для измерения прочности связи пленок электроизоляционных лаков с металлическим проводом [161—163]. Несмотря на ряд критических отзывов о неразрушающих методах измерения прочности адгезионных соединений [123, 124], эти методы, несомненно, весьма перспективны и заслуживают внимания [192, с. 232; 193, с. 265]. Появляются новые методы недеструктивного изучения качества адгезионных соединений. Среди новейших может быть назван голографический метод, и, в частности, ультразвуковая голография [292]. Описаны и другие методы неразрушающего контроля адгезионных соединений [293, 294].  Изолированных препаратов Инициаторов полимеризации Изомеризации углеводородов Изомерных непредельных Изомерных соединения Инициаторов радикальной Изотактический полипропилен Изотермическим потенциалом Изотермой адсорбции |
- |
Навигация