Quand che un giunziun de ligam falliss, i noster primi pas de solet cumprenden la valutaziun se la resistenza adesiva l’è giüsta, se el tratament superficial l’è giüst, se l’impregnaziun l’è sufisent e se i materiai sun minga vècc.
De tute i manere, ind i aplicazion de injegneria reale, certs guasti comencen miga domà cond la messa in azion; puttòst, i putenziai ris’c sun giamò present una volt che l’adesif l’è cumpletament curà.
Chestu putenzial pericul l’è la presenza de stress interno residuo.
L’è invisibil e dificil de mesurar precisament diretament, ma minga de natüra mistica. En parolles facil, l’adesif subiss un riduziun durant la vulcanizaziun e el raffreddament; se el substrà circustant limita la sò deformaziun libera, la purziun che se pœu minga retrass diventa una tensiun residua denter del strato adesif.
Incœu, ve guidarò tüt a cumprender ben chestu cuncett.
0 1 Perché stüdial?
I ris’c de stress intern sun de natüra “immagazzinament de energia”.
Dopu la vulcanizaziun, el strat adesif cunserva una part de energia de deformaziun elastegh. Chesta energia la funziuna cuma forza motris sottastant per la sucesiva delaminaziun interfacial, la propagaziun di microcrepi e la deformaziun de deformaziun.
Prendem la delaminaziun e la delaminaziun del interfacia cuma esempi: i tensiun interni se acümulan sora el carich operatif, fasend sì che la tensiun real del interfacia süpera de tant el valur nominal calculà del pruget-. In olter parolles, anca prima che el strato adesif cumencia el servizi furmal, l’interfacia l’è giamò sometüda a troppa pre-tensiun.
Un olter esempi l’è la deriva de precision, qe la se dimostra particolarment dannosa per i assemblaj de precision come i robots, i motor e i components oteg.
La posiziun del nucleo magnetich in del mutur, l’alineament di compunent ottich e i dimensiun di part strütürai pœden tüt subìr una deriva a luungh termin a causa del liberà gradual de tensiun interni. Se i compunent sun inizialment cunform durant el muntagg ma mustran deviaziun dopu centinaia de ur de funziunament, chesti prublem despess derivan de la presenza de tensiun interni.
Ancamò, la vida de la fadiga l’è reduuda. El stress intern rapresenta un livel de stress medi a luungh termin che sbassa insema la cürva de vida de la fadiga. La combinazion del ciclo de la temperadura, de l’umiditaa e de la vibrazion la porta despess a situazion indov qe i prodots passan i prœve iniziai ma falliscon durant la produzion de masa.
Donca, el stress intern l’è minga un prublema segondari ma puttòst el prerequisit fundamental per l’afidabilità del ligam. Determina miga domà se la pœl verifegar-s l'adesion, ma anca quant temp el ligam al resta stabel despœ.
0 2 Da indué nass el stress intern?
Per cumprender el stress interno, g’he vœu prima cumprender sò urigin.
La tension interna durant la cura adesiva la nass fondamentalment de duu jener de cep qe mostren una tendenza a contrair-s ma pœden miga far-l.
La prima categoria l’è el retrazion de cura, cognossuda anca comè retrazion qimega.
Ind i monomer liquid, i molecole mantegnen el contat a travers i forze de van der Waals (interazion debole). A g’è no dei ligam qimeg intra i atom dei duu molecole; esisten semplixement in prossimitaa, cont una distanza tipega de circa 0,3-0,4 nm (qe al representa la soma dei ragg de van der Waals de tute e do i molecole).
Durant la reazion de polimerizazion, i ligam covalents se formen intra i monomer. Prendend per esempi el ligam singol C-C plussee comun, la soa longeza de ligam l’è de circa 0,154 nm. Quest al segnifega qe duu molecole orijinariament separade de una distanza sciolta de circa 0,35 nm inn adess metude insema cond la forza de un ligam covalent cont una longeza de circa 0,15 nm-qend el resultad ind una reduzion de la distanza intermolecolar de plussee de la metaa. (Cifra)
A nivell macroscopeg, la contrazion contemporanea de trilion de qei cobie molecolar qì la se manifesta comè reduzion del volum. Chesta l’è una conseguenza fisich che la pœu no vèss evitada del tut en qual-sa-vöör reaziun de polimerizaziun adiziunal.
La segonda categuria l’è el stress termich de discordanza.
Tanti adesif g’han bisogn de riscaldament per curà. Dopu la vulcanizaziun, quand che l’è raffredà de volta temperadüra a temperadüra ambient, i cueficient de espansiun termich del adesif e del substrà sun diferent.
El cueficient de espansiun termich del adesif l’è tipicament significativament superiur a chel di materiai de bas cuma metal, magnet e ceràmich. Durant el raffreddament, l’adesif el tend a contrar-s ulteriorment, ma el material de bas al prevegn la soa contrazion libera, frenand insì el strat adesif e indoxend una tension interna residua.
El cuncett püsee critich chichinsci l’è el punt de gel.
Prima del punt de gel, l’adesif resta fluid e pœu fluir. Durant qella fas qì, anca se la se verifega una contrazion, el material al pœl dissipar qella deformazion qì a travers el fluss, la reorganizazion e el riempiment, minimizand insì l'accumulazion de tension interna.
Dopu el punt de gel, la situaziun cambia. Una red tridimensiunal cumencia a furmass denter del adesif e el material passa gradualment de un stato liquid a un stato solido. En chesta fase, el strato adesif acquisiss una capacità de purtament e cumencia a “regordar” i event de riduziun e de deformaziun sucesif.
In oltre parolle, la porzion de contrazion qe la se verifega despœ del pont de jel l’è verament propensa a jenerar stress intern.
Cont el passar del temp, el material al se solidifega ulteriorment e el so Tg al cress continuamente. Quand el Tg süpera la temperadüra de funziunament atual, el strat adesif passa de un stat de goma a un stat de veder.
Quand l’è entrà in del stat de veder, el modul del strat adesif aumenta rapidament, rendend püsee dificil el muviment del segment de la cadena; de conseguenza, una porzion del stress qe la podaria vesser liberada in precedenza la diventa ancamò plussee dificila de liberar.
Donca, el stress intern pœu vèss facilment intenduu cuma:
Prima del pont jel : la contrazion la pœl suceder senza indur facilment stress.
Despœ del pont de jel : el strat de jel al comença a formar una red e el retrazion sucessiva l’è prevegnuda.
Dopu la vitrificaziun: el material diventa rigid, cun i sò caden molecùlari imobilizà, rendend püsee dificil la liberaziun del stress.
Come savèm tüt:
Tensiun=Modul × Deformaziun
Tensiun interna final ≈ modul eficaz × (riduziun de induriment dopu la gellaziun + deformaziun termich de discordanza) − liberaziun de rilassament
La deformaziun de discordanza de calor pœu vèss facilment intesa cuma:
Deformaziun termich de discordanza ≈ (cueficient de espansiun termich del adesif − cueficient de espansiun termich del substrà) × diferenza de temperadüra eficas
Sultant la contrazion e la discordanza termega qe la se verifega despœ del pont de jel, moltiplicada per el modul qe l’aumenta continuamente, men la porzion liberada a travers el rilassament durant el process, la costituiss la tension interna neta final.
Chesta l’è anca la rason per cui el stress intern l’è dificil de stüdiar: el nass no bruscament en un sœul istant ma el se acümula gradualment durant i prucess de vulcanizaziun e de raffreddament. Durant tüt chestu prucess, el retrazion, la temperadüra, el modul e la capacità del material de liberar la tensiun subisen tüt di cambiament cuntinui.
03 Cuma caraterizar: prima mesurar el “resultà”, e dopu mesurar la “causa”.
Incœu l’è recognossuu che el stress intern nass no bruscament en un istant, ma puttòst se acümula gradualment durant i prucess de vulcanizaziun e rafredament.
Ogni parameter qì al cambia costantement : el tass de contrazion, la temperadura, el modul e anca la capacitaa del material de liberar la tension varien tuts.
Donca, la caraterizaziun del stress interno la pœu no fär afidament sultant sü un singul valur numerich; g’ha de afruntar cuntempuraneament dü dumandi:
Prim, che quantità de tensiun o deformaziun resta a la fin?
Segund, cuma se furmen chesti stress durant el prucess de cüra?
Quand se trata di metud de test, de solet pœden vèss dividù en dü categurì.
Una categuria cumporta la misuraziun diretta di resultà de tensiun o de deformaziun, menter l’oltra mesura i parameter intrinsech del materiai per stabilir mudei.
Categuria 1: Misuraziun diretta di resultà de tensiun o deformaziun
Chestu aprocc se cuncentra sü la determinaziun de la portada de la deformaziun o de la tensiun residua induuda in de la strütüra dopu che l’adesif s’è curà.
El metud püsee classich l’è l’aprocc de flessiun del fass a sbalz o bimaterial. L’adesif l’è aplicà a lami de metal suttil, wafer de silicio o olter materiai de substrà; durant la vulcanizaziun, el riduziun adesif fà piegà el substrà. Mesurand la cürvatüra en temp real e duperand un metud simil al equaziun de Stoney, se pœu calculà la tensiun media denter del strat adesif. Chestu aprocc ufriss i vantagg de vèss intuitif e ben stabilì, cunsentend la visualizaziun di cürvi che rapresentan cuma el stress varia cunt el temp de cüra.
G’he anca la tecnich de la reticul de Bragg en fibra (FBG). Incorporand fibre otige denter de un strat de jel, la tension denter del jel la pœl vesser mesurada in temp real. Chestu metud dà un riflèss püsee precis del stat intern del gel rispett sultant ai misuraziun de la deformaziun supercifial, anca se cumporta di cust püsee volt e una magiur dificultà operatif.
Monitoragg de la deformaziun de cüra en laminà cumpost duperand un sensur ottich distribuì (font del imagen)
Per i adesif trasparent, pœden vèss duperà anca metud de fotoelasticità o de birifringenza per osservar la distribuziun del stress travers de la birifringenza induuda del stress{0}}.
Ancamò, metud cuma la perforaziun, el campiunament del nucleo, la diffraziun di ragg X (XRD), la dispersiun di neutroni e l’analìs del spustament de Raman pœden vèss duperà anca en cundiziun specifich per mesurar la tensiun residua o la deformaziun indiretta.