Πειραματική μελέτη της δυθραυστότητας του συγκολλημένου με εποξική κόλλα αεροναυπηγικού θερμοσκληρυνόμενου συνθέτου υλικού AS4/8552.

Τα σύνθετα υλικά αποτελούν όλο και μεγαλύτερο τμήμα των αεροπορικών δομών, καθώς χαρακτηρίζονται από υψηλή αξιοπιστία και αναλογία ειδικής αντοχής/βάρους, ενώ η ανθεκτικότητα στη διάβρωση και στις καιρικές συνθήκες τα καθιστά ικανά να λειτουργούν στο απαιτητικό περιβάλλον της πτήσης. Τμήματα των πτερύγων όπως και καλύμματα κινητήρων κατασκευάζονται εξολοκλήρου από σύνθετα υλικά.  Ενώ μέχρι τώρα η συνένωση των τμημάτων από σύνθετα υλικά  γινόταν με ήλους, η χρήση κόλλας κερδίζει συνεχώς έδαφος στην εφαρμογή της, κάτι  που οδηγεί σε ανάγκη για έλεγχο της μηχανικής συμπεριφοράς των συγκολλημένων τμημάτων. Η συνεχιζόμενη ανάγκη για βελτίωση χαρακτηριστικών όπως η αντοχή, το μικρό βάρος, η ευκολία συγκόλλησης και το κόστος, οδηγούν στην μελέτη για ανάπτυξη νέων κολλών με ανώτερες μηχανικές ιδιότητες.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η σύγκριση της  κόλλας σύνθετων υλικών LMB, που
χρησιμοποιείται για την συνένωση του σύνθετου αεροναυπηγικού υλικού AS4/8552 έναντι της κόλλας Epibond 1590  που χρησιμοποιείται ευρέως μέχρι σήμερα. Μελετήθηκε για αυτό τον σκοπό η συμπεριφορά των δύο κολλών, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν για την συνένωση του παραπάνω υλικού, σε δοκιμές δυσθραυστότητας τύπου Ι (MODE I) και τύπου ΙΙ (MODE II).

Τα πειραματικά δοκίμια χωρίζονται σε 3 κατηγορίες: Σε δοκίμια αναφοράς, σε δοκίμια τα οποία έχουν υποστεί θερμική κατεργασία και σε δοκίμια που έχουν υποστεί γήρανση σε περιβάλλον υγρασίας. Οι δυο τελευταίες κατηγορίες δοκιμίων δημιουργήθηκαν ώστε να μελετηθεί η υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων της κόλλησης  σε σχέση με την κόλληση στα δοκίμια αναφοράς. Ακόμη χρησιμοποιήθηκαν δοκίμια δύο διαφορετικών παχών γραμμής συγκόλλησης ώστε να διαπιστωθεί πως το εν λόγω πάχος επηρεάζει την αντοχή των συγκολλημένων τμημάτων . Σε όλα τα δοκίμια υποκινήθηκε αρχική ρωγμή, ώστε να μελετηθεί εν συνεχεία η δυσθραυστότητα της κόλλας όσο η ρωγμή διαδίδεται.

Η πειραματική διαδικασία χωρίζεται σε τρία στάδια:

Αρχικά τα δοκίμια όλων των παραπάνω κατηγοριών εξετάστηκαν σε δοκιμές δυσθραυστότητας  τύπου Ι (MODE I). Στην συνέχεια δημιουργήθηκαν διαγράμματα φορτίου μετατόπισης, ώστε με κατάλληλο μαθηματικό τύπο να υπολογιστεί η ενέργεια δυσθραυστότητας GIc.

Στο δεύτερο στάδιο μελετήθηκε η επιφάνεια θραύσης  της συγκόλλησης ώστε να αξιολογηθεί ο τρόπος που η συγκόλληση αστόχησε. Αν δηλαδή παρατηρήθηκε ότι η ρωγμή προχωρά διαμέσου της κόλλας, (κάτι που δηλώνει ισχυρή συγκόλληση) ή αν η ρωγμή διαδόθηκε κατά μήκος της διεπιφάνειας του σύνθετου υλικού και της κόλλας.

Στο τρίτο στάδιο, μελετάται η αντοχή της κόλλας κάτω από διάτμηση σε δοκιμή δυσθραυστότητας MODE II. Τα δοκίμια αφού κόπηκαν στο επιθυμητό μήκος σύμφωνα με δοσμένες προδιαγραφές, αξιολογήθηκαν ως προς την ενέργεια δυσθραυστότητας GIIc. Δημιουργήθηκαν και εδώ διαγράμματα φορτίου-μετατόπισης, ώστε να υπολογιστεί σε ποιο σημείο παρατηρείται μια πτώση στην τιμή του φορτίου. Η πτώση αυτή σηματοδοτεί την έναρξη διάδοσης της ρωγμής. Στην συνέχεια με κατάλληλο μαθηματικό τύπο υπολογίστηκε η ενέργεια GIIc.

Τα συμπεράσματα που προέκυψαν μετά το πέρας της πειραματικής διαδικασίας είναι:

H αύξηση του πάχους της κόλλας έχει διαφορετική επίδραση στην ενέργεια δυσθραυστότητας των δυο κολλών, όπως υπολογίζεται από τη δοκιμή δυσθραυστότητας MODE I. Αυξάνεται στην περίπτωση της κόλλας αναφοράς ενώ μειώνεται στην περίπτωση της κόλλας LMB.  

Η θερμική κατεργασία των δοκιμίων οδηγεί σε μείωση της ενέργειας δυσθραυστότητας, με πιο σημαντική μείωση να παρατηρείται στην κόλλα LMB. Αυτό είναι αναμενόμενο καθώς οι ιδιότητες της κόλλας υποβαθμίζονται αν έχει  υποστεί  κάποιου είδους κατεργασία.

Στο σύνολο σχεδόν των δοκιμίων παρατηρήθηκε μετά το πέρας της πειραματικής διαδικασίας αστοχία στην κόλληση (Adhesive failure). Συνήθως η κόλλα βρίσκεται κατά το μεγαλύτερο μέρος της σε ένα από τα δύο φύλλα σύνθετου υλικού. Όταν εξετάζονται τα δοκίμια LMB, παρουσιάζεται μια λεία επιφάνεια του στρώματος της κόλλας. Στα δοκίμια κολλημένα με κόλλα αναφοράς Epibond 1590 η κόλλα παρατηρείται και στα δύο φύλλα ενώ εμφανίζεται μια τραχιά όψη στην επιφάνεια της κόλλας κατά την αποκόλληση.

Στις δοκιμές δυσθραυστότητας  MODE II παρατηρείται ότι η κόλλα LMB και στα δύο πάχη σημειώνει υψηλότερες τιμές  δυσθραυστότητας. Η μεγάλη αυτή διαφορά δείχνει την υπεροχή της κόλλας LMB κάτω από διάτμηση σε σχέση με την κόλλα αναφοράς. Η υψηλότερη γενικά τιμή ενέργειας δυσθραυστότητας συγκριτικά με την κόλλα αναφοράς σημειώνεται σε όλες τις κατηγορίες δοκιμίων.

Όπως και στη δοκιμή δυσθραυστότητας MODE I, παρατηρείται ότι στα θερμικά κατεργασμένα δοκίμια η κατεργασία αυτή έχει επιφέρει μείωση στις τιμές της ενέργειας GIIc. Η ίδια συμπεριφορά παρατηρείται και στα γηρασμένα δοκίμια με εξαίρεση τα δοκίμια του λεπτού πάχους της κόλλας αναφοράς .

Ένα γενικό συμπέρασμα που προκύπτει από της δυο δοκιμές δυσθραυστότητας είναι ότι η νέα κόλλα LMB παρουσιάζει καλύτερες μηχανικές ιδιότητες έναντι της κόλλας αναφοράς για την περίπτωση που το φιλμ της κόλλας είναι 0,5 mm.

Και στην περίπτωση που το στρώμα κόλλας είναι 1,5 mm ενώ παρουσιάζει υπεροχή μελετώντας την ως προς διατμητική της αντοχή (δοκιμή τύπου MODE II), δείχνει ωστόσο υποβαθμισμένη συμπροφορά στην δοκιμή τύπου MODE I.

This entry was posted in Μηχανική and tagged , , , , , , . Bookmark the permalink.

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *