Влияние материала и состояния поверхностей на адгезионную прочность клеевого соединения при сдвиге

Клеевые соединения находят широкое применение в машиностроении при использовании композитных конструкций и полимерных покрытий. Это позволяет уменьшить массу конструкции и увеличить ее коррозионную стойкость. Важнейшим показателем работы клеевого соединения является адгезионная прочность. Теоретические решения определения адгезионной прочности такого соединения отсутствуют. Экспериментальным путем исследована прочность клеевого соединения на сдвиг. Сделано предположение о том, что основными факторами, влияющими на прочность, являются материалы склеиваемых поверхностей и их физическо-механическое состояние. В качестве армирующего материала и материала основы выбраны стеклоткань и сталь соответственно. Поверхности подвергали токарной обработке, грунтовке, обработке наждачной бумагой и химической обработке. Получены зависимости адгезионной прочности клеевого соединения от толщины полимерного слоя и шероховатости поверхности для двух видов клеевых композиций. Показано, что адгезионная прочность возрастает с увеличением шероховатости поверхности. Установлено, что при нанесении грунтов на поверхности прочность клеевого соединения на сдвиг снижается, а после химической обработки поверхности раствором кислоты — повышается.

Литература

[1] Петрова А.П., Лукина Н.Ф., Исаев А.Ю. Пути повышения эластических характеристик эпоксидных клеев и работоспособности клеевых соединений на их основе. Клеи. Герметики. Технологии, 2020, № 5, с. 14–19.

[2] Данилов А.И., Калугин И.А. Усиление элементов стальных конструкций с применением клеевых соединений. Инженерный вестник Дона, 2021, № 2, с. 364–370.

[3] Игнатов А.В., Винокурова М.Э. Инновационный метод сборки регулируемых цилиндрических клеевых соединений. Сборка в машиностроении, приборостроении, 2017, № 6, с. 250–256.

[4] Reis J.M.L., Menezes E.M., da Costa Mattos H.S. et al. Strength of dissimilar adhesively bonded DCB joints and its connection with the failure pressure of composite repair systems. Compos. Struct., 2023, vol. 304–2, art. 116441, doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.116441

[5] Ascione F., Granata L. Mechanical models for predicting the strength and stiffness of a beam-to-column adhesively-bonded connection between pultruded profiles. Structures, 2022, vol. 43, pp. 493–507, doi: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2022.06.063

[6] Куреннов С.С., Кошевой А.Г., Поляков А.Г. Распределение напряжений по толщине многослойного композита в клеевом соединении. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, 2015, № 2, с. 10–15.

[7] Демешкин А.Г., Корнев В.М., Астапов Н.С. Прочность клееного композита при наличии трещиноподобных дефектов. Механика композиционных материалов и конструкций, 2013, т. 19, № 3, с. 445–458.

[8] Benelli A., Ciardiello R., Boursier Niutta C. et al. Experimental and numerical characterization of adhesive joints with composite substrates by means of the Arcan test. Int. J. Adhes. Adhes., 2023, vol. 122, art. 103321, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2022.103321

[9] Larson R., Bergan A., Leone F. et al. Influence of stochastic adhesive porosity and material variability on failure behavior of adhesively bonded composite sandwich joints. Compos. Struct., 2023, vol. 306, art. 116608, doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.116608

[10] Михальченков А.М., Козарез И.В., Феськов С.А. и др. Методика определения адгезионной прочности полимерных самотвердеющих композиционных материалов и клеевых соединений. Упрочняющие технологии и покрытия, 2021, т. 17, № 4, с. 181–183.

[11] Корягин С.И., Буйлов С.В., Великанов Н.Л. и др. Расчетно-экспериментальная методика оценки трещиностойкости клеевых соединений. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2016, № 7, с. 11–18, doi: https://doi.org/10.18698/0536-1044-2016-7-11-18

[12] Стукач А.В., Динцер А.И. Исследование адгезионной прочности полимеров. Труды Крыловского государственного научного центра, 2021, № S1, с. 338–340.

[13] Fukui N., Okunishi N., Hara N. et al. Atomistic investigation on adhesive strength of coupling agents to aluminum. Int. J. Mech. Sci., 2023, vol. 246, art. 108150, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2023.108150

[14] Marchione F. Simplified static shear strength prediction model for adhesively bonded joints assembled with brittle adhesives. Mech. Res. Commun., 2022, vol. 127, art. 104022, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechrescom.2022.104022

[15] Рогов В.А., Горбани С. Применение метода Тагути для оптимизации вибрации и шероховатости обрабатываемой поверхности при механической обработке. Технология машиностроения, 2016, № 6, с. 11–20.

[16] Гречишников В.А., Пивкин П.М. Моделирование формирования шероховатости поверхности изделия в зависимости от параметров режущего инструмента и формы образующей детали при механической обработке. Вестник МГТУ Станкин, 2014, № 4, с. 59–66.

[17] Fomin A.A., Gusev V.G., Timerbaev N.F. The processing of the profile surface of the work-pieces, characterized by low rigidity. Solid State Phenom., 2020, vol. 299, pp. 852–860, doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.299.852

[18] Vasilev V.I., Ovsyannikov V.E., Ziganshin R.A. et al. Peculiar features of formation of surface roughness profile upon mechanical processing of iron parts of handling machines after diffusion alloying. IJMET, 2018, vol. 9, no. 3, pp. 1061–1067.

[19] Сибилева С.В., Каримова С.А. Обработка поверхности титановых сплавов для обеспечения адгезионных свойств (обзор). Авиационные материалы и технологии, 2013, № S2, с. 25–35.

[20] Baldan A. Adhesively-bonded joints and repairs in metallic alloys, polymers and composite materials: adhesives, adhesion theories and surface pretreatment. J. Mater. Sci., 2004, vol. 39, no. 1, pp. 1–49, doi: https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000007726.58758.e4

[21] Петрова А.П., Кузнецова В.А., Лукина Н.Ф. и др. Влияние антикоррозионной грунтовки на свойства клеевых соединений, выполненных с применением кремнийорганического клея-герметика. Труды ВИАМ, 2020, № 10, с. 13–20, doi: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-10-13-20

[22] Rudawska A., Elżbieta Bociąga E., Olewnik-Kruszkowska E. The effect of primers on adhesive properties and strength of adhesive joints made with polyurethane adhesives. J. Adhes. Sci. Technol., 2017, vol. 31, no. 3, pp. 327–344, doi: https://doi.org/10.1080/01694243.2016.1215013

[23] Вартанов М.В., Власов А.И. Влияние толщины клеевой прослойки на прочность соединений кузовных панелей автомобилей. Сборка в машиностроении, приборостроении, 2008, № 12, с. 21–23.

[24] Kostin V., Nasonov F., Zinin A. Influence of adhesive bond line thickness on joint strength of composite aircraft structures. J. Phys.: Conf. Ser., 2021, vol. 1925, art. 012070, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1925/1/012070