78 / 104
EuroWire –
июль
2008
г.
76
Техническая статья
Покрытие
E'
σ
cav
Коэффициент
(MPa)
(MPa)
σ
cav
/E'
A
0.37
0.95
2.6
B
0.97
1.21
1.2
C
1.33
2.5
1.9
D
1.2
2.8
2.3
E
0.9
2.1
2.3
F
0.64
1.51
2.4
Таблица
1.
▲
▲
Измеренные
показатели
кавитационной
стойкости
отдельных
первичных покрытий
Рис.
9.
▲
▲
Пример
пустот
в
образце,
зафиксированных
камерой
(20-кратное
увеличение)
при
некотором
уровне
напряжения
Рис.
10.
▼
▼
График
зависимости
числа
зарегистрированных
пустот
от
величины
растягивающего напряжения в двух материалах
покрытия
происходит
отслаивание
покрытия,
нежели кавитация в нем. Причина этого
может заключаться в том, что небольшое
пятно отслаивания, формирующееся
в момент первоначального контакта,
распространяется вдоль волокна и
высвобождает растягивающее напряжение
в покрытии. При скоростях от средней до
высокой могут образовываться пустоты,
и (или) может происходить отслаивание
(см. рис. 7). Распространение пустот
ограничено боковыми участками с двух
сторон, что согласуется с теоретическими
расчетами.
Пустоты и отслаивания представляют
собой два встречно развивающихся
вида повреждений. Они могут возникать
отдельноилиодновременно,взависимости
от уровня адгезии и кавитационной
стойкости
конкретного
покрытия.
Уровень адгезии первичного покрытия к
стеклу должен соответствовать усилию,
необходимому для снятия верхнего слоя
при разделке. Высокая кавитационная
стойкость
всегда
желательна
для
первичного покрытия, так как она
помогает улучшить защищенность волокна
с покрытием. Следует, однако, помнить,
что любое волокно с покрытием получит
в конечном итоге повреждения в виде
отслаивания и (или) кавитации, когда
механическое воздействие увеличится
до определенного уровня. В то время
как температурное напряжение является
характернымсвойствомсамойконструкции
с двухслойным покрытием, механическое
напряжение происходит от внешних
источников. Следует избегать любого
воздействия аномальновысокогодавления
на волокна в процессе волочения, намотки,
контрольных испытаний и транспортной
обработки.
3. Кавитационная
стойкость первичных
покрытий
3.1 Испытание
на
кавитационную
стойкость
Физической сущностью кавитационной
стойкости, описанной в п. 2.1.2, является
достижение
критического
уровня
трехосного напряжения, при котором
материал начинает разрушаться. Для
измерения кавитационной стойкости
материала покрытия из отвержденной
пленки была разработана специальная
методика испытаний.
3.1.1 Измерительная установка.
В принципе
получить
трехосное
растягивающее
напряжение в материале покрытия
очень просто: надо увеличить объем
резиноподобного материала покрытия.
Покрытие отверждается и приклеивается
междудвумяплоскимипластинами,которые
затем разделяются в разрывной машине.
При управляемом увеличении расстояния
между двумя пластинами в покрытии
наводится трехосное растягивающее
напряжение. Установка спроектирована
таким образом, что толщина покрытия
составляет менее 5 % от величины
диаметра пластин. Ввиду того, что этот
очень тонкий слой покрытия находится
между поверхностями пластин, боковое
сжатие покрытия носит ограниченный
характер. Соответственно, трехосное
растягивающее напряжение создается
в материале покрытия равномерно. Для
того чтобы получить воспроизводимые
значения кавитационной стойкости, важно
провести юстировку установки, так как это
влияет на распределение напряжений в
образце. Кроме того, для того чтобы иметь
возможность изучить воспроизводимыми
методами процесс увеличения количества
пустот с ростом нагрузки, установка
должна обладать высокой жесткостью
(т.е. малой деформируемостью) с целью
минимизации накопления упругой энергии
в измерительной установке.
3.1.2 Подготовка образца. Положение
образца
показано
на
рис.
8.
Для
исключения возможности отслаивания
во время эксперимента поверхности
стеклянных пластин и кварцевых брусков
должны быть соответствующим образом
подготовлены. Сначала поверхностям была
придана шероховатость путем полировки
с
использованием
карборундового
порошка. Затем стеклянные и кварцевые
части были дочиста отожжены в печи при
температуре 600 ºC в течение одного часа,
а поверхности были промыты ацетоном
и просушены. После этого поверхности
были обработаны раствором усилителя
адгезии на основе силана – использовался
метакрилоксипропилтриметоксисилан
(A174 компании «Витко» (Witco)). Слой
силанабылподвергнут вулканизациипутем
помещения обработанных стеклянных или
кварцевых пластин в печь с температурой
90 ºC на 5-10 минут. После такой
предварительной обработки капля смолы
была нанесена на стеклянную поверхность
и накрыта кварцевым бруском. Толщина
полученной пленки устанавливалась
равной приблизительно 100 мкм, для
чего использовался микрометр с двумя
пластинами.
Образец
подвергался
отверждению дозой облучения, равной 1
Дж/см
2
, с использованием лампы Fusion
F600W UV-D.
3.1.3 Измерение кавитационной стойкости.
Образец был помещен в разрывную
машину (типа Zwick 1484). Скорость
растягивания
составляла
20
мкм/
мин. С начала эксперимента реакция
пленки записывалась на видеокамеру,
прикрепленнуюк микроскопу с 20-кратным
увеличением, которая также фиксировала
уровень напряжения, приложенного к
пленке. На рис. 9 показано изображение
образца с большим количеством уже
образовавшихся
пустот,
сделанное
видеокамерой. Число зафиксированных
на видеопленке пустот в функциональной
зависимости от приложенного напряжения
графически представлено на рис. 10.
Обнаружено, что уровни напряжений, при
которых наблюдалось образование первой
пустоты, были примерно одинаковыми для
различных материалов покрытий. Однако с
увеличением числа образовавшихся пустот
уровни напряжения для разных покрытий
начали явно различаться. При этом методе
испытаний в качестве репрезентативной
величины
кавитационной
стойкости
испытуемого покрытия было выбрано
значение напряжения, соответствующее
образованию 10 пустот. Например,
покрытиям, представленным на рис. 10,
были присвоены значения кавитационной
стойкости 0,96 МПа и 1,49 МПа,
соответственно.
3.2 Первичные покрытия с высокой
кавитационной стойкостью
Как обсуждалось в п. 2.1.2, кавитация в
покрытии происходит, когда трехосное
растягивающее напряжение превышает
уровень
кавитационной
стойкости
материала покрытия. Для того чтобы
уменьшить риск возникновения кавитации
в покрытии, существуют два эффективных
Число пустот
Напряже (MPa)