EoW July 2008

Техническая статья

происходит 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, отслаивание

контрольных испытаний и транспортной обработки.

E'

σ

Покрытие

Коэффициент

cav

(MPa)

(MPa)

σ

/E'

cav

A

0.37

0.95

2.6

3. Кавитационная

B

0.97

1.21

1.2

стойкость первичных покрытий

C

1.33

2.5

1.9

D

1.2

2.8

2.3

E

0.9

2.1

2.3

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. 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 3.1.2 Подготовка образца. Положение образца показано на рис. 8. Для

F

0.64

1.51

2.4

▲ ▲

Таблица

1.

Измеренные стойкости

показатели отдельных

кавитационной

первичных покрытий

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

▲ ▲

Рис.

9.

Пример

пустот

в

образце,

зафиксированных

камерой

(20-кратное

увеличение) напряжения

при

некотором

уровне

▼ ▼

Рис.

10.

График

зависимости

числа

зарегистрированных величины растягивающего напряжения в двух материалах покрытия пустот от

Напряже (MPa)

Число пустот

76

EuroWire – июль 2008 г.