Қабатты қабыршақтану режимі және оның себептері

Кіріспе

Материалдың қабаттарға бөлінуінің салдарынан материалдың жарылуы

Деламинация – материалдың қабаттарға бөлінуінен туындайтын жарылу түрі. Ламинатталған композиттер мен бетон сияқты әртүрлі материалдардың бәрі деламинациядан зақымдануы мүмкін. Технологиялық өңдеулер материалдарда, мысалы, 3D-басылым арқылы алынған металдар мен пластиктерден жасалған болатта қабаттарды құруы мүмкін, бұл қабаттардың бөлінуіне алып келуі мүмкін. Сонымен қатар, бояулар мен пленкалар сияқты беттік жабындар жабысқан беттен ажырап, деламинацияға ұшырауы мүмкін. Ламинатталған композиттерде қабаттар арасындағы байланыс әдетте бірінші болып бұзылады, нәтижесінде қабаттардың бөлінуіне себеп болады. Мысалы, талшықты арматураланған пластиктерде жоғары беріктікке ие арматуралық қабаттар (мысалы, көміртекті талшық, шыны талшық) әлдеқайда нашар полимерлік матрицамен (мысалы, эпоксидті) біріктіріледі. Атап айтқанда, жоғары беріктікті қабаттарға перпендикуляр бағытталған жүктемелер мен серпіліс жүктемелері полимерлік матрицаның жарылуына немесе талшықты арматураның полимерден ажырауына әкелуі мүмкін. Деламинация металл арматурасының бетон бетіне жақын орналасқан жерде коррозияға ұшырағанда да пайда болады. Коррозияға ұшыраған металлдың көлемі ұлғаяды, бетонмен шектелгенде кернеу тудырады. Егер кернеу бетонның беріктігінен асып кетсе, жарықтар пайда болып, олар коррозияға ұшыраған арматурадан туындаған басқа жарықтармен бірігіп, бетке параллель жарық жазықтығын құрайды. Жарық жазықтығы қалыптасқаннан кейін бетонның беткі қабаты негізден бөлінеді. Технологиялық өңдеу материалдарда қабаттарды құруы мүмкін, олар деламинациядан зақымдануы мүмкін. Бетонды дұрыс өңдемеген жағдайда беті қабыршақтануы мүмкін. Егер бетон беті тегістелсе және бетонның астындағы қабатынан су мен ауа шығып тұрғанда тығыздалса, тығыз жоғарғы қабат су мен ауаның жоғары қарай қысымынан бөлінеді. Болатта, доңғалақтау процесі микроскопиялық түйіршіктерді жазық қабаттарда бағытталған кезде микроқұрылымды құруы мүмкін, бұл қабаттарға бөлінуге әкелуі мүмкін. Соқпалы сынақ (tap testing) ұяшықтық ядросы бар жапсырмалы композиттердегі үлкен ақауларды анықтауға өте қолайлы, ал жұқа ламинаттарда дыбыспен анықталмайтын кішірек ақаулар болуы мүмкін. Дыбысты пайдалану да субъективті және инспектордың есту қабілетіне, сондай-ақ оның шешіміне байланысты. Бөлшектің кез келген қасақана өзгерісі шығарылған дыбыстың тонын өзгертіп, тексеру нәтижесіне әсер етуі мүмкін. Мұндай өзгерістерге қабаттардың үстіне жабысуы, қабаттардың санының өзгеруі, ядроның тығыздығының өзгеруі (қолданылса) және геометрия кіруі мүмкін. Арматураланған бетонның зақымдалмаған аймақтары қатты дыбыс береді, ал деламинацияланған аймақтар қуыс дыбыс береді. Үлкен бетонды құрылымдарды тексеру үшін соққы беру немесе көпірлердің жабындары сияқты көлденең беттер үшін тізбекті сүйреу әдісі қолданылады. Суық климатты елдерде мұзды қорғау тұздары мен химиялық заттарды қолданатын көпірлердің жабындары деламинацияға жиі ұшырайды, сондықтан олар әдетте жыл сайын тізбекпен сүйреу арқылы тексеріледі және беткі қабаттары жөнделеді.

Delamination is a mode of failure where a material fractures into layers. A variety of materials, including laminate composites and concrete, can fail by delamination. Processing can create layers in materials, such as steel formed by rolling and plastics and metals from 3D printing which can fail from layer separation. Also, surface coatings, such as paints and films, can delaminate from the coated substrate. In laminated composites, the adhesion between layers often fails first, causing the layers to separate. For example, in fiber reinforced plastics, sheets of high strength reinforcement (e. g., carbon fiber, fiberglass) are bound together by a much weaker polymer matrix (e. g., epoxy). In particular, loads applied perpendicular to the high strength layers, and shear loads can cause the polymer matrix to fracture or the fiber reinforcement to debond from the polymer. Delamination also occurs in reinforced concrete when metal reinforcements near the surface corrode. The oxidized metal has a larger volume causing stresses when confined by the concrete. When the stresses exceed the strength of the concrete, cracks can form and spread to join with neighboring cracks caused by corroded rebar creating a fracture plane that runs parallel to the surface. Once the fracture plane has developed, the concrete at the surface can separate from the substrate. Processing can create layers in materials which can fail by delamination. In concrete, surfaces can flake off from improper finishing. If the surface is finished and densified by troweling while the underlying concrete is bleeding water and air, the dense top layer may separate from the water and air pushing upwards. In steels, rolling can create a microstructure when the microscopic grains are oriented in flat sheets which can fracture into layers. Tap testing is well suited for finding large defects in flat panel composites with a honeycomb core whereas thin laminates may have small defects that are not discernible by sound. Using sound is also subjective and dependent on the inspector's quality of hearing as well as judgement. Any intentional variations in the part may also change the pitch of the produced sound, influencing the inspection. Some of these variations include ply overlaps, ply count change gores, core density change (if used), and geometry. In reinforced concretes intact regions will sound solid whereas delaminated areas will sound hollow. Tap testing large concrete structures is carried about either with a hammer or with a chain dragging device for horizontal surfaces like bridge decks. Bridge decks in cold climate countries which use de icing salts and chemicals are commonly subject to delamination and as such are typically scheduled for annual inspection by chain dragging as well as subsequent patch repairs of the surface.

Қабатты ламинациядан шығару сынақтары

ASTM бояулардың жабысуын тексеруге арналған стандарттарды ұсынады, олар бояулар мен жабындардың негіздерден қабығынан айырылуға төзімділігін сапалық тұрғыдан бағалауға мүмкіндік береді. Тексерулерге кесіп сынау, сырып жабысу сынағы және тартып алу сынағы кіреді.

Жарық аралық сынықтардың беріктігін тексеру

Сындыру беріктігі – материалдың қасиеті, ол сыну мен қабаттан ажырауға қарсы тұруын сипаттайды. Ол сыни кернеу интенсивтігінің факторы немесе сыни деформациялық энергияның босату жылдамдығы арқылы белгіленеді. Бір бағытты талшықты күшейтілген полимерлік ламинатты композиттер үшін ASTM материалдың I режимдегі сыну беріктігін және II режимдегі сыну беріктігін анықтау стандарттарын ұсынады. Сынақтар кезінде жүктеме және ығысу талдау үшін тіркеледі, содан кейін сәйкестік әдісімен деформациялық энергияның босату жылдамдығы анықталады. Сәйкестік тұрғысынан, сәйкестік өзгерісі (құбылыстың қатынасы), үлгінің қалыңдығы және жарықшақтың ұзындығының өзгерісі арқылы беріледі.

I режимдегі аралық қабаттағы сынық беріктігі

ASTM D5528 I режимдегі қабаттар аралық сынық қатаңдығын анықтау үшін қос тіректің консольдік (DCB) үлгісінің геометриясын қолдануды белгілейді. Қабаттар аралық қисыру беріктігін өлшеу үшін бірнеше сынақ сұлбалары ұсынылған, оның ішінде қысқа сәулелі қисыру сынағы, Иосипеску сынағы, рельстік қисыру сынағы және асимметриялық төрт нүктелі иілу сынағы. Осы сынақтардың әрқайсысының мақсаты – сынамадағы қисыру кернеуінің созылу кернеуіне қатынасын барынша арттыру, талшықтардың созылуы немесе бүкілуі емес, талшық-матрица интерфейсінің қабаттасуы арқылы бұзуды ынталандыру. Текшелі құрама материалдардың ортотроптық симметриясы сынақ үлгілерінде таза қисыру кернеуін алуды қиындатады; жұқа цилиндрлі үлгілерді қолдануға болады, бірақ оларды жасау қымбатқа түседі. Сондықтан үлгі геометриясы өңдеудің қарапайымдығы және жүктеме кезінде кернеу күйін оңтайландыру үшін таңдалады. Дайын композиттерден, мысалы, шыны талшықтарымен күшейтілген полимерлерден басқа, қабаттар аралық қисыру беріктігі ағаш сияқты табиғи материалдар үшін де маңызды қасиет болып табылады. Мысалы, еден тақталарының ұзын, жұқа пішіні дірілдерге әкелетін деформацияны күшейтуі мүмкін.