Rok Akademicki 1994/95	LABORATORIUM INŻ. MATERIAŁÓW
Nr Ćwiczenia 2,3,6	Połączone sprawozdanie z ćwiczeń o tematach: 1. Klejenie różnych materiałów za pomocą duroplastów chemoutwardzalnych. 2. Formowanie przez laminowanie tworzyw sztucznych. 3. Pomiary wytrzymałości sklein oraz wytrzymałość na rozciąganie próbek z laminatu.
Wydział: Mechaniczny Kierunek: I.Z.K. Grupa: 6.2.2	Artur Grynkiewicz Krzysztof Bryła Adam Szpak Dariusz Karaś
Data	Ocena		Data zaliczenia ćwiczenia	Podpis
1995.05.11

CZĘŚĆ TEORETYCZNA ĆWICZENIA NR 2.

Sam proces klejenia polega na tym, że między łączone materiały o przylegających do siebie powierzchniach nanosi się warstwę kleju, który przechodzi ze stanu ciekłego w stan stały, powodując połączenie klejonych powierzchni w trwały sposób.

Ważnym zagadnieniem w procesie klejenia jest przyczepność kleju do klejonego materiału. Przyczepność taka następuje w wyniku oddziaływań międzycząsteczkowych, a nawet międzyatomowych kleju na powierzchnię łączonych substancji. W procesie adhezji właściwej największe znaczenie mają oddziaływania elektrostatyczne, dlatego materiały wykazujące polarność łączymy klejami polarnymi.
Im mniejsza lepkość kleju, tym łatwiej następuje zorientowanie grup polarnych związków chemicznych, które są składnikami kleju, w kierunku powierzchni klejonej
(cząsteczki kleju posiadają wówczas większą ruchliwość)

Wpływ na przyczepność ma również dyfuzja cząstek kleju w nierównościach sklejanych powierzchni. Jest to adhezja mechaniczna.
Aby zwiększyć przyczepność kleju do powierzchni łączonego materiału można aktywować łączone powierzchnie. Aktywowanie następuje w wyniku np.: ogrzewania, chemicznego utleniania lub napromieniowania. Jakość uzyskanej spoiny zależy także od spójności, czyli więzi między cząsteczkami wewnątrz skleiny. Zjawisko to nazywamy Kohezją.

Wartość kohezji wzrasta ze wzrostem ciężaru cząsteczkowego związków, które są składnikami kleju.

Skleiny z klejów termoutwardzalnych posiadają większą spójność niż skleiny utworzone z klejów termoplastycznych. Jest to spowodowane tym, że skleiny z klejów termoutwardzalnych posiadają budowę przestrzenną. Najlepszymi substancjami klejącymi są związki wielkocząsteczkowe, w cząsteczkach których występują silne grupy polarne.

Kleje sporządzane z substancji nie zawierających grup polarnych(polietylen, poliizobutylen) wykazują małą przyczepność, która jest wywoływana tylko siłami indukcyjnymi oddziaływań międzycząsteczkowych. Termoplasty skleja się często za pomocą rozpuszczalników lub monomerów.

Klejenie możemy podzielić na:

- termoplastyczne

- utwardzalne

- mieszane

Zestalanie klejów termoplastycznych następuje wskutek topnienia (gdy temperatura ich powierzchni w miejscu klejenia przekracza temperaturę topnienia ) lub wskutek odparowania rozpuszczalnika lub rozcieńczalnika w temperaturze normalnej bądź podwyższonej.

Zestalenie klejów utwardzalnych następuje w wyniku polimeryzacji, polikondensacji, poliaddycji lub wulkanizacji.

Kleje utwardzalne można podzielić na dwa rodzaje:

- które po utwardzeniu są zupełnie sztywne i kruche

- które po utwardzeniu wykazują pewną ciągliwość.

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA ĆWICZENIA NR 2.

Podczas zajęć mieliśmy zadanie skleić trzy materiały:

- stal
- aluminium
- drewno sosnowe

Rodzaj skleiny - zakładkowa prosta.

Kompozycja klejowa:

3g - żywicy epoksydowej EPIDIAN 51, oraz 300g - utwardzacza Z-1.

Przed klejeniem należy wcześniej próbki przygotować tj. oczyścić papierem ściernym, aby klej mógł wniknąć w strukturę materiału nie dotyczy to drewna,

CZĘŚĆ TEORETYCZNA DO ĆWICZENIA NR 3.

Ćwiczenie, które będziemy wykonywać ma na celu zaznajomienie nas z technologią wytwarzania płaszczyzn laminatów warstwowych. Wspomniany laminat jest tworzywem wielowarstwowym otrzymywanym w wyniku stopniowego nakładania
na podłoże warstw scalonego tworzywa charakteryzującego się przyczepnością
i zestalającego się podczas procesu. Jest to kilka warstw nośnika nasyconego tworzywem. Najczęściej stosowane żywice to płynne żywice chemoutwardzalne
i nośniki szklane w postaci mat, tkanin i włókien. Na skalę przemysłową stosuje się żywice poliestrowe i epoksydowe, te pierwsze ze względu na niską cenę, te drugie ze względu na lepsze własności wytrzymałościowe.
Ilość użytego nośnika decyduje w dużym stopniu o własnościach mechanicznych laminatu, w przypadku gdy jest to nośnik szklany, wytrzymałość zależeć będzie od zawartości szkła, rodzaju i orientacji włókna szklanego.

Proces nakładania może być przeprowadzony na kilka sposobów : ręcznie, mechanicznie, metodą maty powierzchniowej. Nośnik nasycany jest płynną żywicą przed ułożeniem w formie lub w czasie samego procesu. Zestalenie żywicy następuje w temperaturze otoczenia. Możliwe jest również układanie w formie tworzywa wykazującego zdolność do sklejania się w temperaturze otoczenia, zestalonego wcześniej w postaci plastyfikatu, odcinków folii itp.
Metody nakładania:
- ręczne - stosuje się wyłącznie żywice chemoutwardzalne, formy użyte do
nakładania mogą mieć postać stempla lub matrycy, wyboru dokonujemy na
podstawie pożądanej gładkości wewnętrznej lub zewnętrznej powierzchni
kształtki.

- mechaniczne - stosowane do wyrobu płyt płaskich lub falistych, polegające na
przeciąganiu wstęg tkaniny i maty szklanej, odwijanych ze zwoju przez wanny
zawierające żywice poliestrowe. Tak nasycone wstęgi przepuszcza się między
ściskającymi wałami w celu usunięcia powietrza i nadmiaru żywicy.
Scalone warstwy tworzywa można przepuścić przez piec o temperaturze
wnętrza ok. 373 K, w celu utwardzenia żywicy.

- metoda maty powierzchniowej - do pokrytej warstwą środka rozdzielającego
formy, nanosi się cienką warstwę żywicy, nakłada matę i w celu przesycenia
maty żywicą przesuwa się po niej rolkę. Następnie nakłada się jedną lub dwie
warstwy maty i jedną warstwę tkaniny. Po zżelowaniu kształtkę wyjmuje się z
formy i pokrywa lakierem lub emalią. Jej powierzchnia licowa odporna jest na
uderzenia.

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA DO ĆWICZENIA NR 3.

Wycinamy trzy paski nośnika z bibuły filtracyjnej o wymiarach 10x15.
W międzyczasie rozrabiamy kompozycję klejową do nasycenia nośnika.
Jest to:

- 10g - żywicy EPIDIAN 51
- utwardzacz w stosunku 11:1

Na każdą z klejonych warstw wylewamy kompozycję klejową i równomiernie rozprowadzamy po całej powierzchni. Po pokryciu warstw układamy je jedna na drugiej, przykrywamy folią polistyrenową i prasujemy wałkiem, aby wszelkie nadmierne ilości kleju wycisnąć z pomiędzy nośnika. Tak wyprasowany materiał pozostawiamy do wyschnięcia.

CZĘŚĆ TEORETYCZNA ĆWICZENIA NR 6.

Ćwiczenie ma na celu wyznaczenie wytrzymałości próbek na rozciąganie.
Wytrzymałość ta jest to maksymalne naprężenie jakie tworzywo przenosi podczas statycznego, krótkotrwałego rozciągania. Oblicza się ją ze wzoru:

P_r - maksymalna siła odkształcająca, N
A_o - powierzchnia początkowego przekroju poprzecznego odcinka pomiarowego, m² .
Na wyniki badań duży wpływ ma szereg czynników:

- sposób przygotowania próbek,
- kształt i wielkość próbek,
- temperatura i wilgotność względna otoczenia,
- czas trwania próby.
Należy więc zadbać o to, aby utrzymać je na stałym poziomie.
Do badania naprężeń powstających podczas rozciągania stosuje się maszyny zwane zrywarkami, umożliwiające również pomiar drugiego parametru jakim są odkształcenia.

Przebieg pomiarów:

- laminaty:
Przygotowaną próbkę mierzymy długość początkową, grubość i szerokość próbki.

- skleiny:
Przygotowane wcześniej skleiny poddajemy działaniu siły rozciągającej ówcześniej zmierzywszy szerokość i długość skleiny.

R - wytrzymałość na rozciąganie (N/m²)

F_s - siła niszcząca złącze (N)

b_s - szerokość skleiny (m)

l_s - długość skleiny (m)

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA DO ĆWICZENIA 6.

Rodzaj materiału	rodzaj sklein	szerokość	długość	wartość siły rozrywającej
	-	[mm]	[mm]	[kG]	[N]
drewno	zakł.prosty	29,5	51,4	180	1800
aluminium	zakł.prosty	35,6	53,6	470	4700
stal	zakł.prosty	35,5	54,4	550	5500

Następnie znając wartość siły rozrywającej przystąpiliśmy do obliczania wytrzymałości na rozciąganie ze wzoru:

R - wytrzymałość na rozciąganie (N/m²)

F_s - siła niszcząca złącze (N)

b_s - szerokość skleiny (m)

l_s - długość skleiny (m)

Lp.	Rodzaj materiału	F	R
		[N]	[MPa]
1	drewno	1800	1,187
2	aluminium	4700	2,463
3	stal	5500	2,848

Nr próbki	l0	l	szerokość	grubość	wartość siły zrywającej
	[mm]	[mm]	[mm]	[mm]	[kG]	[N]
1	70	72	10,8	0,6	28,5	285
2	70	71	11	0,5	28	280
3	70	71,1	10,9	0,5	29	290

Znając wartośći sił i długość próbki po zerwaniu, dla laminatów obliczamy wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie względne dla wszystkich próbek:

gdzie:
σ_r - naprężenie zrywające [Pa]
ε_r - wydłużenie bezwzględne [%]
F - wartość siły zrywającej [N]
A - pole przekroju poprzecznego próbki [m²]
l₀ - długość próbki przed badaniem [m]
l - długość próbki po badaniu [m]
Δl - wydłużenie bezwzględne [m]

Lp.	Δl	εr	F	σr
	[mm]	[%]	[N]	[MPa]
1	2	2,86	285	44
2	1	1,43	280	51
3	1,1	1,57	290	53

Wnioski:
Na podstawie przeprowadzonych badań możemy stwierdzić, że wytrzymałość sklein: drewna, aluminium i stali, była rzędu 2 ÷ 3 , nie możemy jednak równorzędnie potraktować otrzymanych wyników, ponieważ skleina aluminium wytrzymała, natomiast sam materiał pękł, zaś skleina stali wytrzymała pierwszą próbę siły o wartości ok. 5kN i dopiero przy drugiej próbie doszło do rozdzielenia skleiny. Świadczy to o jakości wykonanej przez nas kompozycji. W przypadku lalminatów, otrzymane wartości naprężeń były wyrównane średnio ok. 50 .
Nie możemy porównywać ich z „wynikami sklein”, ponieważ tu mieliśmy do czynienia z jednorodnym tworzywem.

---