Прочность адгезии и внутренние напряжения в полимерных покрытиях. Надежность работы гидроцилиндров с полимерными покрытиями определяется главным образом прочностью адгезии пластмассы к поверхности металла, т.е. прочность адгезии должна быть значительно выше всех возможных внутренних напряжений, возникающих в полимерном покрытии.
Это условие может быть представлено выражением , 4.9. где - величина прочности адгезии к поверхности металла - суммарные напряжения в слое полимерного покрытия.
Напряжения, возникающие в слое полимерного покрытия, могут быть представлены выражением , 4.10. где - усадочные напряжения, возникающие вследствие химической усадки полимера - термические напряжения, возникающие вследствие разности коэффициентов линейного расширения металла и пластмассы при температурных перепадах - рабочие напряжения, возникающие от давления рабочей среды.
Таким образом, при нанесении полимерного покрытия на поверхности цилиндров необходима количественная оценка прочности адгезии данного полимера к поверхности металла и всех возможных внутренних напряжений, возникающих в полимерном покрытии, действующих против сил адгезии. Это позволяет определить надежность соединения полимера с металлом и работоспособность металлопластмассового изделия в целом. Прочность адгезии полимерных композиций на основе акриловых и эпоксидных смол к поверхности металлов определяли следующим образом.
Цилиндрические образцы, состоящие из двух половин, были склеены исследуемой полимерной композицией в специальной обойме, обеспечивающей их соосность. Склеенные образцы закрепляли в зажимах разрывной машины и разрушали клеевое соединение с фиксированием максимальной нагрузки. Для каждого варианта испытывали 50 склеенных образцов. Прочность адгезионного соединения определяли по формуле , 4.11. где P - разрушающая нагрузка, Н F - площадь образца, м2 . Прочность адгезии композиций на основе пластмассы бутакрил к поверхности стали составляет 20 МПа, прочность адгезии композиции на основе пластмассы АСТ-Т - 19,3 МПа, прочность адгезии композиции на основе эпоксидной смолы ЭД-20 - 18,6-23,0 МПа. Как показали исследования, наибольшими по величине и соответственно наиболее опасными являются термические напряжения, возникающие вследствие разности коэффициентов линейного расширения полимера и металла.
Такие напряжения могут быть определены расчетным путем по формуле , МПа. 4.12. Здесь - коэффициент линейного расширения полимера, 1 град - то же металла, 1 град Т - перепад температуры, К - модуль упругости полимера, Н м2 - коэффициент Пуассона полимера , 4.13. где Тс - температура склеивания полимера Тр - рабочая температура.
Для композиций на основе акриловых пластмасс бутакрила и АСТ-Т были определены следующие необходимые физические характеристики 1 град, Тс 70о С, ЕП 1,4 109 Н м2, Для композиции на основе эпоксидной смолы ЭД-20 физические характеристики следующие 1 град, Тс 70о С, ЕП 1,4 109 Н м2, Внутренние замороженные напряжения в полимерном покрытии при температуре 20о С составляют Гидроцилиндры с полимерными покрытиями по условиям работы могут находиться при температуре -60о С. Внутренние напряжения в полимерных покрытиях при этом будут составлять Надежность адгезионного соединения полимерного покрытия с металлом будет обеспечена при выполнении соотношения 4.14. В случае применения композиций на основе акриловых и эпоксидных смол имеем следующие данные 19,3 МПа 7 МПа 18,0 МПа 18,6 МПа 7 МПа 18,0 МПа, т.е. при температуре -60о С отслоения полимерного покрытия на основе акриловых или эпоксидных смол от поверхности металла не произойдет. 4.5.