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 Т_с - температура склеивания полимера;

Т_р - рабочая температура.

Для композиций на основе акриловых пластмасс (бутакрила и АСТ-Т) были определены следующие необходимые физические характеристики: 1/град, Т_с=70^о С, Е_П = 1,4*10⁹ Н/м²,

Для композиции на основе эпоксидной смолы ЭД-20 физические характеристики следующие: 1/град, Т_с = 70^о С, Е_П = 1,4*10⁹ Н/м²,

Внутренние “замороженные” напряжения в полимерном покрытии при температуре 20^о С составляют:

Гидроцилиндры с полимерными покрытиями по условиям работы могут находиться при температуре -60^о 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 -60^о С отслоения полимерного покрытия на основе акриловых или эпоксидных смол от поверхности металла не произойдет.