Các phương pháp xác định độ bền liên kết dán có thể chia làm hai nhóm lớn: phương pháp phá hủy và phương pháp không phá hủy.
a) Phương pháp phá hủy
Các phương pháp phá hủy bao gồm việc thử nghiệm các tính chất cơ học, tính chịu nhiệt, bền lâu v.v… mà trong đó xảy ra sự phá hủy liên kết dán. Chúng gồm các nhóm sau :
- Phương pháp tách không đồng đều. - Phương pháp tách đồng đều.
- Phương pháp thử trượt, thường chia ra trượt khi kéo, khi nén và khi quay.
Ngoài ra còn có các phương pháp thử độ bền lâu (tĩnh và động), độ rão cũng như các phương pháp riêng để thử liên kết có dạng hình học đặc biệt như hình trụ hoặc ống rỗng v.v…
* Phương pháp tách không đồng đều
Một đặc điểm chung của các phương pháp thuộc nhóm này là lực tác dụng (gây phá hủy) được đặt lệch tâm và do đó tác dụng vào một phía của liên kết mạnh hơn phía kia. Để thử độ bền của liên kết dán các vật liệu cứng.
Khi áp dụng các phương pháp này, trong liên kết xuất hiện trạng thái ứng suất phức tạp. Giá trị cuối cùng của độ bền phụ thuộc kích thước liên kết, tính chất cơ học của vật liệu được dán và keo(chủ yếu là môđun đàn hồi và các đặc trưng kết dính nội) cũng như độ bền kết dính ngoại keo – chất nền. Giá trị độ bền xác định bằng các phương pháp này thường nhỏ hơn so với phương pháp tách đồng đều hoặc thử trượt.
Trong những liên kết mà một trong hai vật liệu được dán có tính mềm cao hoặc dẻo thì khi thử nghiệm vật liệu này sẽ bị bóc khỏi nền cứng (vật liệu được dán thứ hai). Khi đó, góc hình thành giữa hướng bóc vật liệu mềm và nền cứng (góc kéo bóc) rất quan trọng: góc này càng nhỏ thì độ bền liên kết càng lớn. Nếu góc kéo bằng 00 thì liên kết chuyển sang kéo trượt (xem phần các phương pháp thử trượt). Trong hình 3.6 trình bày sơ đồ phương pháp thử kéo bóc (a – d – kéo bóc vật liệu mềm khỏi nền cứng; e – kéo bóc hai vật liệu mềm).
Nếu độ bền của một trong hai vật liệu nền nhỏ hơn độ bền của bản thân mối dán thì sự phá hủy sẽ xảy ra trên chất nền đó và việc thử nghiệm mối dán không có kết quả. Khi đó cần gia cường vật liệu nền kém bền hơn bằng phương pháp thích hợp. Một số phương pháp trình bày trong hình 3.6 đã được tiêu chuẩn hóa.
* Phương pháp tách đồng đều
Khác với phương pháp tách không đồng đều, trong phương pháp tách đồng đều người ta xác định lực phá hủy tác động đồng thời lên toàn bộ diện tích dán. Trong phương pháp tách không đồng đều, góc giữa lực tác dụng và bề mặt liên kết có thể thay đổi từ 0 đến 180 độ, còn trong phương pháp tách đồng đều góc này luôn luôn là 90 độ.
Thông thường, các bộ phận được dán thường có thiết diện tròn hoặc vuông. Các vật liệu được dán và thử nghiệm bằng phương pháp tách đồng đều có thể là kim loại, gỗ, da, chất dẻo v.v… Ta có thể thử độ bền của liên kết hai vật liệu hoặc nhiều vật liệu khác nhau. Trong trường hợp bản thân vật liệu được dán có độ bền nhỏ (như gỗ chẳng hạn), có thể dùng liên kết với thiết diện thay đổi. Nhờ diện tích dán khá nhỏ, độ bền liên kết sẽ không lớn nên tránh được khả năng phá hủy bản thân vật liệu được dán.
Cần lưu ý rằng trong quá trình thử độ bền liên kết bằng phương pháp tách đồng đều, trong lớp keo vẫn có thể xuất hiện ứng suất trượt. Ngoài ra còn có nguy cơ lực kéo không được đặt đúng theo trục của liên kết và do đó ứng suất sẽ không vuông góc với mặt phẳng liên kết.
* Các phương pháp thử trượt
Có khá nhiều phương pháp thử trượt trong đó ứng suất phá hủy được hướng song song với bề mặt dán. Các ứng suất này có thể được tạo ra ở các chế độ tải trọng kéo, nén hoặc xoắn.
Các phương pháp thử trượt thường được áp dụng cho các vật liệu nền cứng. Theo một số tiêu chuẩn, các phương pháp này không áp dụng cho vật liệu nền có tính mềm cao như cao su, chất dẻo. Lý do là khi dán chồng các vật liệu này có thể xuất hiện các ứng suất bóc do sự biến dạng của nền. Để tránh hiện tượng này, việc thử nghiệm cần được tiến hành trên các liên kết mà trong đó biến dạng của nền bị loại trừ.
Trên thực tế, bên cạnh ứng suất trượt thường kèm theo cả ứng suất bóc, ứng suất trượt thuần túy chỉ xuất hiện khi xoắn liên kết ống nối đầu hoặc trụ nối đầu (Hình 3.8, k, n). Ngoài ra, để có kết quả chính xác cần đảm bảo độ dày lớp keo chính xác.
Phương pháp thử trượt được tiêu chuẩn hóa ở hầu như tất cả các nước. Một số phương pháp thử còn đòi hỏi thiết bị tương ứng để có thể đạt các kết quả chính xác, lặp lại và có thể so sánh được.
* Phương pháp thử mỏi
Thử mỏi cũng là một trong những phương pháp thử phá hủy. Kết quả thử mỏi cho biết khả năng của liên kết chống lại tác động của tải trọng động. Tải trọng động được đặt vào mẫu với chu kỳ và biên độ nhất định (có thể từ 1 đến 5000 dao động trong một giây và cường độ 103 – 108 Pa) và có hướng tác dụng song song hoặc vuông góc với mặt phẳng liên kết.
Kết quả thử được biểu thị bằng đơn vị thời gian, nghĩa là số chu kỳ tác động cho đến khi mẫu bị phá hủy trong điều kiện thử nghiệm cho trước. Mẫu thử mỏi cũng tương tự mẫu thử ở trạng thái tĩnh.
b) Phương pháp thử không phá hủy
Các phương pháp thử không phá hủy dựa trên việc sử dụng tia phóng xạ, cộng hưởng âm và siêu âm, bức xạ điện từ, tia hồng ngoại, laser, đo các tính chất vật lý như điện trở, độ dẫn nhiệt v.v…
Khi sử dụng phương pháp thử không phá hủy thường phải xác định mối tương quan giữa độ bền của liên kết và một số tính chất của liên kết đó. Mối tương quan này càng chính xác thì hiệu quả của phương pháp được sử dụng càng cao.
Trong công nghiệp các tính chất sau thường được đánh giá bằng phương pháp thử không phá hủy.
- Độ sạch dầu mỡ và các chất bẩn khác của bề mặt (bằng cách đo góc tiếp xúc, năng lượng bức xạ điện tử v.v…).
- Bản chất và độ dày lớp oxyt.
- Tính chất và độ gồ ghề của lớp oxyt.
Các tính chất trên rất quan trọng để tạo nên một liên kết dán chất lượng cao. Nếu đạt được các tính chất tối ưu của bề mặt ta sẽ có một liên kết chắc chắn. Ngoài ra, các tính chất của bản thân keo cũng như độ dày và đồng đều của lớp keo cũng rất quan trọng. Các thông số này được đánh giá bằng nhiều cách như : đo độ dẫn điện và dẫn nhiệt của keo, đo cường độ tia phóng xạ xuyên qua hoặc độ lan truyền của sóng âm v.v… Các phương pháp này cũng có thể được sử dụng để đánh giá tính chất vật liệu nền.
Việc áp dụng phương pháp thử không phá hủy có nhiều ưu việt cả về kinh tế và công nghệ. Tuy vậy, nó đòi hỏi công tác chuẩn bị rất kỹ lưỡng bao gồm : xác định tính khả thi của một phương pháp được chọn và sự phù hợp của nó với các đặc trưng cụ thể của liên kết, lựa chọn thông số cần đánh giá, chuẩn bị mẫu chuẩn để so sánh v.v…
Các phương pháp thử không phá hủy có thể hạn chế một số nhược điểm của phương pháp thử phá hủy như : mất nhiều thời gian chuẩn bị mẫu, thử nghiệm và xử lý kết quả, tốn nhiều vật liệu để thử v.v… Chúng có
thể được tiến hành trong suốt quá trình công nghệ tạo liên kết cũng như có thể kiểm tra từng sản phẩm một. Tuy nhiên, chúng đòi hỏi đầu tư cho thiết bị nhiều hơn và nhân công có trình độ cao hơn so với thử phá hủy.
Ôn tập – Bài tập:
1/ Đặc điểm biến dạng của vật liệu polyme dưới tác dụng của một ngoại lực. Mức độ (hoặc khả năng) biến dạng phụ thuộc vào những yếu tố nào? Ý nghĩa thực tế của mối quan hệ biến dạng và lực tác dụng.
2/ Trình bày về độ mềm phân tử và các yếu tố ảnh hưởng đến độ mềm. 3/ Ba trạng thái biến dạng của polyme:
- Những nội dung của quá trình biến dạng đàn hồi - Những nội dung của quá trình biến dạng mền cao - Những nội dung của quá trình biến dạng dẻo 4/ Trình bày về sự kết dính.