Przegląd Mechaniczny 12/2014

Badania wp∏ywu ciep∏a na stan energetyczny
warstwy wierzchniej stali S235JR
Research on the influence of heat on energetic properties
of steel S235JR surface layer
JAKUB SZABELSKI
JÓZEF KUCZMASZEWSKI
Streszczenie: W pracy przedstawiono teoretyczne rozwa˝ania dotyczàce stanu przygotowania powierzchni, w szczególnoÊci
do operacji klejenia oraz wp∏ywu ciep∏a na parametry po∏àczenia klejowego na ró˝nych etapach jego konstytuowania
i eksploatacji. W celu sprawdzenia wp∏ywu temperatury powierzchni na kàt zwil˝ania przeprowadzone zosta∏y badania
eksperymentalne dwiema cieczami pomiarowymi: wodà destylowanà i dijodometanem. Na ich podstawie wyznaczono
energi´ powierzchniowà (SEP) badanej próbki i jej zmian´ w zale˝noÊci od jej temperatury. OkreÊlono równie˝ zmian´ pracy
adhezji w kontakcie stal S235JR – woda destylowana i stal S235JR – dijodometan w funkcji temperatury. Analiza wyników
wykaza∏a zauwa˝alnà zmian´ wartoÊci swobodnej energii powierzchniowej próbki w badanym zakresie temperatur, si´gajàcà
16 –18% w zale˝noÊci od metody obliczeniowej. Na tej podstawie przewiduje si´, ˝e powierzchnia przygotowana do klejenia,
ogrzana przed wykonaniem po∏àczenia, mo˝e ze wzgl´du na wi´kszà energi´ powierzchniowà, a wi´c tak˝e bardziej
efektywnà zwil˝alnoÊç – wykazywaç lepsze cechy adhezyjne, co byç mo˝e wp∏ynie równie˝ na parametry wytrzyma∏oÊciowe
po∏àczenia klejowego.
S∏owa kluczowe: kàt zwil˝ania, temperatura, energia powierzchniowa, warstwa wierzchnia
Abstract: Theoretical considerations over parameters defining the condition of the prepared surface, particularly to adhesive
bonding operations were presented in the paper as well as the influence of heat on parameters of an adhesive joint on
the various stages of its life. Experimental research were conducted using two measuring liquids: distilled water and
diiodomethane in order to examine the influence of the increased temperature on the wetting angle of the surface prepared
for adhesive bonding. On the basis of test results – the surface free energy (SFE) of the studied sample and its change in
relation to the temperature were obtained. The change of the work of adhesion (WOA) was also calculated for steel S235JR
/ distilled water and S235JR steel / diiodomethane arrangements in function of the temperature. The analysis of results
shows the noticeable change of the SFE of the test sample in the examined temperatures range, reaching 16 –18% depending
on the method used. Basing on obtained results one can predict, that the surface prepared to bonding heated
before the bonding operation may, due to higher SFE and as a result of it – increased wettability, show better adhesive
characteristics what will possibly furthermore lead to increase of strength properties of adhesive joint.
Keywords: wetting angle, free surface energy, temperature, surface layer
Mgr in˝. Jakub Szabelski – Instytut Technologicznych
Systemów Informacyjnych, Wydzia∏ Mechaniczny, Politechnika
Lubelska, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin,
e-mail: j.szabelski@pollub.pl; prof. dr hab. in˝. Józef Kuczmaszewski
– Katedra Podstaw In˝ynierii Produkcji, Wydzia∏
Mechaniczny, Politechnika Lubelska, ul. Nadbystrzycka 36,
20-618 Lublin, e-mail: j.kuczmaszewski @pollub.pl.
Jednym z parametrów oceny jakoÊci powierzchni
cia∏ sta∏ych poddawanych procesom technologicznym
jest ich chropowatoÊç. Definiuje si´ takie
parametry chropowatoÊci powierzchni, jak m.in.:
Ra – Êrednia arytmetyczna i Rq – Êrednia kwadratowa
rz´dnych profilu (µm), Rz – najwi´ksza wysokoÊç
profilu (µm) [1]. Na skutek licznych zag∏´bieƒ rzeczywista
powierzchnia rozpatrywanego materia∏u
zwi´ksza si´ o pewnà wartoÊç wynikajàcà z charakteru
i parametrów chropowatoÊci. W odniesieniu do
operacji klejenia t∏umaczy to fakt, ˝e im bardziej
chropowata jest powierzchnia przygotowywana do
klejenia, tym wi´ksza b´dzie powierzchnia jej kontaktu
z klejem i tym wi´ksza finalna wytrzyma∏oÊç
tak wykonanego po∏àczenia klejowego. Z praktyki
in˝ynierskiej wiadomo jednak, ˝e sà dwie zasadnicze
przes∏anki do traktowania parametru chropowatoÊci
jako nie do koƒca nadajàcego si´ do oceny powierzchni
przygotowywanej do klejenia.
Po pierwsze – istniejà graniczne parametry chropowatoÊci,
indywidualne dla ró˝nych materia∏ów
i zale˝ne od stosowanych klejów, których przekroczenie
daje skutki odwrotne do zamierzonych, tj.
wytrzyma∏oÊç po∏àczenia klejowego zamiast rosnàç
– zaczyna maleç [2]. Z drugiej zaÊ strony – mo˝liwe
jest sklejanie z powodzeniem równie˝ materia∏ów,
których powierzchnie sà g∏adkie, równe, niechropowate.
Stàd konieczne okaza∏o si´ rozbudowanie
teorii adhezji mechanicznej okreÊlajàcej przyczepnoÊç
kleju do ∏àczonych powierzchni, jako oddzia-
∏ywanie na skutek zakotwiczania si´ kleju w mikronierównoÊciach
[3]. Tak te˝ i konieczne by∏o zdefiniowanie
wielkoÊci, które mog∏yby opisywaç przy-
ROK WYD. LXXIII ZESZYT 12/2014
47