La delaminación es un modo de falla en el que un material se fractura en capas. Una variedad de materiales, incluidos los compuestos laminados [1] y el hormigón, pueden fallar por deslaminación. El procesamiento puede crear capas en materiales como el acero formado por laminación [2] [3] y plásticos y metales de la impresión 3D [4] [5] que pueden fallar por separación de capas. Además, los revestimientos superficiales como pinturas y películas pueden deslaminarse del sustrato revestido.
En los compuestos laminados , la adhesión entre capas a menudo falla primero, lo que hace que las capas se separen. [6] Por ejemplo, en los plásticos reforzados con fibra , las láminas de refuerzo de alta resistencia (por ejemplo, fibra de carbono , fibra de vidrio ) están unidas por una matriz de polímero mucho más débil (por ejemplo, epoxi ). En particular, las cargas aplicadas perpendicularmente a las capas de alta resistencia y las cargas de cizallamiento pueden hacer que la matriz del polímero se fracture o que el refuerzo de fibra se desprenda del polímero.
La delaminación también ocurre en el hormigón armado cuando los refuerzos metálicos (es decir, barras de refuerzo) cerca de la superficie se corroen. [7] El metal oxidado tiene un volumen mayor que causa tensiones cuando está confinado por el hormigón. Cuando las tensiones exceden la resistencia del concreto, se pueden formar grietas y extenderse para unirse con las grietas vecinas causadas por varillas corroídas creando un plano de fractura que corre paralelo a la superficie. Una vez que se ha desarrollado el plano de fractura, el hormigón de la superficie puede separarse del sustrato.
El procesamiento puede crear capas en materiales que pueden fallar por deslaminación. En concreto , las superficies pueden desprenderse por un acabado inadecuado. Si la superficie se termina y se densifica con una llana mientras el concreto subyacente está sangrando agua y aire, la capa superior densa puede separarse del agua y el aire empujando hacia arriba. [8] En los aceros , el laminado puede crear una microestructura cuando los granos microscópicos se orientan en láminas planas que pueden fracturarse en capas. [2] Además, ciertos métodos de impresión 3D (por ejemplo, deposición fundida ) construyen piezas en capas que pueden deslaminarse durante la impresión o el uso. Al imprimir termoplásticos con deposición fundida, enfriar una capa caliente de plástico aplicada a una capa de sustrato fría puede causar flexión debido a la contracción térmica diferencial y la separación de capas. [4]
Métodos de inspección
Existen múltiples métodos de prueba no destructivos para detectar la delaminación en estructuras, incluida la inspección visual , la prueba de toque (es decir, sondeo), ultrasonido , radiografía e imágenes infrarrojas .
La inspección visual es útil para detectar delaminaciones en la superficie y los bordes de los materiales. Sin embargo, es posible que una inspección visual no detecte la delaminación dentro de un material sin cortar el material.
La prueba de golpeteo o sondeo implica golpear suavemente el material con un martillo o un objeto duro para encontrar la delaminación según el sonido resultante. En los compuestos laminados, un sonido de timbre claro indica un material bien adherido, mientras que un sonido más apagado indica la presencia de delaminación debido al defecto que amortigua el impacto. [9] La prueba de roscado es muy adecuada para encontrar grandes defectos en compuestos de panel plano con un núcleo de panal, mientras que los laminados delgados pueden tener pequeños defectos que no son discernibles por el sonido. [10] El uso del sonido también es subjetivo y depende de la calidad de audición y juicio del inspector. Cualquier variación intencional en la parte también puede cambiar el tono del sonido producido, lo que influye en la inspección. Algunas de estas variaciones incluyen superposiciones de capas, cambios de recuento de capas, cambio de densidad del núcleo (si se usa) y geometría.
En los hormigones reforzados, las regiones intactas sonarán sólidas, mientras que las áreas delaminadas sonarán huecas. [11] La prueba de grifo en grandes estructuras de hormigón se realiza con un martillo o con un dispositivo de arrastre de cadena para superficies horizontales como cubiertas de puentes. Las cubiertas de los puentes en países de clima frío que utilizan sales de deshielo y productos químicos suelen estar sujetas a delaminación y, como tales, generalmente se programan para una inspección anual mediante arrastre de cadenas, así como para reparaciones posteriores de la superficie. [12]
Métodos de prueba de resistencia a la delaminación
Ensayos de delaminación de revestimientos
ASTM proporciona estándares para las pruebas de adhesión de pinturas que brindan medidas cualitativas para la resistencia de pinturas y revestimientos a la delaminación de los sustratos. Las pruebas incluyen prueba de corte transversal, adherencia por raspado, [13] y prueba de arranque . [14]
Ensayo de tenacidad a la fractura interlaminar
La tenacidad a la fractura es una propiedad del material que describe la resistencia a la fractura y la delaminación. Se denota por el factor crítico de intensidad del estrés. o tasa de liberación de energía de deformación crítica . [15] Para la fibra unidireccional polímero reforzado con laminados compuestos , ASTM proporciona estándares para determinar el modo I tenacidad a la fracturay tenacidad a la fractura en modo IIde la matriz interlaminar. [16] [17] Durante la carga de pruebas y desplazamiento se registra para su análisis para determinar la tasa de liberación de energía de deformación a partir del método de cumplimiento . en términos de cumplimiento viene dado por
(1)
dónde es el cambio en cumplimiento (ratio de ), es el grosor de la muestra, y es el cambio en la longitud de la grieta.
Tenacidad de fractura interlaminar Modo I
ASTM D5528 especifica el uso de la geometría de la muestra de viga en voladizo doble (DCB) para determinar la tenacidad a la fractura interlaminar en modo I. [17] Se crea una muestra de viga en voladizo doble colocando una película antiadherente entre las capas de refuerzo en el centro de la viga antes de curar la matriz de polímero para crear una grieta inicial de longitud.. Durante la prueba, la muestra se carga en tensión desde el extremo del lado de la grieta inicial de la viga que abre la grieta. Usando el método de cumplimiento, la tasa de liberación de energía de deformación crítica viene dada por
(2)
dónde y son la carga y el desplazamiento máximos respectivamente al determinar cuándo la curva de deflexión de la carga se ha vuelto no lineal con una línea trazada desde el origen con un aumento del 5% en el cumplimiento. Normalmente, la ecuación 2 sobreestima la tenacidad a la fractura porque las dos vigas en voladizo de la muestra de DCB tendrán una rotación finita en la grieta. La rotación finita se puede corregir calculando con una grieta ligeramente más larga con longitud donación
(3)
La corrección de la longitud de la grieta se puede calcular experimentalmente trazando el ajuste de mínimos cuadrados de la raíz cúbica del cumplimiento vs longitud de la grieta . La correcciones el valor absoluto de la intersección con x. La tenacidad a la fractura también se puede corregir con el método de calibración de cumplimiento donde dada por
(4)
dónde es la pendiente del ajuste de mínimos cuadrados de vs. .
Tenacidad a la fractura interlaminar Modo II
La tenacidad de la fractura interlaminar Modo II se puede determinar mediante una prueba de flexión de muesca de borde especificada por ASTM D7905. [16] La muestra se prepara de manera similar a la muestra DCB introduciendo una grieta inicial con longitudantes de curar la matriz polimérica. Si la prueba se realiza con la fisura inicial (método no pre-fisurado), la tenacidad a la fractura candidata es dado por
dónde es el espesor de la muestra y es la carga máxima y es un parámetro apropiado. se determina mediante resultados experimentales con un ajuste de cumplimiento de mínimos cuadrados vs la longitud de la grieta en cubos con la forma de
- .
El candidato tenacidad a la fractura es igual a la tenacidad a la fractura del modo II si la tasa de liberación de energía de deformación cae dentro de cierto porcentaje de en diferentes longitudes de fisura especificadas por ASTM.
Referencias
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