Jak otestovat lepený spoj? Metody zkoušek a vyhodnocení porušení

Jak otestovat lepený spoj? Metody zkoušek

Po výběru vhodného lepidla, přípravě povrchu, volbě způsobu aplikace a samotném slepení dílů se stále můžete ptát, zda lepený spoj splní požadavky. Bude dostatečně pevný, trvanlivý a odolný vůči různým vlivům? V tomto článku shrnujeme, jak ověřit kvalitu lepeného spoje a jaké běžné metody zkoušení se používají.

Využití lepených spojů v mnoha odvětvích je možné díky propracované metodice kontroly kvality. Ta je založena především na pevnostních zkouškách. Byla vyvinuta řada postupů, které umožňují testovat lepené spoje v podmínkách odpovídajících jejich provozu – při smykovém, odlupovacím a tahovém namáhání, a také při porušení samotného lepidla.

Postupy zkoušení lepených spojů

Nejčastěji se používají:

• smyková zkouška,
• zkouška odlupování na válcích,
• zkouška pásku lepidla,
• zkoušky stárnutí.

Smyková zkouška

Smyk je nejčastější typ zatížení působící na lepené spoje. Smyková pevnost bývá považována za klíčovou mechanickou vlastnost lepidla. Smyková zkouška je definována normou DIN EN 1465 a je velmi rozšířená. Metoda se používá, pokud jsou lepené díly z konkrétních materiálů (např. ocel, dřevo, sklo, kompozit) a mají předepsané rozměry.

Geometrie vzorku (DIN EN 1465)

• délka dílů: 100 mm,
• šířka: 25 mm,
• tloušťka: 1,6 mm,
• délka přesahu: 12,5 mm.

Obr. 1 – vzorek připravený pro smykovou zkoušku podle DIN EN 1465

Dva takto připravené vzorky slepené dohromady (jednoduchý přeplátovaný spoj) se zatěžují tahem v rovině lepidla. V tomto případě je důležité použít vhodnou tloušťku vrstvy lepidla. Smyková pevnost obvykle klesá se zvyšující se tloušťkou vrstvy, což souvisí se změnou stavu napětí ve spáře. Zatížení se přivádí rovnoběžně s lepenou plochou a plynule se zvyšuje až do porušení.

Vyhodnocení typu porušení

Po zkoušce se vyhodnocuje charakter porušení. Nejčastější typy jsou:

• adhezní porušení – lepidlo se oddělí od podkladu (často souvisí s volbou lepidla, přípravou povrchu nebo podmínkami procesu),
• kohezní porušení – porušení uvnitř lepidla (často žádoucí: lepidlo zůstává na obou dílech),
• porušení materiálu – porušení samotného dílu (může být žádoucí, ale neříká mnoho o pevnosti lepidla),
• smíšené porušení – kombinace více typů porušení.

Obr. 2 – vzhled porušení vzorku elastického lepidla (hliník a sklo se sítotiskem)

Další metody související se smykovým zatížením

• anaerobní lepidlo pro souosé uložení (např. zajištění ložiska na hřídeli) – zkouška tlak/smyk DIN 54452, zkouška krut/smyk DIN 54455
  
• anaerobní zajištění závitů – zkoušení pevnosti lepených závitových spojů DIN EN ISO 10964
  
• zvýšená tloušťka vzorku pro smyk – pokud nelze dodržet standardní tloušťku: DIN 54451
  
• dlouhodobá pevnost – časová mez tečení: DIN EN 15336
  

Zkouška odlupování na válcích

Zkouška odolnosti proti odlupování vytváří situaci, kdy se jeden slepený díl odlupuje od druhého, čímž vzniká tahové namáhání v lepidle. Zkouška odlupování na válcích je definována normou DIN EN 1464 a její použití závisí na typu materiálů a rozměrech vzorku.

Geometrie vzorku (DIN EN 1464)

• délka tuhé části: 300 mm,
• délka pružné části: 250 mm,
• šířka: 25 mm,
• tloušťka tuhé části: 2,5 mm,
• tloušťka pružné části: 0,5 mm,
• délka přesahu: 200 mm.

Obr. 3 – vzorek pásky před zkouškou odlupování na válcích

Připravené vzorky jsou zatěžovány silou téměř kolmo na lepenou plochu. Plynulý nárůst síly způsobí natržení a následné odlupování. Rozdíl oproti smyku spočívá v tom, že při smyku síla působí na celou lepenou plochu, zatímco při odlupování působí více liniově.

Zkouška odlupování se používá jak pro dva tuhé díly, tak pro odlupování pružného dílu od tuhé podložky. Často se využívá u testování pásek. Při návrhu spoje se doporučuje minimalizovat odlupovací namáhání, protože lepidla jsou na něj obvykle nejméně odolná; konstrukce se často navrhuje tak, aby dominoval smyk.

Další metody pro odlupovací zatížení

• Zkouška odlupovacího zatížení DIN EN ISO 11339
  
• Klínová zkouška DIN 65448
  
• Zkouška ohybu/odlupování DIN 54461
  

Zkouška pásku lepidla

Zkouška pásku lepidla je definována normou DIN 54457. Spočívá v nanesení pásku elastomeru (pružného lepidla) na určený povrch a následném odtrhávání pásku při současném a systematickém nařezávání. Tím vzniká více příležitostí k přetržení pásku.

Obr. 4 – zkouška pásku lepidla připravená podle DIN 54457

Zkoušky stárnutí

Pro optimální posouzení trvanlivosti spoje se nejprve provádějí mechanické zkoušky, poté zkoušky stárnutí a následně se mechanické zkoušky zopakují. Tento cyklus poskytuje obraz vlivu stárnutí na daný lepený spoj.

Stárnutí lepidla jsou změny, které ve spoji probíhají v čase. Lepené spoje stárnou vlivem různých zatížení, což může vést ke snížení pevnosti a trvanlivosti. Mezi hlavní faktory patří:

1. Teplota

Při vyšších teplotách může klesat koheze lepidel, urychlují se chemické reakce a stárnutí (např. pronikání vody). Nízké teploty mohou přispívat ke křehnutí spoje.

2. Vlhkost/chemikálie

Při působení vlhkosti nebo chemie může dojít ke snížení adheze, poklesu koheze (změkčení) nebo hydrolýze polymerních řetězců. Stárnutí se může týkat i lepených dílů (např. koroze kovu, změkčení plastů).

3. Záření (nejčastěji UV)

Nadměrné záření může způsobit snížení nebo ztrátu adheze, křehnutí či změnu barvy (vyblednutí).

4. Mechanické zatížení

Mechanicky zatěžované spoje stárnou rychleji a při určité úrovni zatížení může docházet k plastické deformaci a mikrotrhlinám.

5. Houby/mikroorganismy

Některé druhy hub mohou za vhodných podmínek využívat složky lepidel a ovlivňovat pevnost spoje.

6. Migrace modifikujících přísad

V plastech se používají plniva, změkčovadla a antiadhezní látky, které mohou časem migrovat na povrch a oslabovat lepený spoj.

Typické druhy zkoušek stárnutí

• zkouška stálého klimatu – např. 85^°C / 85% vlhkost / 2000 h,
• zkouška proměnného klimatu – cykly (často v automotive),
• imersní zkouška – vzorky ponořené v médiu při dané teplotě,
• zkouška solné mlhy – postřik 5% roztokem NaCl,
• kataplazma – vzorek ve vlhkém obkladu v uzavřeném sáčku s deionizovanou vodou, vyhřívání na 70^°C po 7 nebo 14 dnech, následně ochlazení na -20^°C a ponechání 15 h.

Obr. 5 – vzorek zkoušky pásku lepidla (DIN 54457) po zkoušce kataplazmy

Nabídka zkoušení lepených spojů

Společnost Melkib má jako firma s dlouholetou praxí v průmyslových lepidlech možnost zajistit zkoušení lepených spojů v certifikované laboratoři podle platných norem. Nejčastěji se provádí zkouška kataplazmy v kombinaci se smykovou zkouškou DIN EN 1465 a zkouškou pásku lepidla DIN 54457.

Kolik stojí zkoušení?

Cena závisí na počtu vzorků a rozsahu zkoušek. Podrobnosti najdete zde: Kontakt.

FAQ – zkoušení lepených spojů

Jak zvolit metodu zkoušky podle reálného zatížení?

Nejprve určete dominantní typ zatížení (smyk, odlupování, tah). Poté vyberte metodu zkoušky a geometrii vzorku, která dané podmínky nejlépe reprezentuje.

Co znamená adhezní porušení a je to problém?

Adhezní porušení znamená oddělení lepidla od podkladu. V praxi může ukazovat na volbu lepidla, přípravu povrchu nebo podmínky procesu.

Ovlivňuje tloušťka vrstvy lepidla výsledky smykové zkoušky?

Ano. V mnoha případech smyková pevnost klesá s rostoucí tloušťkou vrstvy kvůli změně rozložení napětí ve spoji.

Proč se zkoušky stárnutí dělají „před a po“ mechanických zkouškách?

Porovnání výsledků před stárnutím a po stárnutí ukazuje, jak prostředí a čas ovlivňují trvanlivost spoje.

Jaké faktory nejčastěji urychlují degradaci lepených spojů?

Nejčastěji: teplota, vlhkost/chemikálie, UV záření, mechanické zatížení a materiálové vlivy (např. migrace přísad v plastech).

Autor

Marcin Filipczyk – dlouholetý specialista v oblasti lepení.