Title: Experimental determination of interfacial toughness curves using Brazil-nut-sandwiches
Abstract: A Brazil-nut-sandwich with a crack on a substrate/interlayer interface is developed for fracture testing. The fracture loading phase is controlled by the angle of diametral compression. Interfacial fracture mechanics is summarized and adopted in reporting data. Experiments are conducted with aluminum, brass, steel and plexiglass as substrates and epoxy as interlayer. Interfacial toughness curves are measured for large range of loading phase. Effects of the roughness of the surfaces prior to bonding on the interfacial toughness are demonstrated. Failure patterns for the adhesive structure under different loading modes are observed with a scanning electron microscope. For the metal/epoxy systems, when the remote loading is predominantly mode I, cracks tend to kink out of interfaces and run within the epoxy layer, although the bulk epoxy fracture energy is much higher than the interfacial toughness. At large loading phases, abnormally high apparent toughness is measured. These observations are discussed in the light of crack path selection criteria in adhesive joints and large scale contact zone of crack faces. Un sandwich avec une fissure à l'interface substrat-intercouche est mis au point pour des essais de rupture. La charge de rupture est contrôlée par l'angle de compression diamétrale. La mécanique de la rupture interfaciale est résumée et adoptée pour l'interprétation des résultats. Des expériences sont effectuées sur des substrats d'aluminium, de laiton, d'acier et de plexiglass, avec de l'epoxy comme intercouche. Les courbes de tenacité interfaciale sont mesurées pour de large gammes de charge. Less effets de la rugosité des surfaces avant liaison sur la tenacité interfaciale sont mis en évidence. Par microscopie électronique à balayage on observe des exemples d'échec de la structure adhésive sous différents modes de charge. Pour les systémes métal/époxy, lorsque le chargement à distance est principalement du mode I, les fissures tendent à s'écarter des interfaces et de passer à l'intérieur de la couche d'époxy bien que l'énergie de rupture de l'époxy massive soit beaucoup plus élevée que la ténacité interfaciale. Pour de grandes charges, on mesure une ténacité apparente anormalement élevée. Ces observations sont discutées à la lumière des critères de sélection du trajet des fissures dans les joints adhésifs et dans la zone de contact à grande échelle des lèvres de la fissure. Für Bruchversuche wird eine brasilnußartige Schichtstruktur mit einem Riß an der Grenzfläche zwischen Substrat und Zwischenschicht entwikelt. Die Bruchbelastung wird über den Winkel der diametralen Kompression eingestellt (‘Phase’). Die Bruchmechanik an der Grenzfläche wird zusammengefaßt und mit vorgelegten Daten belegt. Experimente werden an Aluminium, Messing, Stahl und Plexiglas als Substrate und einem Epoxidkleber als Zwischenschicht durchgeführt. Die Kurven der Grenzflächenzähigkeit werden in einem großen Bereich der Belastungsphase gemessen. Einflüsse der Rauhigkeit der Oberflächen vor der Verklebung auf diese Zähigkeit werden aufgezeig. Die Erscheinungsbilder des Bruches werden unter verschiedenen Belastungsarten in einem Rasterelektronenmikroskop beobachtet. Bei den Metall-Kleber-Systemen neigen die Risse bei Belastung entsprechend Mode I zum Ausbrechen aus der Grenzfläche in die Kleberschicht, obwohl die Bruchenergie im Volumen des Epoxidklebers viel größer ist als die Grenzflächenzähigkeit. Bei großen Belastungsphasen wird eine abnorm hohe effektive Zähigkeit gemessen. Diese Beobachtungen werden anhand von Auswahlkriterien für den Rißweg in Klebeverbindungen und in großen Kontaktbereichen von Bruchflächen diskutiert.
Publication Year: 1990
Publication Date: 1990-07-01
Language: en
Type: article
Indexed In: ['crossref']
Access and Citation
Cited By Count: 396
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