Invloed van veroudering van CN-lijm op metingen van grote rek

Cyanoacrylaatlijmen, zoals de CN-productserie van TML, maken een snelle en relatief eenvoudige installatie van rekstrookjes mogelijk. Voor metingen binnen het gebruikelijke elastische rekbereik zijn deze lijmen zeer geschikt voor veel kortdurende toepassingen.

Bij zeer grote of plastische rek speelt de tijd tussen de installatie en de meting echter een belangrijke rol. De maximale rek die betrouwbaar via een CN-lijmverbinding kan worden overgedragen, kan afnemen naarmate de lijmverbinding veroudert. Dit effect is vooral relevant voor zogenaamde post-yield rekstrookjes, die worden gebruikt voor metingen boven de elasticiteitsgrens van het materiaal.

Verschil tussen normale rek en grote rek

Bij conventionele rekstrookmetingen wordt meestal elastische rek gemeten. Na het verwijderen van de belasting keert het component grotendeels terug naar zijn oorspronkelijke vorm. De rek ligt daarbij doorgaans ruim onder één procent.

Post-yield rekstrookjes worden daarentegen gebruikt voor aanzienlijk grotere rek, waarbij het materiaal al plastisch vervormt. Afhankelijk van de serie rekstrookjes kunnen rekwaarden van enkele procenten tot percentages in de dubbele cijfers worden gemeten.

Deze metingen stellen aanzienlijk hogere eisen aan:

• het meetrooster;
• de drager;
• de lijm;
• de voorbereiding van het oppervlak;
• de gelijkmatigheid van de lijmlaag.

Een lijmverbinding die volledig geschikt is voor een normale elastische rekmeting, is daarom niet automatisch geschikt voor een meting van grote rek.

Waarom neemt de overdraagbare reklimiet na verloop van tijd af?

Na het uitharden blijft een cyanoacrylaatlijmverbinding veranderen. Vocht, temperatuur, veroudering en omgevingsomstandigheden kunnen de mechanische eigenschappen beïnvloeden.

Na verloop van tijd kan de lijmverbinding brosser worden of minder goed in staat zijn om zeer grote vervormingen gelijkmatig over te dragen. Bij hoge rek kan dit eerder leiden tot plaatselijk loslaten, scheurvorming in de lijmlaag of beschadiging van het rekstrookje.

Deze verandering in de tijd heeft vooral invloed op de maximaal overdraagbare rek. Voor metingen binnen het gebruikelijke elastische bereik is dit doorgaans aanzienlijk minder kritisch dan voor metingen van grote plastische rek.

Veranderingen van CN-lijm in de tijd

TML heeft onderzocht hoe CN-lijmverbindingen in de loop van de tijd veranderen onder verschillende temperatuur- en vochtigheidsomstandigheden. Bij deze tests werden onder andere post-yield rekstrookjes gebruikt.

De resultaten laten in het algemeen zien dat de maximaal haalbare rek afhankelijk kan zijn van de tijd die sinds de installatie is verstreken en van de omgevingsomstandigheden. Een hogere temperatuur of luchtvochtigheid kan de veroudering van de lijmverbinding bovendien beïnvloeden.

Belangrijke factoren zijn onder andere:

• het gebruikte rekstrookje en de lengte van het meetrooster;
• het type lijm;
• het materiaal van het testobject;
• de voorbereiding van het oppervlak;
• temperatuur en relatieve luchtvochtigheid;
• opslagduur;
• belastingssnelheid;
• de definitie van de reklimiet;
• het aantal geteste proefstukken.

De onderstaande afbeelding toont een voorbeeld van de resultaten van tests die door TML zijn uitgevoerd met het YFLA-5-rekstrookje. De resultaten laten duidelijke verschillen zien afhankelijk van de omstandigheden waaraan de proefstukken zijn blootgesteld, zoals temperatuur en luchtvochtigheid. Tegelijkertijd laten ze zien dat de reklimiet van de lijmverbinding van het rekstrookje in de loop van de tijd afneemt.

Voor conventionele rekmetingen vormt dit doorgaans geen probleem. Voor metingen van grote rek wordt echter aanbevolen om de test binnen één of twee dagen na installatie uit te voeren.

Wanneer het rekstrookje gedurende langere tijd geïnstalleerd blijft voordat de meting wordt uitgevoerd, moet een speciale lijm worden gebruikt, zoals CN-Y.

Wanneer is CN-Y geschikt?

CN-Y is een speciale cyanoacrylaatlijm van TML voor bepaalde post-yield rekstrookjes. De lijm is ontwikkeld voor toepassingen waarbij een meting van grote rek niet direct na installatie wordt uitgevoerd, maar pas na enkele dagen.

De lijm is met name bedoeld voor daarvoor goedgekeurde TML-rekstrookjes uit de YEF-, YF- en YHF-series. In vergelijking met standaard CN is CN-Y ontwikkeld om de achteruitgang van de maximale rekoverdracht door veroudering te beperken.

CN-Y is echter geen universele lijm voor langdurige metingen. De kracht van deze lijm ligt specifiek bij uitgestelde metingen van grote plastische rek met daarvoor geschikte rekstrookjes.

Voor algemene langdurige metingen binnen het elastische bereik, hoge temperaturen of langdurige blootstelling aan vocht kunnen andere lijmsystemen geschikter zijn..

Start van de meting, uitharding en veroudering zijn niet hetzelfde

Bij de beoordeling van een lijm moeten verschillende tijdsaanduidingen van elkaar worden onderscheiden.

De aandruktijd geeft aan hoe lang het rekstrookje tijdens de eerste bevestiging onder druk moet worden gehouden. De vroegst mogelijke meettijd geeft aan wanneer in het algemeen een eerste meting kan worden uitgevoerd. Volledige uitharding beschrijft de verdere ontwikkeling van de lijmverbinding.

Dit moet worden onderscheiden van veroudering na installatie. Veroudering beschrijft hoe de eigenschappen van de voltooide lijmverbinding in de loop van dagen, weken of maanden veranderen.

Een lijm kan dus kort na installatie al gereed zijn voor een meting, zonder automatisch geschikt te zijn voor langdurige metingen, hoge temperaturen of zeer grote rek.

Het belang van een dunne en gelijkmatige lijmlaag

De lijmlaag moet de rek van het component met zo min mogelijk verlies overdragen op het rekstrookje. Daarom moet de lijm volgens de instructies van de fabrikant dun en gelijkmatig worden aangebracht.

Een te dikke of ongelijkmatige lijmlaag kan:

• de rekoverdracht verslechteren;
• kruip en hysterese vergroten;
• lokale spanningsconcentraties veroorzaken;
• luchtinsluitingen bevorderen;
• het thermische gedrag van het meetpunt veranderen.

Doorslaggevend is niet of het rekstrookje enkele micrometers dichter bij of verder van het oppervlak van het component ligt. Belangrijk is de mechanische kwaliteit en gelijkmatigheid van de rekoverdracht.

Invloed van de installatiekwaliteit

De haalbare reklimiet wordt niet alleen bepaald door het type lijm. Ook de voorbereiding en uitvoering van het verlijmde meetpunt zijn cruciaal.

Het oppervlak moet vrij zijn van vet, oxiden, vocht en stof. Het rekstrookje moet nauwkeurig worden gepositioneerd en in de gewenste meetrichting worden uitgelijnd. De aandrukkracht moet gelijkmatig zijn en de voorgeschreven aandruktijd moet worden aangehouden.

Voor het positioneren kan geschikte transparante installatietape worden gebruikt. Deze houdt het rekstrookje op de gewenste positie en kan als scharnier dienen tijdens het aanbrengen van de lijm.

Zelfs kleine onvolkomenheden in de lijmlaag kunnen de maximaal overdraagbare rek aanzienlijk verminderen.

Stof, luchtbellen en lokale onvolkomenheden

Onder het rekstrookje mogen zich geen stofdeeltjes, vezels of luchtinsluitingen bevinden. Dergelijke onvolkomenheden verstoren een gelijkmatige rekoverdracht.

Hierdoor kunnen lokale spanningspieken in de drager of het meetrooster ontstaan. Mogelijke gevolgen zijn:

• meetafwijkingen;
• plaatselijk loslaten;
• verminderde vermoeiingssterkte;
• voortijdige breuk van het meetrooster.

Deze onvolkomenheden zijn vooral kritisch bij metingen van grote rek. Ook bij kortdurende tests mogen ze niet als verwaarloosbaar worden beschouwd.

Wanneer is een andere lijm nodig?

CN-lijmen zijn vooral geschikt voor gecontroleerde, relatief kortdurende toepassingen. Bij verhoogde temperaturen, een hoge luchtvochtigheid, lange meetperioden of wanneer een bijzonder hoge stabiliteit en nauwkeurigheid vereist zijn, kan een ander lijmsysteem noodzakelijk zijn.

Afhankelijk van de toepassing kunnen bijvoorbeeld epoxy-, polyester- of fenolharslijmen geschikt zijn.

De keuze is afhankelijk van:

• de serie rekstrookjes;
• het materiaal van het component;
• het temperatuurbereik;
• de meetduur;
• de maximale rek;
• statische of dynamische belasting;
• de beschikbare uithardingsmethode;
• het beschermingssysteem.

Een epoxylijm is niet automatisch geschikt voor iedere langdurige meting of toepassing bij hoge temperaturen. Ook polyesterhars is niet per definitie de beste oplossing voor vochtige omstandigheden.

Doorslaggevend is altijd of de fabrikant van het rekstrookje de specifieke combinatie heeft goedgekeurd.

Warmte-uithardende lijmen

Sommige lijmen vereisen een gedefinieerd uithardingsproces bij verhoogde temperatuur. Temperatuur, duur en aandrukkracht moeten daarbij nauwkeurig worden aangehouden.

Tijdens het verwarmen kan de viscositeit van de lijm veranderen. Dit gedrag is echter productspecifiek. Er mag niet van worden uitgegaan dat iedere warmte-uithardende lijm zich in een oven automatisch optimaal verdeelt. Overmatige vloei kan de lijmlaag zelfs verslechteren.

Vooruitharding, nauitharding en gecontroleerde afkoeling kunnen eveneens deel uitmaken van het voorgeschreven proces. Alle parameters moeten daarom worden overgenomen uit het datasheet van de specifieke lijm.

Bescherming tegen vocht

Cyanoacrylaatlijmverbindingen en elektrische aansluitpunten moeten bij vochtige omstandigheden of langdurig gebruik voldoende worden beschermd.

De beschermende coating moet niet alleen het rekstrookje zelf afdekken, maar ook soldeeraansluitingen, aansluitdraden en kabelovergangen. Binnendringend vocht kan de isolatieweerstand tussen het meetcircuit en het component verminderen.

Mogelijke gevolgen zijn:

• lekstromen;
• nulpuntdrift;
• ruis;
• instabiele meetwaarden;
• corrosie van aansluitpunten.

De beschermende coating moet geschikt zijn voor het temperatuurbereik, de meetduur, de mechanische belasting en de omgevingsomstandigheden.

Verschil tussen de houdbaarheid van de lijm en de levensduur van het verlijmde meetpunt

De houdbaarheid van ongeopende lijm mag niet worden verward met de levensduur van een geïnstalleerd meetpunt.

Bij het bewaren van de lijm moet onder andere rekening worden gehouden met:

• opslagtemperatuur;
• bescherming tegen vocht;
• bescherming tegen licht;
• houdbaarheidsdatum;
• toestand na opening.

De levensduur van de uiteindelijke lijmverbinding is daarentegen afhankelijk van het component, de lijm, het rekstrookje, de belasting, temperatuur, luchtvochtigheid en het beschermingssysteem.

Een lange houdbaarheid van de lijm betekent dus niet automatisch dat het geïnstalleerde meetpunt ook een lange levensduur heeft.

Eenmalige en herhaalde grote rek

Post-yield rekstrookjes zijn vaak ontworpen voor een eenmalige of beperkte plastische vervorming. Ze zijn niet automatisch geschikt voor herhaalde belastingscycli met grote rekamplitudes.

Er moet onderscheid worden gemaakt tussen de volgende toepassingen:

• eenmalige plastische vervorming;
• herhaalde grote rek;
• dynamische vermoeiingsmetingen;
• statische langetermijnmetingen.

Een rekstrookje dat eenmalig 20% rek kan meten, hoeft deze rek niet noodzakelijk gedurende vele belastingscycli reproduceerbaar te kunnen meten.

Het toegestane aantal belastingscycli en het bruikbare rekbereik moeten daarom gezamenlijk voor het rekstrookje en de lijm worden gecontroleerd.

Alternatief: lasbare rekstrookjes

Lasbare rekstrookjes vormen een alternatief voor verlijming. Bij deze rekstrookjes is het meetrooster in de fabriek geïntegreerd in een lasbare constructie met een metalen drager.

De drager wordt met een reeks kleine puntlassen op een geschikt metalen component bevestigd. Deze methode kan een snelle en robuuste installatie mogelijk maken, met name wanneer een lijm door temperatuur, vochtigheid of de installatieomstandigheden niet geschikt is.

Lasbare rekstrookjes zijn echter niet automatisch nauwkeuriger of duurzamer dan correct geselecteerde en aangebrachte verlijmde rekstrookjes. Ze vereisen een geschikte lasbare ondergrond, speciaal gereedschap en een uitvoering van het rekstrookje die voor de toepassing is goedgekeurd.

Bij zeer grote plastische rek moet bovendien worden gecontroleerd of de lasbare constructie en de puntlassen de vervorming kunnen volgen.

Welke informatie is nodig om de juiste lijm te selecteren?

Voordat een lijm wordt geselecteerd, moeten minimaal de volgende vragen worden beantwoord:

1. Welk rekstrookje wordt gebruikt?
2. Wat is de maximale rek?
3. Is de rek elastisch of plastisch?
4. Wordt de rek eenmalig of herhaaldelijk aangebracht?
5. Hoeveel tijd zit er tussen de installatie en de meting?
6. Hoe lang duurt de meting?
7. Welke temperatuur- en vochtigheidsomstandigheden treden op?
8. Van welk materiaal is het component gemaakt?
9. Is uitharding in een oven mogelijk?
10. Welke beschermende coating wordt gebruikt?

Alleen op basis van deze informatie kan een betrouwbare aanbeveling voor de juiste lijm worden gedaan.

Veelgemaakte fouten

Een veelgemaakte fout is om CN-Y algemeen als een lijm voor langdurige metingen te beschouwen. CN-Y is in werkelijkheid ontwikkeld voor uitgestelde metingen van grote rek met specifieke post-yield rekstrookjes.

Het is eveneens onjuist om ervan uit te gaan dat een lijm die snel gereed is voor een meting automatisch volledig is uitgehard en langdurig stabiel blijft.

Ook een te dikke lijmlaag, onvoldoende voorbereiding van het oppervlak of onvoldoende bescherming tegen vocht kan het meetresultaat aanzienlijk beïnvloeden.

Een andere fout is om temperatuur- of tijdslimieten toe te passen zonder rekening te houden met de specifieke serie rekstrookjes. Toegestane waarden gelden altijd voor een gedefinieerd systeem en niet voor cyanoacrylaatlijmen in het algemeen.

Conclusie

CN-lijm is geschikt voor veel kortdurende toepassingen met rekstrookjes en kan ook worden gebruikt in combinatie met daarvoor goedgekeurde post-yield rekstrookjes. Bij zeer grote plastische rek kan de maximaal overdraagbare rek van de lijmverbinding echter afnemen naarmate er meer tijd sinds de installatie is verstreken.

Wanneer een meting van grote rek pas enkele dagen na installatie wordt uitgevoerd, kan CN-Y een geschikte oplossing zijn voor rekstrookjes die daarvoor zijn bedoeld. CN-Y is echter geen universele lijm voor langdurige toepassingen.

Voor betrouwbare resultaten moeten de lijm, het rekstrookje, het materiaal van het component, het rekbereik, de meetduur, temperatuur, luchtvochtigheid en het beschermingssysteem als één geheel worden beschouwd. Een schoon oppervlak, een dunne en gelijkmatige lijmlaag en een gecontroleerd uithardingsproces zijn eveneens essentieel.

De belangrijkste conclusie is daarom: de kwaliteit van de meting wordt niet alleen bepaald door het type lijm, maar door een volledig op elkaar afgestemd en professioneel geïnstalleerd rekstrooksysteem.