Адгезія поверхонь, методи визначення адгезії і методи випробувань
Адгезія - це зв'язок між наведеними в контакт різнорідними поверхнями. Причини виникнення адгезійної зв'язку - дія міжмолекулярних сил або сил хімічної взаємодії. Адгезія обумовлює склеювання твердих тіл - субстратів - за допомогою клеющего речовини - адгезиву, а також зв'язок захисного або декоративного лакофарбового покриття з основою. Адгезія грає також важливу роль в процесі сухого тертя. У разі однакової природи дотичних поверхонь слід говорити про аутогезии (автогезіі), яка лежить в основі багатьох процесів переробки полімерних матеріалів. При тривалому зіткненні однакових поверхонь і встановлення в зоні контакту структури, характерної для будь-якої точки в обсязі тіла, міцність аутогезіонного з'єднання наближається до когезионной міцності матеріалу (див. Когезия).
На міжфазної поверхні двох рідин або рідини і твердого тіла адгезія може досягати гранично високого значення, так як контакт між поверхнями в цьому випадку повний. Адгезія двох твердих тіл з-за нерівностей поверхонь і зіткнення лише в окремих точках, як правило, мала. Однак висока адгезія може бути досягнута і в цьому випадку, якщо поверхневі шари контактуючих тіл знаходяться в пластичному або високоеластичном стані і притиснуті один до одного з достатньою силою.
адгезія рідини
де σ1 і σ2 - поверхневий натяг на межі фаз відповідно 1 і 2 з навколишнім середовищем (повітрям), а σ12 - поверхневий натяг на межі фаз 1 і 2, між якими має місце адгезія.
Значення адгезії двох змішуються рідин можна знайти з рівняння, зазначеного вище, по легко визначаються значенням σ1, σ2 і σ12. Навпаки, адгезія рідини до поверхні твердого тіла, внаслідок неможливості безпосереднього визначення σ1 твердого тіла, може бути розрахована тільки непрямим шляхом за формулою:> Wa = σ2 (1 + cos Θ)
де σ2 і Θ - вимірювані величини відповідно поверхневого натягу рідини і рівноважного крайового кута змочування, утвореного рідиною з поверхнею твердого тіла. Через гістерезису змочування, що не дозволяє точно визначити крайової кут, з цього рівняння зазвичай отримують тільки дуже наближені значення. Крім того, цим рівнянням можна користуватися в разі повного змочування, коли cos Θ = 1.
Обидва рівняння, застосовні в разі, коли хоча б одна фаза рідка, абсолютно непридатні для оцінки міцності адгезійного зв'язку між двома твердими тілами, так як в останньому випадку руйнування адгезійного з'єднання супроводжується різного роду незворотними явищами, зумовленими різними причинами: непружними деформаціями адгезиву і субстрату, освітою в зоні адгезійного шва подвійного електричного шару, розривом макромолекул, «витягуванням» продіффундіровавшіх решт макромолекул одного полімеру з шару другог про та ін.
адгезія полімерів
Методи визначення адгезії
- Метод одночасного відриву однієї частини адгезійного з'єднання від іншого по всій площі контакту;
- Метод поступового розшаровування адгезійного з'єднання.
Метод відриву - адгезія
При першому способі руйнівне навантаження може бути додана в напрямку, перпендикулярному площині контакту поверхонь (випробування на відрив) або паралельному їй (випробування на зсув). Ставлення сили, який може здолати при одночасному відриві по всій площі контакту, до площі називається адгезійним тиском, тиском прилипання або міцністю адгезійного зв'язку (н / м2, дин / см2, кгс / см2). Метод відриву дає найбільш пряму і точну характеристику міцності адгезійного з'єднання, однак застосування його пов'язано з деякими експериментальними труднощами, зокрема з необхідністю строго центрированного прикладання навантаження до випробуваному зразку і забезпечення рівномірного розподілу напружень по адгезійною шву.
Ставлення сил, який може здолати при поступовому розшаровуванні зразка, до ширини зразка називається опором відшаровування або опором розшарування (н / м, дин / см, гс / см); часто адгезію, яка визначається при розшаровуванні, характеризують роботою, яку необхідно затратити на відділення адгезиву від субстрату (дж / м2, ерг / см2) (1 дж / м2 = 1 н / м, 1 ерг / см2 = 1 дин / см).
Метод розшаровування - адгезія
Визначення адгезії розшаровуванням більш доцільно в разі вимірювання міцності зв'язку між тонкою гнучкою плівкою і твердим субстратом, коли в умовах експлуатації відшаровування плівки йде, як правило, від країв шляхом повільного поглиблення тріщини. При адгезії двох жорстких твердих тіл більш показовий метод відриву, т. К. В цьому випадку при додатку достатньої сили може статися практично одночасний відрив по всій площі контакту.
Методи випробувань адгезії
Адгезію і аутогезии при випробуванні на відрив, зсув і розшарування можна визначати на звичайних динамометр або на спеціальних адгезіометрах. Для забезпечення повноти контакту адгезиву і субстрату адгезив застосовують у вигляді розплаву, розчину в летучому розчиннику або мономера, який при утворенні адгезійного з'єднання полимеризуется.
Однак при затвердінні, висиханні і полімеризації адгезив, як правило, зазнає усадку, в результаті чого на міжфазної поверхні виникають тангенціальні напруги, що ослабляють адгезионное з'єднання.
Напруження ці можуть бути в значній мірі усунені введенням в клей наповнювачів, пластифікаторів, а в деяких випадках термообробкою адгезійного з'єднання.
На визначається при випробуванні міцність адгезійного зв'язку істотно можуть впливати розміри і конструкція випробуваного зразка (в результаті дії т. Н. Крайового ефекту), товщина шару адгезиву, передісторія адгезійного з'єднання і інші фактори. Про значеннях міцності адгезії або аутогезии, можна говорити, звичайно, лише в разі, коли руйнування відбувається по міжфазній межі (адгезія) або в площині першого контакту (Аутогезія). При руйнуванні зразка по адгезиву одержувані значення характеризують когезійну міцність полімеру.
Деякі вчені вважають, однак, що можливо тільки когезійний руйнування адгезійного з'єднання. Спостерігається адгезійний характер руйнування, на їхню думку, лише здається, оскільки візуальне спостереження або навіть спостереження за допомогою оптичного мікроскопа не дозволяє виявити на поверхні субстрату залишається найтонший шар адгезиву. Однак останнім часом і теоретично і експериментально було показу але, що руйнування адгезійного з'єднання може носити найрізноманітніший характер - адгезійний, когезійний, змішаний і мікромозаічний.