Міцність адгезійного з’єднання

Необхідна міцність адгезії може бути досягнута за рахунок узгодженої взаємодії кількох адгезійних механізмів, таких як велика площа поверхні близького контакту між адгезивом і субстратом, що забезпечує безліч ділянок для освіти слабких вторинних зв'язків, поверхневі поднутренія, що створюють умови для мікромеханічного зчеплення.

Є можливість визначити приблизну значення теоретичної міцності адгезійного з'єднання між рідиною і твердим тілом.

Припустимо одиницю площі поверхні твердого тіла, що знаходиться в контакті з рідиною. Енергія, яка буде потрібно для поділу цих матеріалів, буде являти собою різницю між будь-, визначеної в практичних умовах. Наприклад, дві скляні пластини, утримувані знаходиться між ними рідиною, важко відокремити один від одного шляхом відриву, проте їх легко розділити зрушуючи одну пластину по відношенню до іншої, оскільки опір зрушенню визначається тільки в'язкістю знаходиться між ними рідини.

Таким чином, для рідкого адгезиву недостатньо змочувати поверхню субстрату і забезпечувати хімічний зв'язок між ними. Він повинен також протистояти дії розтягуючих і зсувних зусиль, які можуть викликати руйнування всередині самого адгезиву. Підвищення в'язкості може збільшити опір зрушенню, і на цьому заснований принцип дії односторонніх клейких стрічок.

Коли дві круглі пластини з'єднані разом знаходиться між ними в'язкою рідиною (Рис. 1.10.11), то при спробі їх розділити співвідношення між силою, яка буде потрібно для їх поділу, і в'язкістю рідини можна виразити таким чином:

F = 3/2 (nr | R / ri) (oiT./5t),

де г | - це в'язкість, R - радіус пластин, h - товщина адгезиву.

Мал. 1.10.11. Дві пластини утримуються разом шаром в'язкої рідини між ними

Не розглядаючи яким чином було виведено це рівняння, відзначимо, що в основі його було прийнято допущення, що полягає в додаванні додаткової кількості рідини для заповнення зростаючого простору між двома пластинами у міру їх віддалення один від одного при поділі. Це рівняння показує, що сила залежить від в'язкості і товщини шару адгезиву. Чим вище в'язкість адгезиву, і чим менше його товщина, тим вищим має бути зусилля, потрібне для поділу двох пластин. Цей вислів також показує, що необхідне зусилля залежить від швидкості відділення однієї пластини від іншої.

При високих швидкостях поділу пластин виникає опір буде набагато більшим, ніж при низьких. Адгезионная зв'язок не здатна чинити опір тривалому впливу низьких навантажень, оскільки в кінці кінців вона зруйнується через в'язкої течії. Отже, краще опір зрушенню може надавати рідина, яка перетворюється на тверду речовину, оскільки це істотно підвищує її стійкість до зрушення.

Реальна міцність зв'язку

Було встановлено, що реальна міцність адгезійного з'єднання, як мінімум, на порядок менше, ніж отримана шляхом теоретичних розрахунків. Крім того, нерідко спостерігають, що розрив зв'язку відбувається частіше за все не по поверхні розділу між адгезивом і субстратом, а всередині адгезиву, що є не адгезійним, а когезійним руйнуванням.

Там же, де руйнування дійсно носить адгезійний характер, найбільш імовірною причиною його виникнення можна вважати нездатність адгезиву забезпечити близький контакт з субстратом, і тому взаємодія на молекулярному рівні виявляється неможливим. Перешкодами для хорошого контакту можуть бути забруднення субстрату, або захоплення повітря або іншого газу на поверхні розділу. В цьому випадку руйнування адгезійного контакту може відбуватися по поверхні розділу, що виникає в результаті утворення і зростання пустот в ослаблених ділянках уздовж кордону адгезійного з'єднання. Тут слід ще раз підкреслити важливість чистоти поверхонь для отримання міцного адгезійного з'єднання.

Насправді, міцність багатьох адгезійних зв'язків залежить більшою мірою від концентрацій напруги в адгезиві або на поверхні розділу між адгезивом і субстратом, ніж від локальних сил тяжіння, що діють на поверхні розділу. Особливо це відноситься до таких випадків, коли адгезионное з'єднання піддається впливу агресивних речовин, що містяться в навколишньому середовищі, або концентрації високих напруг. Зазвичай адгезіви володіють нижчими механи востями (тобто межами міцності на розтягнення і на зрушення), ніж субстрати, з якими вони пов'язані, отже, найважливішу роль можуть грати поверхневі і внутрішні дефекти адгезиву, від яких і буде залежати міцність адгезійного з'єднання .

Наприклад, якщо на поверхні або всередині адгезиву, пов'язаного з субстратом, є численні дефекти, то ймовірність виявлення дефекту критичного розміру буде зростати в міру збільшення площі поверхні адгезиву. З тієї ж причини слід прагнути до мінімальної товщині нанесеного шару адгезиву. Плівка наноситься адгезиву повинна бути дуже тонкою, але цьому заважає введення в адгезив частинок наповнювача для підвищення його міцності.

Існує ще одна причина, по якій кількість наноситься адгезиву повинно бути мінімальним. Це - усадка при твердінні адгезиву. При усадки адгезиву виникають сили стиснення, які діють в напрямку від поверхні субстрату. Якщо сили стиснення будуть досить високими, то це може привести до відриву адгезиву від субстрату відразу ж після його затвердіння. Але навіть, якщо в початковий період після затвердіння адгезиву, незважаючи на дію усадочних сил стиснення, зв'язок буде зберігатися, з часом накопичення напружень може привести до руйнування адгезійного з'єднання. Чим тонше шар адгезиву. тим менше буде його усадка.

Нерідко в сумісних з субстратами системах адгезивов, таких, як протравлена ​​кислотою емаль H полімер, відбувається руйнування зв'язку. Це пов'язано з неправильним виконанням або невиконанням якихось процедур, оскільки при ретельному виконанні умов забезпечення адгезії міцність зв'язку між адгезивом і субстратом буде дуже високою.

Основи стоматологічного матеріалознавства
Річард ван нурт