Статья по теме: Адгезионного соединения

Предметная область: полимеры, синтетические волокна, каучук, резина

Скачать полный текст

Прочность адгезионного соединения зависит не только от взаимодействия молекул на границе фаз, но и от ряда других факторов (условия формирования адгезионного соединения, продолжительность контакта поверхностей, скорость приложения нагрузки и т. д.); существенное значение имеют механические свойства соединенных материалов, которые могут отличаться от соответствующих показателей тех же материалов, взятых в отдельности, вследствие изменения их структуры под влиянием силового поля твердой поверхности [53] —эффект дальнодействия.[8, С.470]

Для обеспечения прочного адгезионного соединения необходимо по возможности увеличить площадь контакта. Однако следует иметь в виду, что одного этого часто бывает недостаточно, если поверхностный слой одного из соединяемых тел обладает низкой механической прочностью. Так, в случае кристаллизующихся полимеров, у которых рост сферолитов сопровождается вытеснением низкомолекулярных фракций на периферию, поверхностный слой, если не принять специальных мер, обеспечивающих интенсивное зародыше-образование на поверхности, будет обладать меньшей прочностью. Увеличения прочности поверхностного слоя удается добиться, инициируя формирование сетчатых структур на поверхности твердого тела [6]. Плавление кристаллизующихся полимеров на поверхности подложки, обладающей высоким уровнем свободной поверхностной энергии (например, полиэтилена на поверхности алюминия), обеспечивает формование прочных адгезионных соединений. В то же время адгезия к поверхности алюминия полиэтиленовой пленки, охлаждение которой происходило на воздухе, оказывается невелика. Известны экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что интенсивное зародышеобразование, возникающее на поверхности с высокой поверхностной энергией, сопровождается вытеснением с поверхности низкомолекулярных фракций. Одновременно в поверхностном слое возникает большое число межмолекулярных и внутрикристаллических зацеплений. Оба эти эффекта приводят к упрочнению поверхностного слоя и способствуют увеличению прочности адгезионного соединения.[2, С.83]

Если растворитель активно взаимодействует с поверхностью, то формирование адгезионного соединения начинается фактически только тогда, когда большая часть растворителя удалена из системы и возможно образование большого числа связей между полимерной молекулой и поверхностью в условиях, когда функциональные группы полимера уже не блокированы растворителем. В этом случае при удалении растворителя в ходе формирования пленки на поверхности происходит постепенное возрастание концентрации раствора и резко изменяется соотношение между суммарным числом взаимодействий полимерных молекул и молекул растворителя с поверхностью. Одновременно происходит и изменение структуры полимера, протекают процессы возникновения и релаксации внутренних напряжений, оказывающие влияние на прочность адгезионной связи [242, 243].[9, С.174]

Рассмотрим подробнее вопросы адгезионной прочности. Об адгезии обычно судят по удельной силе и удельной работе разрушения адгезионного соединения, т. е. по адгезионной прочности. Однако прочность адгезионного соединения (адгезионная прочность) зависит не только от молекулярного взаимодействия на границе раздела фаз, но и от условий формирования соединений, формы и размеров образцов, механических характеристик соединяемых материалов, условий приложения разрушающего напряжения и многих других факторов, не имеющих, строго говоря, к^адгезии непосредственного отношения. В этом одна из принципиальных трудностей, возникающих при изучении адгезии. Дело в том, что при разрушении адгезионного соединения значительная часть работы затрачивается на деформацию компонентов адгезионного соединения. Адгезионная прочность может быть приравнена к адгезии.только тогда, когда адгезионное соединение лишено каких-либо дефектов, а разрушение соединения производят с бесконечно малой скоростью [3]. Практически эти условия невыполнимы, и поэтому адгезия и адгезионная прочность не могут быть отождествлены.[11, С.7]

Между тем отрыв, как указывает Я. О. Бикерман [12], практически никогда не происходит между двумя материалами. Всякое разрушение адгезионного соединения включает когезионное разрушение, и случаи истинно адгезионного разрушения редки, но даже и тогда отрыв является неравномерным. Поэтому прямое сопоставление найденных в различных работах характеристик адгезии с данными по адсорбции тех же полимеров к тем же поверхностям не может быть использовано для решения вопроса о связи адгезии и адсорбции. Поясним это положение на некоторых примерах.[9, С.173]

В процессах получения полимерных материалов весьма важную роль играет смачивание твердых поверхностей олигомерными и полимерными молекулами. Хорошее смачивание является необходимым условием прочного адгезионного соединения и высоких показателей физико-механических свойств материала. Однако с термодинамической точки зрения и эта проблема также сводится к адсорбции полимерных молекул на границе раздела. Здесь возникает еще один весьма важный вопрос — об изменении адсорбционного взаимодействия на границе раздела фаз при полимеризации или поликонденсации. Действительно, условия возникновения адсорбционных связей на границе раздела должны существенно зависеть от свойств макромолекулы: ее химической природы, молекулярной массы и гибкости.[10, С.12]

В процессах получения полимерных материалов весьма важную роль играют процессы смачивания твердых поверхностей олиго-мерными и полимерными молекулами. Хорошее смачивание является необходимым условием прочного адгезионного соединения и высоких физико-механических свойств материала [15—17]. С термодинамической точки зрения эта проблема также сводится к адсорбции полимерных молекул на границе раздела. Здесь возникает еще один весьма важный вопрос об изменении адсорбционного взаимодействия на границе раздела фаз при полимеризации или поликонденсации, т. е. при переходе от низкомолекулярного соединения к высокомолекулярному [18]. Действительно, условия возникновения[9, С.4]

Клейкость. Как только жидкий адгезив заполнит зазор между двумя субстратами, для их разъединения требуется определенное усилие. Это усилие fm при обсуждении клейкости и прочности-сцепления будем обозначать просто /, если только не будет специально обсуждаться влияние давления при формировании адгезионного соединения.[4, С.89]

Дальнейшее рассмотрение механизма адгезии обычно включает анализ физико-химического процесса отверждения жидкого адгезива (или его вулканизации — в случае резиновых смесей), учет вредного влияния объемных усадок, остаточных напряжений, наличия микродефектов в окончательной склейке, ее прочностных (когезионных) свойств и выяснение роли конструктивных факторов и геометрических характеристик адгезионного соединения [43— 46].[4, С.91]

Для прочного слипания двух твердых тел необходимо обеспечить тесный контакт между их поверхностями, поскольку ван-дер-вааль-совы силы оказываются пренебрежимо малыми, если расстояние между молекулами превышает несколько ангстрем. Боуден и Тейлор [5] установили, что из-за существования микрошероховатостей на поверхности контакта (рис. 4.2) фактическая площадь контакта составляет очень небольшую часть номинальной площади контакта. Для адгезии твердых тел большое значение имеет не только величина фактической площади контакта, но также и отсутствие на поверхности контакта различных органических загрязнений или оксидов, наличие которых существенно уменьшает прочность адгезионного соединения. Существенное уменьшение площади фактического контакта может произойти из-за эластического восстановления пиков поверхностных шероховатостей, развивающегося после снятия нормальной нагрузки, обеспечивающей прижатие друг к другу контактирующих твердых тел. Чтобы предотвратить это уменьшение площади фактического контакта, необходимо произвести отжиг контактирующих поверхностей под действием сжимающей нагрузки. Часто для увеличения поверхности фактического контакта между двумя твердыми телами вводят слой жидкости, которая, затвердевая, обеспечивает необходимую для эксплуатации прочность адгезионного соединения.[2, С.82]

При дублировании двух слоев невулканизованных резиновых смесей, которые можно рассматривать как вязкие или упруговязкие жидкости, сравнительно быстро достигается плотный контакт по площади, соответствующей номинальной площади контакта. Если полимеры несовместимы термодинамически, то между ними сохраняется четкая граница раздела. При этом адгезия определяется межмолекулярным взаимодействием {32] или (при полном отсутствии воздушных включений, загрязнений и оксидных пленок на поверхности) когезионной прочностью более слабого компонент а._Если_же jro/mмеры совместимы_ (самопроизвольно смешиваются), то вследствие взаимодиффузии макромолекул будет происходить постепенное размывание границы контакта с образованием промежуточного диффузного слоя. При этом граничный слой приобретает свойства полимера в объеме и прочность адгезионного соединения также следует рассматривать с позиций общих представлений о природе (объемной) прочности полимеров. При соединении резиновой смеси с вулканизатом, даже если они приготовлены на основе совмещающихся каучуков, вследствие наличия пространственной устойчивой структуры у вулканизата возможна, главным образом, односторонняя диффузия смеси. Поэтому всегда сохраняется четкая граница раздела и глубокий микрорельеф поверхности. Истинная (фактическая) площадь контакта в этом случае может быть гораздо больше (в десятки раз) номинальной [39, 40] и при полном покрытии этого рельефа пластичной резиновой смесью прочность связи может быть довольно высокой (до 1—2 МПа), даже если удельное межмолекулярное или химическое взаимодействие сравнительно мало и имеются многочисленные дефекты и включения в граничном слое. Например сложная структура технических волокон (рис. 2.18) может быть причиной многих дефектов резино-кордной системы.[4, С.96]

... отрезано, скачайте архив с полным текстом ! Полный текст статьи здесь