АДГЕЗИЯ ПРИ СКЛЕИВАНИИ

Склеивание, как и сварка и пайка, является способом получения монолитного, т.е. сплошного, соединения. Однако, в отличие от сварки и пайки, склеивание производится без энергии извне, а только путем введения клеящего вещества и протекания физикохимического процесса между ним и соединяемыми материалами.

Для склеивания на очищенные от загрязнений поверхности склеиваемых тел наносят слои клея. После достаточной выдержки поверхности со слоями клея приводят в соприкосновение и под определенным внешним усилием некоторое время снова выдерживают. Выдержка необходима для улетучивания растворителя клея или протекания возможных химических реакций в самом клее, а также адгезионных процессов между клеем и твердыми поверхностями и когезионных процессов между слоями клея.

При склеивании, в зависимости от природы адгезива и субстрата, между ними может происходить как молекулярная (физическая) адгезия, так и химическая — преимущественно ковалентная, или, как принято говорить, координационно-ковалентная, так как она происходит между разнородными молекулами. Последний вид адгезии обеспечивает наиболее прочное клеевое соединение. Когезия между самими слоями клея либо сразу химическая в случае неорганических клеев, либо, в случае органических клеев, вначале молекулярная, пока клеящее вещество является мономером, а затем химическая с ковалентной связью после полимеризации клея.

Существует несколько теорий адгезии при клеении, появлявшихся по мере исторического развития технологии этого процесса.

  • 1. Адсорбционная теория (Мак Ларен и Дебройн). По этой теории процесс склеивания состоит из следующих стадий: а) миграция молекул, например органических мономеров или полимеров, из раствора к поверхности субстрата; б) адсорбция адгезива на поверхности. При уменьшении расстояния между адгезивом и субстратом до 5А начинают действовать молекулярные силы притяжения и образуются молекулярные связи различного типа. Длинные полимерные молекулы обеспечивают более сильную адгезию, чем короткие, так как при образовании полярной или индукционной связи дипольные моменты длинных цепей во много раз сильнее, чем коротких. Таким образом, адсорбционная теория рассматривает адгезию как чисто поверхностный процесс с образованием вандерваальсовых связей. Некоторые экспериментальные данные ее подтверждают. Но эта теория имеет и слабые стороны. Исследования показали, что работа отрыва пленок полимеров может достигать 10—103 Дж/м2, тогда как работа отрыва молекулярных связей — не более 1 Дж/м2.
  • 2. Диффузионная теория (С.С. Воюцкий). Разработана применительно к склеиванию полимеров полимерными клеями. При контакте субстрата с адгезивом, который находится в вязкотекучем состоянии (например, горячий термопласт или мономер), молекулы адгезива диффундируют в субстрат, находящийся в полимеризо- ванном состоянии, образуя прочную адгезионную связь с большой долей ковалентной связи.

Скорость диффузии зависит от величины и формы молекул: чем больше их размеры и чем больше они имеют коротких боковых ответвлений, тем меньше адгезия. Пространственные полимеры (ре- актопласты) не способны к адгезии, так как поперечные связи между основными цепями не позволяют им диффундировать в субстрат. Действительно, например, каучук (мономер) сам по себе очень клейкий, но после вулканизации совершенно теряет способность к адгезии. Наиболее способны к диффузии мономеры, линейные полимеры или пространственные полимеры с длинными несвязанными ветвями. Диффузионная теория подтверждена множеством экспериментальных данных. Однако она совершенно не может объяснить адгезию неорганических клеев, а также любых клеев к металлическим, керамическим и другим поверхностям, где процессы диффузии практически не успевают развиваться.

3. Электрическая теория (Б.В. Дерягин, Н.А. Кротова). Система адгезив — субстрат является конденсатором, обкладки которого содержат двойной электрический слой. Например, при контакте аморфных тел (стекла, пластмассы и др.) этот слой может возникнуть, если одна поверхность имеет донорные группы, а другая — акцепторные. Работа отслаивания определяется зарядом двойного слоя:

где о — поверхностная плотность заряда, h — расстояние между поверхностями.

Действительно, при разъединении пленок полимеров часто наблюдаются электрические разряды, что говорит о наличии заряда.

К сожалению, ни одна из приведенных теорий не является универсальной, так как дает предпочтение одному из механизмов адгезии. Очевидно, что в общем случае действует обобщенный механизм, включающий и адсорбцию, и диффузию, и электрическое взаимодействие между поверхностями.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >