Теоретични основи на адхезия и експериментални методи за определяне на якост на сцепление, теория

теория адхезия

Адхезия (или адхезия) се казва съединител довежда в контакт две повърхности на различни природни материали. За свързващите повърхности на различни органи, имащи полимерни връзки, естеството на който може да бъде различен. Появата на връзките между залепени или заварени повърхности възниква през време и се определя от механизма за адхезия. В процеса на свързване на два полимерни повърхности с времето е увеличение в истинския контактна зона и броя на връзки, свързващ контакт повърхността. Съединения, които предоставят полимерен тяло адхезия към друг (полимер, метал, и т.н.) на тялото, могат да бъдат причинени както от междумолекулни взаимодействия и силите на основните химични валентности.

След привеждане на тялото в контакт едновременно започват да се развиват три процеса: увеличаване на истинските размери на контактната площ, дифузия и появата на слепени. Увеличаването на истински контакт повърхността може да се дължи на редица различни причини, като дрениране на тялото, които са в течно състояние, в порите и microdefects друг каучуково или развитие vynuzhdennoelasticheskoy деформационни.

Като цяло, якостта на адхезия на Ad (изчислен конкретна операция на залепване неуспеха лепило) се изрази както следва:

където Ui - енергията на една от лепило връзка I-тип; NTI - брой на връзки и тип ОТПАДЪЦИ на единица площ, задаване на времето на настъпване на фрактури.

Той предложи няколко теории за сцепление. Около тях имаше много спорове, вероятно се дължи на преоценка на своите качества. Повечето теории се счита за образуване лепило връзка. Въпреки че всяка теория гласи, че тя обяснява феномена на сцепление, в действителност, някои от предложените теории може да се занимава само с един конкретен аспект на сложно явление. По този начин, единна теория би било по-правилно и полезно. В момента известна механична теория, адсорбция, електрически, дифузия, химически, релаксация адхезия теория, както и някои други понятия, различни интерпретации на механизма на сцепление.

По-долу ще разгледаме някои от най-разумна теория на сцепление.

Механичната теория на сцеплението

Един от първите хипотези, обясняващи адхезия на адхезивния филм от повърхността на субстрата е хипотезата на механични смущения адхезивни microdefects в субстрата, т.е. така наречената механична адхезията. Mc Bain адхезия разглежда като процес на проникване на лепилото поради миграцията в порите и грапавостта на свързващите повърхности на субстрата за образуване на пръти и нитове. Като пример за типично свързване порести материали - дърво, хартия. Въпреки това, следващите неуспешни опити да залепят дървена конструкция с ниска точка на топене на метал адхезия показа липса на механична теория свързване, за да обясни този феномен.

Адсорбция теория на сцеплението

Адсорбция теория (наричан също молекулно адсорбция или молекулно) проверява резултата от адхезионни сили прояви молекулно взаимодействието между молекулите на лепило и контакт на субстрата. Поради това е важно, че лепилото и субстрата има полярни функционални групи, способни на взаимодействие, както следва от полярността на правилата. Висока адхезия не може да бъде постигнато между субстрата и полярен или неполярен лепило между полярен и неполярен субстрат лепило.

Адсорбция теория разделя адхезията на процеса на образуване на лепило връзка на два етапа. Първият етап - "транспортиране" на адхезивните молекули към повърхността на субстрата. Повишаване на температурата и налягането, въвеждането на пластификатори, използването на разтворители - всички тези фактори улесняване на потока на първия етап на процеса и допринасят за комуникацията между молекули на лепило и субстрат. Разпространение на твърди повърхности, лепилото трябва да проникне в множество пори, пукнатини и капиляри запълване скорост зависи не само от геометричните размери и вискозитета на лепилото, но и на напрежението на омокряне и повърхност. Колкото по-пълно омокряне, толкова по-малки въздушни мехурчета остават в microrecesses повърхност на граничната повърхност с лепилото и толкова по-висока може да бъде евентуално силата на лепило връзка. Омокрящи и разпространение на лепило върху повърхността на субстрата се придружава от повърхностно дифузия и миграцията на молекули на повърхността на лепило. Тези процеси в различна степен са подготвителни. Вторият етап започва веднага като разстоянието между молекулите ще бъде по-малко от 5 # 65. Между молекули на лепило и субстрат сила молекулните сили. Постепенно идва равновесие на адсорбция.

Най-значителен напредък в изучаването на сцепление - установи ясна връзка между количеството на функционалните групи в лепилото и на степента на адхезия. Систематичното изучаване на голям брой различни предмети, беше установено, че кривата на зависимостта на якост на сцепление на съдържанието на самозалепващи функционални групи има изразен максимум.

Химическа теория на сцепление

Химическа теория адхезия идва от факта, че при взаимодействието на лепилото - субстрат, формирането на междуфазовите химични връзки. Химично свързване енергия е обикновено около 80 ккал / мол, докато ван дер Ваалс енергия взаимодействие само 2.5 ккал / мол, и поради това е естествено, че образуването на химически връзки в повърхностна област контакт ефективно насърчаване адхезия. Фактът, че присъствието на химичната връзка значително увеличава силата на сцеплението е доказано експериментално. Установено е, че чрез формиране на сила химична връзка адхезия увеличава около 35 пъти в сравнение с Ван дер Ваалс взаимодействието, което съответства на съотношението между енергиите на тези връзки. Функционални групи с висока реактивност - карбоксил, амин, амид, хидроксилни, епокси и изоцианатни - насърчаване на адхезия към различни субстрати.

Теорията на дифузия на сцеплението

Възприемане на взаимна дифузия на полимер и връзката на тези процеси с проявите на сцепление и autohesion там за дълго време. Проучване срастване явление бе инициирана с телата на идентичен характер и терминът "autohesion" беше предложена за него.

Autohesion свързани с присъствието на полимерната повърхност свободно подвижен края на макромолекули, поради което има "слят" на двете повърхности в контакт. Общоприето е мнението, че в основата на тези процеси е феноменът на дифузия на макромолекули или техните сегменти.

Разпространението може да се осъществи чрез залепване на различни полимери. Адхезията на полимери с намалена дифузия на макромолекули или техните сайтове и по този начин да се образува между лепилото и субстрата "шипове", представляващи постепенен преход от един полимер към друг. Представяне на решаващата роля на дифузия в определяне на адхезивната връзка, особено в системи полимер - полимер широко използван, наречен дифузия теория на сцепление.

Ролята на взаимна или едностранна дифузия по време на формирането на самозалепващи фуги в някои случаи може да бъде доста значителен. Diffusion - един от най-ефективните начини за постигане на молекулно контакт между лепилото и субстрата. По-дълбокият макромолекула лепилото вградени в основата, по-благоприятни условия за реализиране на максималния възможен брой връзки между молекулите на лепило и субстрат. Все пак, това не означава, че той не позволява макромолекули в лепило основата не може да се постигне висока якост на сцепление. Но тъй като в реални системи са фактори, които намаляват стойността на силата на лепило, разпространението на макромолекули в лепило субстрат може да бъде много полезен. Ако лепилото макромолекулите в образуването на адхезивната връзка разпространени в субстрата в значителна дълбочина, общата стойност на междумолекулни взаимодействия може да надвишава силата, необходима да се пробие химични връзки. Този ефект е свързан със структурата на молекулната верига на полимерни лепила.

Тя често се приема, че движещата сила е дифузията на концентрационен градиент. Въпреки това движение, причинено от градиента на концентрация води до постепенно и хомогенизиране система не изчерпва всички възможни прояви на този сложен процес. Много често, когато дифузия не настъпва изравняване концентрации, и обратно, по-нататъшно разделяне на компоненти. Следователно, по-правилно да се предположи, че движещата сила на дифузия е разликата между термодинамичните потенциали. Подравняване и термодинамични потенциали подход за термодинамично равновесие се постига благодарение на топлинната движението на атоми (молекули).

В основата на молекулно-кинетичната дифузията в полимери на понятията флуктуация в течности. Молекулите, които се движат в дифузионната вещество в кондензирано тялото отделни импулси чрез "отвор" - микрокухини, които възникват в резултат на флуктуация кинетични единици, атоми и молекули в масата на твърдото вещество в непосредствена близост на дифузия молекула.

Дифузията в полимери са неразривно свързани с гъвкавостта на макромолекули. Колкото по-висока гъвкавост на макромолекулата, на богат набор от неговите конформации и по-малкия размер сегмент. По-малкият размер сегмент, по-независимо движещите се части на макромолекулите, най съседен на молекула дифузия колебания плътност материал се появят и микрокухини се образуват и се придвижва по-бързо разсейващата средство в полимера. В еластомери сегмент от стойността на няколко единици. В стъклени полимерни сегменти размери, съизмерими с размерите на макромолекули, т.е. на практика няма независими движение единици. Нетните пространствени полимери имат значително въздействие върху гъвкавостта. Особено забележим ефект мрежа, когато частите на дължината на веригите между мрежовите точки е от същия порядък като размерите на сегментите.

Дифузията в стъклени и кристални полимери, характеризиращи се с много нисък коефициент на дифузия. Въпреки това, такива материали често имат система на вътрешни кухини, пукнатини и капиляри, които имат значителен ефект върху разпространението.

В метали и очила дифузия вещество се въвежда в кристалите и дифундира в междините на решетката. Разбираемо е, че по този начин може да дифундира атомите и молекулите само много малки размери. Том дифузия може да се извърши чрез прехвърляне в кристалната решетка, както и чрез позиции ( "дупки"). Освен това, има и друг вид неспецифично активиран дифузия - дифузия по пукнатините молекулен размер, границите на зърното, и т.н. Когато температурата се понижава по-чувствителни към разпространението й в намалява решетъчни, и започва да се увеличава дифузия по границите на зърната. Обикновено този вид дифузия на метали и стъкло е преобладаващ.

Също дифузия на макромолекули да разгледа дифузия през границата между различни нискомолекулни вещества - съставките, съдържащи лепилото и субстрата, примеси, нереагиралите мономери и т.н. В резултат на разпространението на тези вещества може да се променя якостните свойства на лепилото и субстрата, което от своя страна ще се отрази на степента на адхезия.

Положителната страна на дифузията на представителства в адхезията е точно от гледна точка на характеристиките на полимерни лепила - верига структура и гъвкавостта на техните макромолекули. Въпреки изявленията на приложимост дифузия в адхезия към реалните системи е много ограничен и определят чрез представяне на най-малко две условия на термодинамична (полимери трябва да са във взаимни) и кинетични (макромолекули и техните връзки, за да имат достатъчно мобилност), - да се разгледа тяхната роля в изследването на условия за образуване молекулярни контакти.

Електрически теория адхезия

Процеси в основата на електростатичния заряд, са много сложни, разнообразни по своя характер, но не се разбира добре. Най-общият характер е идеята на двойната слой Хелмхолц - молекулярна кондензатор, възникващи в зоната на контакт между две различни повърхности. При контакт на електрода е счупен и кондензатор се разпада за всеки детектиран такси на обратен знак. Следователно, причината се крие в електростатично разделяне на електрическата двоен слой заплащане. При установяване на контакт с лепила за основи от различен характер, в повечето случаи има и електрически двоен слой.

Един възможен механизъм за формиране на електрически двойни слоеве е ориентацията на повърхността на неутрални молекули, съдържащи полярни групи. Този случай съответства когато в процеса на контакт електрификация срещащи се в интерфейса на субстрат-полимер лепило, независимо от това дали субстратът е метал, стъкло, полимер и т.н. По-голямата част от диелектрици, съдържащи полярни групи. Теглото на веществото на техните диполни моменти са взаимно компенсирани и на повърхността - не. При контакт на метал или диелектрично ориентацията повърхност дипол се случи, и повърхността придобива определена такса величина и знак. По този начин, наличието на такси върху повърхностите в контакт на метал и диелектрик или два диелектрици се дължи на ефекта на ориентация. При установяване на контакт с лепило полимерни субстрати от различно естество възниква интерфейс двоен електрически слой. Процесът разработени в съответствие с описаните механизми и е следствие на химическо взаимодействие между лепилото и субстрата, образуване на водородни връзки, донор-акцепторни взаимодействия, дипол ориентирани адсорбция на молекули на лепилото върху повърхността на субстрата, различни електрон афинитет на лепилото и субстрата. Във всички тези случаи е зададен като разпределение на електронната плътност, че комбинираният ефект води до образуване на двоен слой на граничната повърхност. Когато изолация на полимерен филм е доминиран от положителни заряди от едната страна до другата - отрицателен. Всичко това е в основата на електрическата теория на сцепление.

Проучването на електрически сили, стимулирани от следните фактори. На първо място, някои аспекти на сцепление явления не може да се намери удовлетворително решение в рамките на съществуващите идеи. По-специално, то не е достатъчно ясно естеството на силата на сцеплението в зависимост от степента на прилагане счупи сила. Поради това, че се предполага, че силата на залепване не може да се дължи на действието на само един молекулни сили. Това е идея на допълнителните фактори - ролята на двоен електрически слой, който възниква при лепилото - субстрат. От друга страна, поддържането на електрическа енергия за възможно за пръв път да обясни различните електрически явления, срещащи се в нарушение адхезивните повърхности взаимодействие образувани при скъсване на лепило съединение, поява на електрически разряди, придружена с характерна пукане и луминесценция, електронни емисии и накрая, прекомерно-високи стойности на работа кора.

Реологично теория на сцеплението

YO Bickerman предложен реологичните теория на сцепление. Според тази теория на сцепление - в резултат на молекулни взаимодействия. Лепило може по принцип да бъде всяко вещество, което, след превръщане в течно състояние и се прилага към повърхността на свързване може да се втвърди. Ако изображението на пълна молекулно контакт между лепилото и субстрата, на междумолекулна взаимодействието е достатъчно за появата на такава силна връзка, че разрушаването на интерфейса не може да се реализира. Следователно силата на такава система трябва да се определя само от силата на неговите компоненти - лепилото и субстрата. Наблюдавани при случаи практика neskleivayuschihsya повърхности Ya.O. Bikerman обяснява липсата на условия за образуване на лепило контакт с истинската повърхността на субстрата се дължи на присъствието на слаби гранични слоеве в система адхезив субстрат. Причините за тези слоеве могат да бъдат различни: замърсяване, например, вещества с ниско молекулно тегло, които мигрират от масата или адсорбирани от околната среда; окисляване на повърхността под влиянието на атмосферен кислород и образуване на окисен слой е механично слаб; Накрая, наличието на адсорбирания мономолекулен слой на газ (въздух). Ако тези слоеве не се изтриват (например, пречистване или в случай на мономолекулярна газ слой няма газ се замества с лепило разпределени по повърхността на субстрата), след образуването на съединението в системата настъпва слаба връзка, чрез която и фрактура може да възникне, което създава появата на унищожаването на интерфейса ,

Реологично теория на сцепление, както и всички други, е бил критикуван, която се изразява най-вече съмнения по отношение на невъзможността за унищожаване на интерфейса (лепило недостатъчност), а такива случаи се наблюдават в практиката. Такова унищожаване е несъмнено по делото, но все още не е успял да докаже, че в тези случаи всъщност е предоставена доста изчерпателен молекулно контакт между лепилото и субстрата. По този начин, ако основните разпоредби на реологичните теория смятат теоретично, в идеалния случай, те не са недопустими. Тази теория могат да бъдат изключително полезни практически изводи, особено за важността на оптималната подготовка на непосредствен контакт за надеждни лепило ставите.