Fundamentele teoretice ale adeziunii și metode experimentale pentru determinarea rezistenței de adeziune, teoria

teoria de adeziune

Aderența (sau adeziune) se spune ambreiajul adus în contact cu două suprafețe de diferite materiale naturale. Pentru suprafețele de îmbinare ale corpurilor diferite având legături polimerice, natura care pot fi diferite. Apariție a legăturilor dintre suprafețele lipite sau sudate se produce în timp și este definit prin mecanismul de adeziune. În procesul de lipire două suprafețe de polimer cu timpul este o creștere a ariei de contact adevărat și numărul de legături care leagă suprafața de contact. Conexiunile care asigură o adeziune a corpului polimeric la altul (polimer, metal, etc.), corp, pot fi cauzate atât prin interacțiunea intermoleculară și forțează principalele valențele chimice.

După aducerea corpului în contact simultan incepe sa se dezvolte trei procese: a crescut dimensiunile reale din zona de contact, difuzie și apariția de obligațiuni adezive. Creșterea poate apărea suprafața de contact adevărată datorită unui număr de diferite motive, cum ar fi fitil a corpului, fiind în stare lichidă, în porii și microdefectele o altă deformare vynuzhdennoelasticheskoy cauciucată sau de dezvoltare.

În general, puterea de adeziune a anunțurilor (operație specifică estimată de lipire eșec adeziv) este exprimat ca:

unde Ui - energia unuia dintre legăturii adezive i-tip; NTI - numărul de obligațiuni i tip WASTE per unitate de suprafață, stabilită în momentul declanșării fracturii.

Acesta a propus mai multe teorii ale aderenței. În jurul lor a fost o mulțime de controverse, este, probabil, din cauza reevaluarea meritelor lor. Cele mai multe teorii este considerat formarea legăturii adezive. Cu toate că fiecare teorie afirmă că explică fenomenul de adeziune, de fapt, oricare dintre teoriile propuse se pot face numai cu un aspect particular al unui fenomen complex. Astfel, teoria unificată ar fi mai corect și util. În prezent, cunoscut teoria mecanică, adsorbtie, electrice, de difuzie, chimice, teoria de relaxare adeziune, precum și alte concepte, interpretări diferite ale mecanismului de adeziune.

Mai jos, voi lua în considerare unele dintre teorie cea mai rezonabilă de aderență.

Teoria mecanică a aderenței

Una dintre primele ipoteze care explică aderența peliculei adezive de pe suprafața substratului a fost ipoteza microdefectele înțepenire adezive mecanice în substrat, adică așa-numita aderență mecanică. Mc Bain adeziune considerată ca un proces de penetrare a adezivului datorită migrației în porii și rugozitatea suprafețelor de lipire ale substratului pentru a forma tije și nituri. Ca un exemplu de materiale poroase de lipire tipic - lemn, hârtie. Cu toate acestea, încercări nereușite ulterioare pentru a lipi structura de lemn, cu punct de topire scăzut de adeziune din metal a arătat eșecul teoriei bonding mecanice pentru a explica fenomenul.

Teoria Adsorbția de adeziune

Teoria Adsorbția (de asemenea, numit adsorbție moleculară sau molecular) examinează rezultatul forțelor de adeziune manifestări interacțiunii moleculare între moleculele de adeziv și punerea în contact a substratului. Prin urmare, este important ca adezivul și substratul au grupări funcționale polare capabile să reacționeze, așa cum rezultă din polaritatea regulilor. Aderență mare nu poate fi realizată între substrat și un adeziv polar sau nepolar între adeziv substratul polar și nepolar.

Teoria Adsorbția împarte adeziunea procesului de formare a legăturii adezive în două etape. Prima etapă - „transportarea“ a moleculelor adezive la suprafața substratului. Creșterea temperaturii și presiunii, introducerea plastifianți, utilizarea solvenților - toți acești factori facilitează curgerea primei etape a procesului și contribuie la comunicarea dintre moleculele de adeziv și substrat. Răspândirea pe suprafețe dure, adezivul trebuie să pătrundă în numeroase pori, fisuri și capilare umple rata depinde nu numai de dimensiunile geometrice și vâscozitatea adezivului, dar, de asemenea, pe tensiunea umectabilitate și de suprafață. Umectarea mai completă, mai mici, bulele de aer să rămână în suprafața microrecesses la interfața cu adeziv și cu atât mai mare poate fi, eventual, rezistența legăturii adezive. Umectarea și împrăștierea de adeziv pe suprafața substratului este însoțită de difuzie de suprafață și migrarea moleculelor ale suprafeței adezive. Aceste procese sunt în grade diferite de pregătire. A doua etapă începe de îndată ce distanța dintre moleculele va fi mai mică de 5 # 65;. Între moleculele de adeziv și substrat devin forțe moleculare eficiente. Treptat vine de adsorbție de echilibru.

Cel mai semnificativ avans în studiul de adeziune - să stabilească o relație clară între cantitatea de grupări funcționale în adeziv și amploarea rezistenței de adeziune. Studiul sistematic al unui număr mare de diferite obiecte, sa constatat că curba dependenței rezistenței adezive asupra conținutului grupelor funcționale adezive are un maxim pronunțat.

Teoria chimică a aderenței

Teoria adeziunii chimice vine de la faptul că la interfața adezivului - substratul, formarea legăturilor chimice interfaciale. energia de legare chimică este în mod tipic circa 80 kcal / mol, în timp ce van der Waals energia de interacțiune numai 2,5 kcal / mol, și prin urmare, este firesc ca formarea legăturilor chimice în câmp de contact interfacial va promova în mod eficient de adeziune. Faptul că prezența legăturii chimice crește foarte mult forța de adeziune a fost demonstrată experimental. S-a descoperit că prin formarea unei forță de adeziune legătură chimică crește de aproximativ 35 de ori în comparație cu Van der Waals interacțiune, care corespunde raportului dintre energiile acestor legături. Grupe funcționale cu reactivitate ridicată - carboxil, amină, amidă, hidroxil, epoxi și izocianat - promovează adeziunea la diferite substraturi.

Teoria difuziei de adeziune

Percepțiile de difuzie reciprocă a polimerului și relația acestor procese cu fenomenele de adeziune și autohesion acolo pentru o lungă perioadă de timp. Fenomenul coalescență Studiul a fost inițiat cu corpuri de natură identică, iar termenul „autohesion“, a fost propus pentru el.

Autohesion legat de prezența pe capătul liber suprafața polimerului mobil a macromoleculelor, din cauza căreia există o „fuziune“ a celor două suprafețe intra în contact. Este general acceptat opinia că baza acestor procese este fenomenul de difuzie a macromoleculelor sau segmentele lor.

Difuzia poate avea loc, de asemenea, prin lipire polimeri diferite. Aderența polimerilor la difuziune redusă a macromoleculelor sau site-urile lor și, prin urmare, pentru a forma între adeziv și substrat „tepi“, care reprezintă o tranziție treptată de la un polimer la altul. Prezentarea rolului decisiv al difuziei în determinarea legăturii adezive, în special în polimer sisteme - polimer utilizate pe scară largă, numită teoria difuziei de adeziune.

Rolul de difuzie reciprocă sau unilaterală în timpul formării îmbinărilor adezive, în unele cazuri, poate fi destul de semnificative. Difuzia - una dintre foarte eficiente metode de a realiza contactul molecular dintre adeziv și substrat. Cu cât mai adânc adezivul macromolecule încorporat în substrat, condițiile mai favorabile pentru realizarea numărului maxim posibil de legături între moleculele de adeziv și substrat. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că nici o difuzie a macromoleculelor în substratul adeziv nu se poate realiza rezistență ridicată aderență. Dar, din moment ce în sistemele reale sunt factori care reduc valoarea rezistenței adezive, difuzia de macromolecule în substratul de adeziv poate fi foarte util. În cazul în care macromoleculele adezive în formarea legăturii adezive difuzată în substrat la o adâncime considerabilă, valoarea totală a interacțiunilor intermoleculare poate depăși forța necesară pentru a rupe legaturile chimice. Acest efect este asociat cu structura lanțului molecular de adezivi polimeri.

Se presupune adesea că forța motrice este gradientul de concentrație de difuzie. Cu toate acestea, mișcarea cauzată de gradientul concentrației conduce la sistem gradual și omogenizare nu epuizează toate manifestările posibile ale acestui proces complex. Foarte des când difuzia nu se produce o concentrație de aliniere, și invers, separarea ulterioară a componentelor. Prin urmare, o mai corect să presupunem că forța de difuzie de conducere este diferența dintre potențialele termodinamice. Alinierea și potențialele termodinamice abordare a echilibrului termodinamic se realizează datorită mișcării termice a atomilor (molecule).

Baza difuziei moleculare cinetice în polimeri și conceptele fluctuațiilor termice în lichide. Molecule în mișcare difuzând substanțe în organism condensat impulsuri separate, printr-o „gaură“ - microcavitate, care apar ca urmare a fluctuațiilor termice unități cinetice, atomi și molecule în masa solidă în imediata vecinătate a moleculei. Difuzând

Difuzia în polimeri este indisolubil legată cu flexibilitatea macromoleculelor. Cu cat mai mare flexibilitate a macromoleculei, set mai bogat de conformații sale și dimensiunea segmentului mai mică. Mărimea segmentului mai mică, părțile în mișcare mai independent de macromolecule, cel mai adiacent unei molecule difuzând fluctuațiile densității materialului apar și microcavități sunt formate și se mută agentul mai rapid imprastierea în polimer. În segmentul elastomeri din valoarea câtorva unități. La segmentele polimer sticloase dimensiuni corespunzătoare cu dimensiunile macromolecule, adică practic nici o unitate de mișcare independente. Polimerii spațiale nete au un impact semnificativ asupra flexibilității. Mai ales un efect grilă vizibil când porțiunile de lungime ale lanțurilor între puncte de grilă este aceeași ordine ca și dimensiunile segmentelor.

Difuzia în polimeri sticloase și cristaline caracterizate printr-un coeficient de difuzie foarte scăzută. Cu toate acestea, astfel de materiale au adesea un sistem de cavitati interioare, fisuri si capilare, care au un efect semnificativ asupra difuziei.

In metale si pahare substanta difuzând este introdus în cristale și dispersează în interstițiile zăbrele. Se înțelege că, prin urmare, poate difuza atomii si moleculele doar dimensiuni foarte mici. difuzie volum poate fi realizată prin schimbarea într-o rețea cristalină, precum și prin poziții ( „găuri“). În plus, există un alt tip de difuzie nespecifică activat - difuzie a lungul fisurilor de dimensiuni moleculare, limitele granulei, etc. Când temperatura este coborâtă mai sensibilă la difuzia în scăderile cu zăbrele, și începe să crească de difuzie de-a lungul limitelor grăunților. În general, acest tip de difuzie în metale și sticlă este predominant.

De asemenea difuziune macromoleculelor să ia în considerare difuzia prin granița dintre diferite substanțe moleculare scăzute - ingredientele care conțin adeziv și substrat, impurități, monomerii nereacționați, etc. Drept urmare, difuzarea acestor substanțe se pot modifica proprietățile de rezistență ale adezivului și substratului, care la rândul său va afecta magnitudinea puterii adezive.

Partea pozitivă a difuziei reprezentărilor în adeziunea este tocmai punctul de vedere al caracteristicilor adezivilor polimerici - structura catenei și flexibilitatea macromoleculelor lor. Deși reprezentările aplicabilitate de difuzie în adeziunea la sistemele reale este foarte limitată și determinată prin efectuarea a cel puțin două condiții de termodinamică (polimeri trebuie să fie în mutuale) și cinetice (macromolecule și legăturile lor de a avea o mobilitate suficientă), - să ia în considerare rolul lor în studiul condițiilor pentru formarea contacte moleculare.

Teoria de adeziune electrica

Procesele care stau la baza încărcării electrostatice, sunt extrem de complexe, de natură diversă, dar nu sunt bine înțelese. Caracterul cel mai general are ideea stratului dublu Helmholtz - condensatorul molecular care rezultă în zona de contact dintre cele două suprafețe diferite. Când contactul electrodului este rupt și condensator sunt deconectate pentru fiecare taxele detectate de semn opus. Prin urmare, motivul constă în separarea sarcinilor electrostatice a stratului dublu electric. La stabilirea adezivii de contact pentru substraturi de natură diferită, în cele mai multe cazuri, există, de asemenea, un strat dublu electric.

Un mecanism posibil pentru formarea de straturi duble electrice este orientarea suprafeței de molecule neutre ce conțin grupări polare. Acest caz corespunde când în procesele de electrificare de contact care apar la interfața de adeziv substrat polimeric, indiferent dacă substratul este din metal, sticlă, polimeri, etc. Marea majoritate a dielectricilor care conțin grupări polare. Greutatea substanței momentelor lor dipolare sunt compensate reciproc, iar la suprafață - nr. Când contactați dielectrică orientarea dipol suprafața metalului sau se produce, iar suprafața dobândește anumită magnitudine de încărcare și de semn. Astfel, apariția taxelor pe suprafețele în contact a metalului și dielectrice sau două dielectricilor se datorează efectului orientării. La stabilirea contactului cu substraturi polimerice adezive de natură diferită apare în stratul dublu electric interfață. Procesul elaborat în conformitate cu mecanismele descrise și este o consecință a interacțiunii chimice dintre adeziv și substrat, formarea de legături de hidrogen, interacțiuni donor-acceptor, adsorbție orientat dipol de molecule ale adezivului pe suprafața substratului, diferite afinitate de electroni a adezivului și substrat. În toate aceste cazuri este stabilită o astfel de distribuție a densității de electroni ca efect rezultate combinate în formarea stratului dublu la interfață. Atunci când izolarea filmului de polimer este dominat de sarcini pozitive pe o suprafață la alta - negativ. Toate acestea au stat la baza teoriei electrice de adeziune.

Studiul forțelor electrice stimulate de următorii factori. În primul rând, unele aspecte ale fenomenelor de adeziune nu a putut găsi o rezoluție satisfăcătoare în cadrul ideilor existente. În special, nu este suficient de clar natura rezistenței adezive în funcție de rata de aplicare a forței de rupere. Prin urmare, s-a sugerat că puterea de lipire adeziv nu poate fi din cauza acțiunii forțelor moleculare doar una. A fost o idee a factorilor suplimentari - rolul stratului dublu electric generat de adeziv - substrat. În al doilea rând, păstrând energia electrică pentru prima dată posibilă explicarea diverselor fenomene electrice care apar în suprafețe de interacțiune violare adezive formate la rupere a compusului adeziv, apariția descărcărilor electrice, însoțite de o trosnituri caracteristic și luminiscență, emisia de electroni și, în final, valori excesiv de mare de funcționare exfoliere.

Teoria reologice de adeziune

YO Bickerman a propus teoria reologice de adeziune. Conform acestei teorii de adeziune - rezultatul interacțiunilor intermoleculare. Adezivul poate fi, în principiu, orice substanță care, după conversia la starea lichidă și se aplică pe suprafața de lipire se poate solidifica. Dacă imaginea unui contact molecular complet între adeziv și substrat, interacțiunea intermoleculară este suficientă pentru apariția unei astfel de legături puternice că distrugerea interfeței nu se poate realiza. În consecință, puterea unui astfel de sistem ar trebui să fie determinată numai de puterea componentelor sale - adeziv și substrat. Observate în cazuri de practică neskleivayuschihsya suprafețe Ya.O. Bikerman explică lipsa condițiilor de formare adeziv de contact cu suprafața reală a substratului datorită prezenței straturilor de frontieră slabe în sistem adeziv substrat. Cauzele acestor straturi pot fi diferite: poluare, de exemplu, substanțe cu greutate moleculară mică care migrează din masa sau adsorbite din mediu; oxidarea suprafeței sub influența oxigenului atmosferic și formarea stratului de oxid este slabă mecanic; În cele din urmă, prezența stratului monomolecular adsorbit de gaz (aer). În cazul în care aceste straturi nu sunt șterse (de exemplu, de purificare sau în cazul stratului de gaz monomolecular fără gaze este deplasată de un adeziv răspândite pe suprafața substratului), după formarea compusului în sistemul legăturii slabe se produce, prin care si fractura se poate produce, care creează aparența distrugerii interfeței .

Teoria reologice de adeziune, precum și toate celelalte, a fost criticat, care este exprimat în principal îndoieli cu privire la imposibilitatea distrugerii interfeței (eșec adeziv), în timp ce astfel de cazuri sunt observate în practică. O astfel de distrugere este, fără îndoială cazul, dar nu a fost încă în măsură să dovedească faptul că, în aceste cazuri, de fapt, a fost furnizat un contact molecular destul de cuprinzătoare între adeziv și substrat. Astfel, în cazul în care principalele prevederi ale teoriei reologice considerate, teoretic, în cazul ideal, ele nu sunt inadmisibile. Această teorie poate fi concluzii practice extrem de utile, în special despre importanța pregătirii optime a suprafețelor de îmbinare pentru îmbinări lipici fiabile.