Представления об адгезионной способности

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Представления об адгезионной способности

Cтраница 1

Адгезионная способность полимеров повышается после введения в их состав свободных единиц валентности.

Последние могут быть генерированы в результате механического [36] или механохимического [37] воздействий на субстрат, что повышает прочность склеек почти на порядок.

Р’ последнем случае наблюдается закономерный СЂРѕСЃС‚ прочности клеевого крепления самых различных материалов – металлов, полимеров, стекол.  [1]

Повышение адгезионной способности полимеров РїСЂРё обработке коронным разрядом может быть обусловлено РЅРµ только генерированием гидроксильных РіСЂСѓРїРї Рё двойных связей, РЅРѕ Рё изменением морфологии поверхности. Р�зменение адгезионной способности полимеров РїСЂРё постоянной концентрации активных функциональных РіСЂСѓРїРї РЅР° РёС… поверхности РЅРµ противоречит теоретическим представлениям РѕР± адгезии РІ силу необходимости учета РЅРµ только химической РїСЂРёСЂРѕРґС‹ макромолекул, РЅРѕ Рё РёС… подвижности-фактора молекулярно-кинетической РїСЂРёСЂРѕРґС‹. РџСЂРё этом изменений РІ строении полимера РЅРµ РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ ( было обнаружено только накопление некоторого количества двойных связей Рё кислородсодержащих РіСЂСѓРїРї), Р° Р�Рљ-спектроскопические данные свидетельствуют Рѕ повышении подвижности макромолекул РІ переходных слоях субстрата.  [2]

Своеобразным методом увеличения адгезионной способности полимеров к стеклянным вол окнам является метод введения некоторых активных соединений в состав полимерного связующего.

Особый интерес этот метод представляет для промышленного производства стеклопластиков, так как он значительно упрощает технологический процесс.

Р’ то время как обычные методы модифицирования стекловолокнистой арматуры требуют довольно сложного оборудования Рё СЂСЏРґР° дополнительных операций РїСЂРё изготовлении стеклопластика, например, нагревания аппретированного стекловолокна для фиксации гидрофобной пленки, метод активных добавок исключает РІСЃРµ эти операции.  [3]

Своеобразным методом увеличения адгезионной способности полимеров к стеклянным волокнам является метод введения некоторых активных соединений в состав полимерного связующего. Особый интерес этот метод представляет для промышленного производства стеклопластиков, так как он значительно упрощает технологический процесс.

 [4]

РџСЂРё термодинамическом РїРѕРґС…РѕРґРµ Рє трактовке адгезионной способности полимеров характер РёС… СЃРІСЏР·Рё СЃ подложкой зависит РѕС‚ соотношения поверхностного натяжения полимера Рё подложки Рё качества смачивания последней.  [5]

Наличие радикалов положительно сказывается на адгезионной способности полимеров.

РўРѕС‚ факт, что наблюдаемый эффект связан СЃ генерированием СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕ-радикальных соединений, подтверждается РїСЂСЏРјРѕР№ корреляцией между сопротивлением отрыву волокна РѕС‚ матрицы Рё отношением концентрации парамагнитных центров Рє удельной поверхности субстрата. Наличие свободных радикалов РІ этом случае установлено как Р�Рљ-спектроскопическим методом, так Рё РїРѕ взаимодействию обработанной поверхности СЃ 1 1-дифенил – 1 2-пикрилгидразилом.  [6]

�меются данные, свидетельствующие о зависимости адгезионной способности полимеров от их полярности, характеризуемой величиной дипольного момента.

Хотя, как показано РІ [5], количественного соотношения между адгезией Рё дипольным моментом установить РЅРµ удалось, величину дипольного момента можно использовать для предварительных качественных оценок значений адгезии.  [7]

Одним из основных факторов, определяющих адгезионную способность полимера, является его химическая структура.

Р’ это понятие РІС…РѕРґРёС‚ РЅРµ только наличие Рё содержание функциональных РіСЂСѓРїРї, способных взаимодействовать СЃ поверхностью, РЅРѕ Рё пространственное строение полимера, наличие боковых цепей Рё РіСЂСѓРїРї, Р° также длина Рё гибкость полимерных цепей или РёС… отрезков РІ сетчатых структурах. Особенности пространственного строения полимеров РјРѕРіСѓС‚ привести Рє стерическим затруднениям, РІ силу которых тем или иным функциональным группам будет неудобно тесное сближение СЃ активными центрами поверхности. Так как число таких активных центров РЅР° поверхности невелико, то роль химической структуры полимера РІ явлениях адгезии приобретает большое значение.  [9]

Р�зложенные представления создают надежную РѕСЃРЅРѕРІСѓ для регулирования адгезионной способности полимеров путем направленного воздействия РЅР° РёС… поверхность СЃ целью изменения ее энергии.  [10]

Р�так, развитые РЅР° базе термодинамических Рё молекулярно-кинети-ческих представлений РѕР± адгезии пути повышения адгезионной способности полимеров являются надежной РѕСЃРЅРѕРІРѕР№ для решения большинства практически важных задач интенсификации процессов межфазного взаимодействия высокомолекулярных соединений.  [11]

РџСЂСЏРјРѕРµ значение такой СЃРІСЏР·Рё для адгезии следует РёР· того факта, что предложенный энергетический критерий адгезионной способности полимеров Р° ( отношение энергии когезии Рє поверхностной энергии) легко преобразуется Рє РІРёРґСѓ, РєРѕРіРґР° РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ переменной оказывается истинный ( ван-дер-ваальсов) объем макромолекулы. Последняя характеристика принадлежит Рє числу молекулярно-кинетических факторов, определяющих степень полноты молекулярного контакта субстрата СЃ адгезивом.  [12]

Это обсуждается так РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕ потому, что именно характер разрушения склеек является весьма показательным РїСЂРё определении адгезионной способности полимеров. Далее будет показано, какое важное значение имеет для измерения адгезии состояние поверхности субстрата, Р° также СЃРїРѕСЃРѕР± разрушения склейки.  [14]

Страницы:      1    2    3

Источник: https://www.ngpedia.ru/id470255p1.html

Адгезия – что это такое?

Представления об адгезионной способности

Часто при покупке лакокрасочных или штукатурных составов приходится слышать фразу: «средство обеспечивает хорошую адгезию» или «отличные адгезионные свойства». Значение термина часто непонятно. Давайте выясним, что такое адгезия, для чего она необходима и почему так важна?

Определение адгезии

Благодаря этому явлению краска и штукатурка прочно удерживаются на стенах и потолке, возможно бетонирование. Как становится ясно, оно отвечает за склеивание поверхности или основания с покрытием.

Адгезия – это сцепление разнородных веществ. В строительстве под этим термином понимается способность того или иного покрытия (например, лакокрасочного, штукатурного) к прочному сцеплению с поверхностью основания.

Адгезию делят на физическую и химическую:

  • В первом случае связь возникает по причине сцепления молекул материалов.
  • Во втором – из-за химического воздействия веществ.

Интенсивность склеивания измеряется в МПа (мегапаскалях). Эта цифра обозначает усилие, которое придется приложить, чтобы отделить покрытие от основания. Например, если на этикетке написано, что средство обеспечивает прилипание в 1 МПа, значит, чтобы оторвать его, придется приложить усилие в 1 Н на каждый мм2 (около 100 г/мм2).

Адгезионные свойства – это одна из основных характеристик для любого покрытия, декоративного или защитного. От них зависит прочность и надежность соединения, возможность склеивания тех или иных типов материалов, комфортность или трудоемкость при проведении работы.

Для каких материалов важна адгезия

Первоочередное значение этот показатель имеет для строительных и отделочных составов. Обязательно нужно обратить внимание на уровень адгезии у следующих типов покрытий:

  • Лаки и краски. Данное свойство влияет на качество прилипания, глубину проникновения и долговечность покрытия. Чем выше показатели, тем лучше и дольше будут держаться лакокрасочные материалы на основании.
  • Гипсовые смеси. Качество прилипания определяет возможности декоративной отделки.
  • Цементно-песчаные составы. От надежности склеивания зачастую зависит безопасность строения. Например, при использовании веществ с плохой адгезией кирпичная кладка не продержится долго.
  • Герметики и прочие клеящие составы. Здесь необходимо знать, между какими материалами средство способно обеспечить прилипание. При использовании неподходящих смесей качество соединения ухудшается, а в некоторых случаях становится и вовсе невозможным.

Измерить адгезионную способность материалов и проконтролировать качество сцепления покрытия с основанием позволяет специальный прибор – адгезиметр.

Методы повышения адгезии

Адгезионные свойства материалов можно как улучшить, так и ухудшить. Это непостоянная величина. Например, в наносимые на поверхность составы добавляются различные примеси, которые повышают способность к проникновению и прилипанию. Используются вещества, играющие роль промежуточного слоя, например специальные грунтовки или контактные жидкости.

Обезжиривание поверхности – еще один верный метод усиления способности к сцеплению.

Для повышения адгезии используют целый комплекс мер, призванных воздействовать на физические и химические свойства материала. Существует 3 способа подготовки поверхности, улучающие адгезию:

  • Механический. Это может быть обработка абразивом для придания шероховатости, нанесение насечек, а также очистка от пыли и любых загрязнений.
  • Химический. Примешивание специальных добавок и пластификаторов в наносимый раствор.
  • Физико-химический. К нему относится обработка грунтовочными составами, а также шпаклевание.

Максимально проявляют эффективность такие методы при сцеплении разнородных поверхностей, обладающих различными физическими и химическими свойствами.

Кроме этого, существует ряд факторов, снижающих качество сцепления материалов:

  • Пыльные или жирные поверхности без предварительной обработки очищающими и обезжиривающими составами склеить практически невозможно.
  • Качество прилипания будет очень низким и в том случае, если одну или обе поверхности обработать составом, снижающим пористость.
  • Адгезионные свойства могут ухудшиться во время схватывания и высыхания материалов. При переходе из жидкого в твердое состояние могут измениться химические и физические свойства веществ. Например, многие растворы дают усадку. В результате этого уменьшается площадь соприкосновения с основанием. Тогда появляются растягивающие напряжения, из-за которых, в свою очередь, образуются трещины. В итоге сцепление материалов становится менее прочным, ненадежным.

Простой пример. Если оштукатурить бетонную стену без правильной подготовки, покрытие быстро отвалится. Это связано со множеством факторов, к которым относятся:

  • запыление поверхности;
  • усадка штукатурного слоя;
  • отсутствие добавок, усиливающих адгезию и т. д.

ПОЛЕЗНАЯ ИНФОРМАЦИЯ:  Каминные вытяжки для кухни: угловая и купольного типа

Поэтому при работе со старым бетоном следует использовать комплексный подход, для которого нужно:

  • тщательно очистить поверхность;
  • нанести насечки топором или перфоратором;
  • обработать специальной грунтовкой, усиливающей адгезию;
  • в штукатурку добавить пластификатор, повышающий эластичность раствора.

Адгезионные свойства лакокрасочных материалов

Способность ЛКМ к адгезии зависит в первую очередь от того, на какой поверхности они используются.

  • Максимальных значений адгезия достигает при обработке шероховатых материалов. Это связано с тем, что у гладкой поверхности площадь соприкосновения с ЛКМ станет намного меньше.
  • Еще один фактор – структура обрабатываемого материала. Так, при покрытии пористой поверхности ЛКМ состав проникает внутрь основания. Следовательно, убрать слой краски или лака можно будет только в том случае, если удастся разорвать молекулярные связи покрытия или основания (например, как при шлифовке).

Кроме того, способность к адгезии увеличивают различные модифицирующие добавки, которые применяются при изготовлении лакокрасочных материалов:

  • органосиланы, которые предотвращают коррозию и имеют гидрофобизирующее действие;
  • металлоорганические вещества, выступающие в роли катализаторов химических процессов;
  • сложные полиэфиры;
  • различные наполнители и балластные вещества (например, тальк);
  • эфиры канифоли и фосфорной кислоты;
  • полиамидные смолы;
  • полиорганосилоксаны.

Адгезия к бетону

В настоящее время бетон – это один из самых известных и широко используемых строительных материалов. Именно бетонные плиты чаще всего выступают в качестве оснований стен, потолка и пола в квартире. За счет гладкости поверхности этих плит сцепляемость с ними различных отделочных составов зачастую очень слабая.

Чтобы обеспечить хорошее прилипание к этому материалу, необходимо учитывать множество моментов:

  • Адгезия к сухой поверхности в несколько раз выше, чем к влажной.
  • Такая характеристика самого бетона, как предел на сжатие, напрямую определяет качество прилипания к нему различных полимерных материалов.

ПОЛЕЗНАЯ ИНФОРМАЦИЯ:  Анаэробные герметики для резьбовых соединений

  • Использование специальных составов и грунтов способно значительно повысить качество сцепления поверхности с покрытием.
  • При нанесении различных составов (клея, шпаклевки, краски, штукатурки) следует принимать во внимание влажность и температуру как основания, так и воздуха в помещении.
  • К шероховатой поверхности адгезия всегда выше, чем к гладкой.

Добиться шероховатости можно разными способами, один из них – нанесение специальной грунтовки «Бетоноконтакт» («Бетоконтакт», «Бетон контакт» и т. д., название варьируется в зависимости от производителя). Благодаря содержанию в составе цемента и кварцевого песка грунт превращает гладкую поверхность в шершавую, напоминающую мелкозернистую наждачную бумагу.

Таким образом, благодаря явлению адгезии обеспечивается качественное прилипание материалов покрытия к основанию.

Без этого краски и лаки тут же отваливались бы с обработанной поверхности, невозможно было бы нанести декоративную отделку или оштукатурить стены.

Каждый тип материала обладает определенным уровнем способности к адгезии. При этом многие внешние условия могут как увеличить его, так и снизить.

Instagram не типичного строителя

Adblock
detector

Источник: https://mr-build.ru/podgotovka-osnovaniy/chto-takoe-adgeziya.html

Адгезионная способность и ее повышение

Представления об адгезионной способности

Адгезионная способность и ее повышение. Проблема повышения эффективности склеивания складывается из двух направлений — физико-химического (теоретического) и прикладного (технологического).

В рамках первого из них она сводится к закономерностям роста адгезионной способности конденсированных фаз — комплексного параметра, определяемого эффективностью взаимодействия поверхностей при их контакте, аппроксимируемый, как показано выше, свободными поверхностными энергиями.

По второму направлению проблема определяется спецификой формирования площади контакта и влиянием на нее отдельных технологических факторов.

Адгезионная способность клеев и субстратов определяется исходя из базового смысла адгезии как поверхностного явления развитием процессов на поверхности конденсированных фаз.

Анализ соответствующих физических предпосылок показывает, что возникающие поверхностные состояния обусловлены уровнями Тамма (результатом искажения хода кулоновского потенциала на поверхности по сравнению с объемом) и Шокли (результатом пересечения поверхностью двух неперекрывающихся объемных зон).

Первые из них в обычных условиях практически нерегулируемы, вторые предполагают возможность изменения путем повышения полирадикальности поверхности. Поэтому для повышения адгезионной способности твердых тел, в том числе полимеров, в состав последних следует вводить либо функциональные группы или атомы с неподеленными электронными парами (N-, Р- и S-содержащие и т.

д.), и (или) я-электронами, либо свободные единицы валентности.

Конкретизируем общий подход в отдельности для адгезивов и субстратов.

Адгезивы, синтезированные с соблюдением параметров, характеризуются повышенной поверхностной энергией и, как следствие, увеличенной адгезионной способностью (рис. 1.2 и 1.3).

Однако функциональность существенна не только в качественном, но и в количественном отношении, поскольку рост поверхностной энергии полимера способен привести одновременно к повышению жесткости системы. Как следствие, типичные зависимости прочности адгезионных соединений от содержания функциональных групп в макромолекулярных адгезивах описываются экстремальными кривыми.

Поэтому оптимальный адгезив должен сочетать высокое число адгезионоспособных групп со способностью к достаточной скорости релаксации. Последнее требование предполагает значительную гибкость макромолекулярных цепей.

Рис. 1.2 Зависимость поверхностной анергии полимеров от сопротивления сдвигу их адгезионных соединений, полученных с применением эпоксидной композиции
Рис. 1.3. Зависимость поверхностного натяжения полимеров от сопротивления расслаиванию их адгезионных соединений с полиизобутиленом ПИБ-200 (о), бутадиен-акрилонитрильным каучуком СКН-40 (Д) и наиритом А (□), полученных при температуре дублирования 150 °С

Учет этих соображений приводит к модели гетероцепного адгезива: A […R — В — R' — x — R'— B — R —…

],

где R — непредельный радикал — источник п-электронов (например, аллильный, или его высший гомолог с числом углеродных атомов до пяти); R' — метиленовая или этиленовая группа (изолятор); A — функциональная группа, обеспечивающая образование в системе наиболее высокоэнергетического типа связей (так, при наличии ковалентных, дополнительно ионных); В — группа, обеспечивающая повышенную гибкость макромолекулярных цепей (например, эфирная); x — функциональная группа, содержащая атомы азота, серы, галогенов и т. п. в наиболее лабильной и активной форме.

В такой молекуле последняя группа содержит неподеленные электронные пары и обеспечивает повышенное значение адгезионной способности. Группы В, расположенные достаточно далеко друг от друга, и отделенные от я-групп радикалами R', обеспечивают необходимую сегментальную подвижность макромолекулы.

Двойные связи в R=, являясь источником я-электронов, способствуют повышению как поверхностной энергии, так и гибкости цепи. И, наконец, концевые Л-группы обеспечивают увеличение реакционной способности молекул, т. е.

вероятность образования сетки межфазных химических связей, закономерно повышающих прочность адгезионных соединений.

Синтетически более доступен адгезив, я-группы которого, расположенные в боковых цепях, обладают повышенной подвижностью за счет алкиленового радикала.

Реальные полимеры, отвечающие приведенным моделям, могут быть отнесены к группе специальных полимеров адгезионного назначения, Перспективность их синтеза и применения в качестве клеев или основ клеевых композиций вытекает из того, что в каждом конкретном случае экономически оправданнее и технически целесообразнее применение материалов с более узким, но максимально отвечающим требованиям практики спектром свойств. При этом достигается снижение компонентности адгезивов, упрощающее прогнозирование и, следовательно, регулирование их характеристик.

Субстраты, характеризующиеся повышенной поверхностной энергией, т. е. увеличенной адгезионной способностью, образуются в результате соответствующего воздействия либо на поверхность, либо на объем фазы. В любом случае конечной целью является модификация поверхности субстратов адгезионными группами, одновременно обеспечивающими возможность образования связей с адгезивом.

Среди таких групп названным выше условиям в первую очередь отвечают галогенсодержащие, поскольку наличие галогенов в достаточно лабильной форме увеличивает одновременно с адгезионной и реакционную способность субстратов.

Существенно, что благодаря
последней галогенированная поверхность позволяет осуществить последующее модифицирование за счет вторичных обменных процессов; таков, например, путь введения карбоксильных групп обработкой галогенированных субстратов аминокислотами.

Прямым следствием исходных представлений о путях повышения адгезионной способности является применение в качестве модификаторов стабильных органических радикалов — источников свободных единиц валентности по Шокли, качественно увеличивающих полирадикальность поверхности субстратов.

Эффективным приемом регулирования природы поверхности полимерных субстратов является модификация их объема низкомолекулярными соединениями, способными к последующей миграции (выпотеванию).

Несмотря на то что подобные агенты (например, хлорсульфополиэтилен или бензотрихлорид) способны к превращениям в процессе модификации, их химическую природу легче привести в соответствие  с исходными требованиями, чем поверхность субстрата в целом.

При этом существенна также диффузионная способность ингредиента, т. е. возможность обогащения ею приповерхностных и поверхностных слоев субстрата.

Этот фактор учитывается знаком отношения поверхностных энергий низко- и высокомолекулярного соединений: при положительных значениях данного параметра низкомолекулярный модификатор в соответствии с правилом Гиббса стремится мигрировать на поверхность фазы.

Единство общего подхода к повышению адгезионной способности полимеров обусловливает возможность комплексного воздействия на элементы соединения.

С одной стороны, получение полимеров адгезионного назначения приводит к определенному соотношению между поверхностной энергией и спектром времен релаксации в объеме; с другой — применение поверхностно-модифицированных субстратов предпочтительно со специальными адгезивами, содержащими взаимно активные функциональные группы. Объединяя эти направления, в качестве наиболее оптимального пути следует применять пленочные адгезивы (экологически более оправданные, чем растворные), объемные свойства которых заданы химической природой и строением специально синтезируемых соединений адгезионного назначения, а поверхностные свойства независимо регулируются направленной модификацией. При условии дополнительной обработки и субстрата суммарная эффективность адгезионного взаимодействия существенно возрастает.

Технология склеивания в конечном итоге направлена на создание условий для возможно более полного контакта между адгезивом и субстратом.

При этом первостепенное значение имеет правильный выбор режима формирования адгезионных соединений, т. е. его температуры, продолжительности и значения внешнего давления.

Непременным залогом достижения высоких значений площади контакта является предварительное удаление с поверхности субстратов граничных слоев пониженной когезионной прочности.

Влияние температуры на процесс склеивания обусловлено реологическим характером растекания адгезива по поверхности субстрата. Рост температуры приводит к снижению вязкости адгезива, разрушению возникающих в его растворах и расплавах надмолекулярных образований и ускорению процессов структурирования.

Совместное действие этих факторов придает экстремальный вид температурным зависимостям прочности адгезионных соединений. Этот вывод подтвержден многочисленными экспериментальными доказательствами.

Поэтому целесообразно выбирать оптимальный температурный режим процесса склеивания исходя только из одного предполагаемого механизма его влияния.

Влияние давления на выбор технологии склеивания определяется развитием двух конкурирующих процессов.

С одной стороны, повышение давления приводит к развитию в системе механического стеклования, нежелательно сказывающегося на развитии реологических процессов формирования склеек; с другой — рост давления увеличивает структурную однородность клеевого шва и снижает его толщину.

Однако основным следствием приложения внешнего давления является увеличение площади контакта между адгезивом и субстратом. В целом, результирующая зависимость прочности адгезионных соединений от наружной нагрузки имеет экстремальный характер благодаря суперпозиции перечисленных факторов.

Влияние продолжительности склеивания обусловлено проявлением тех же реологических факторов.

Однако дополнительно это влияние связано со способностью адгезива к растеканию по поверхности субстрата и заполнению им микродефектов последних, В ряде случаев эффект развитости микрорельефа этой поверхности доминирует над влиянием и температуры, и давления.

Но в наиболее распространенных из них зависимость прочности склеек от продолжительности формирования имеет вид кривой с насыщением, последнему участку которой (плато) соответствует достижение равновесных условий, при которых эксплуатация адгезионных соединений максимально оправдана.

Как следствие, в неравновесных склейках (восходящий участок кинетической зависимости) практически нереально ожидать когезионного характера разрушения. Это обстоятельство обычно используют при необходимости реализации адгезионного отделения адгезива от субстрата. В практику все шире проникают менее традиционные методы.

К ним относятся основанные на наложении внешних электрических и магнитных полей, что помимо общей поляризации поверхности позволяет произвести дополнительную ориентацию активных центров с целью их структурного совмещения. Мощное световое воздействие способно ускорить процессы растекания.

Интенсификация взаимодействия адгезива с субстратом достигается под действием облучения в широкочастотном спектре — от инфракрасного до ультразвукового и рентгеновского. Внедрение этих  методов наряду с уточнением механизмов их действия и разработкой аппаратурного оформления способно принципиально повысить уровень техники изготовления клеевых соединений.

В заключение отметим, что с физико-химической позиции обеспечение долговечности склеек может быть достигнуто при оптимальном соотношении значений поверхностных энергий адгезива и субстрата. Приведенные выше данные показывают, что абсолютные значения этих показателей должны быть максимально велики.

При достаточно малой разности этих энергий активационный барьер между адгезивом и субстратом минимален, что облегчает развитие процессов переноса (например, диффузии), приводящих к эффективному снижению межфазной энергии и повышению прочности склеек.

Тогда наиболее значимым технологическим параметром процесса склеивания является его продолжительность, поскольку температура способствует изменению кинематического хода, но не общего направления взаимодействия.

Итак, при обеспечении минимальной разности между поверхностными энергиями адгезива и субстрата (за счет регулирования их адгезионной способности) определяющим технологическим параметром процесса склеивания является его продолжительность, в остальных случаях — температура.

Источник: http://www.stroitelstvo-new.ru/klei/adgezionnaya-sposobnost-povyshenie.shtml

Представления об адгезионной способности: Адгезия — это возникновение связи между поверхностными слоями

Представления об адгезионной способности

Адгезия — это возникновение связи между поверхностными слоями разнородных (твердых или жидких) тел (фаз), приведенных в соприкосновение. Такое физическое явление есть результат межмолекулярного взаимодействия, наличия ионной, металлической и других связей. В частности, адгезией обусловлено сцепление пленки с подложкой либо нескольких пленок между собой.

Значение адгезионной прочности зависит не только от вида связи между телами, вступившими в контакт, но и от метода ее измерения, а также от способа отрыва. Например, произведя отрыв пленки от подложки с различной скоростью, можно получить разное значение адгезионной прочности.

На результаты измерения адгезионной прочности может повлиять и напряженное состояние границы раздела между пленкой и подложкой вследствие термических или усадочных явлений в материалах.

Адгезионная прочность определяется как P = F—Fr ± AjF,              (I) где P — измеряемое на практике значение адгезионной прочности Н; F — усилие сцепления на границе раздела, Н; Ff — вклад механических напряжений, уменьшающих измеряемое значение адгезионной прочности, Н; ДF — поправка, учитывающая искажение, вносимое методом измерения адгезионной прочности, Н.

Заметная поправка AF появляется, если механические напряжения в области приложения внешней силы сильно отличаются от напряжений в области отрьгва пленки от подложки. Например, при отслаивании пленочного покрытия в трещине расслоения возникают высокие механические напряжения, в результате чего отслаивание происходит даже при малой прикладываемой внешней силе.

Значение адгезионной прочности определяется, как правило, в процессе разрушения адгезионного контакта (хотя об адгезионной прочности можно судить по другим признакам, на этом основаны неразрушающие методы измерения адгезии[1]). Наиболее часто разрушение производится путем приложения силы к одному из тел, вступивших в адгезионный контакт.

Удельное значение силы, измеренной в процессе разрушения, и является мерой адгезионной прочности Р: P = P'/S,              (2) где Pf — сила, измеренная в процессе разрушения, Н; S — площадь разрушенного контакта, м2. Естественно, что разрушение можно произвести, прикладывая силу для отрыва по-разному. Например, можно произвести отрыв по нормали к поверхности, скручивание и т. д.

Если метод разрушения не оговорен особо, будем иметь в виду, что сила отрыва прикладывается нормально к границе раздела. О              прочности соединения можно судить не только по силе отрыва, но и по работе, затрачиваемой на разрушение. На этом принципе основаны некоторые методы измерения адгезионной прочности, например метод отслаивания.

Работа отрыва зависит от изменения силы с расстоянием, вследствие чего в некоторых случаях (например, при сцеплении, обусловленном электрическим притяжением разноименно заряженных поверхностей) большой работе разрушения соответствует малая сила отрыва. Кроме того, при измерении работы разрушения, как правило, значительная ее часть тратится на деформацию тел, а не на разрыв ,поверхностных связей. Поверхность раздела между двумя телами

Имеет смысл говорить об адгезионной прочности в том случае, если разрушение происходит строго по границе раздела, двух тел.

Это означает, что прочность поверхностного сцепления (адгезия) должна быть меньше прочности сцепления молекул каждого тела (когезии). Кроме того, для* чисто адгезионного разрушения необходимо, чтобы поверхность раздела была дискретной, т. е. между контактирующими телами должна быть зона с резкими изменениями свойств. В некоторых случаях дискретная граница отсутствует, например при развитых процессах диффузии между контактирующими телами или значительной шероховатости границы. В этих случаях можно говорить только о) приграничной области. Некоторые исследователи считают, что чисто адгезионный разрыв вообще невозможен, так как трещина, развивающаяся под нагрузкой, проходит попеременно по обоим телам. Это утверждение справедливо только для частных случаев сильно размытых межфазных границ, например, диффузионного типа. При измерении адгезионной прочности пленочных/ покрытий в большинстве случаев удается получить адгезионное разрушение и только при высоком значении адгезионной прочности возникает смешанный (адгезионно-когезионный) тип отрыва. На практике часто приходится сталкиваться со сложными системами нескольких пленок, вступающих в адгезионный контакт. Это могут быть двух-, трехслойная пленочная разводка ГИС, тонкопленочные конденсаторы и т. д. Считается, что адгезионная прочность системы тел определяется слабейшей границей. Важно» что слабейшими могут быть различные границы в зависимости от условий отрыва. В частности, авторами отмечено, что при измерении адгезионной прочности тонкопленочной структуры хром — медь, напыленной на ситалл, разрушение при большей скорости отрыва проходит по границе хром — медь, а при меньшей скорости по границе подложка — хром. Вследствие тесной зависимости адгезионной прочности от вида границы рассмотрим область поверхности раздела более подробно. Общепринято называть поверхностью раздела между двумя телами, находящимися в адгезионном контакте, область значительного изменения химического состава, обеспечивающую связь, необходимую для передачи нагрузки. Введем классификацию возможных видов поверхности раздела, возникающих в адгезионных соединениях.

Монослойная граница — простейший вид поверхности раздела, который характеризуется полным отсутствием переходной зоны. В чистом виде монослойная граница возникает при эпитаксии. В этом случае различные кристаллические решетки состыковываются посредством дислокации несоответствия. Геометрическая форма монослойной границы предполагается достаточно гладкой, т. е.

исключается шероховатость. Монослойная граница образуется при отсутствии эффектов взаимного растворения материалов контактирующих тел друг в друге, кроме того, в области контакта не должны возникать новые фазы из-за химических реакций.

Вблизи монослойной границы при адгезионном контакте возможна высокая концентрация механических напряжений, которая может вызвать снижение адгезионной прочности. Геометрически неплоская граница — вид поверхности раздела, близкий к монослойному. Граница характеризуется неправильной формой и предполагает наличие шероховатости.

Данная модель межфазной области может подразумевать также присутствие зацеплений выступов контактирующих тел (рис. I) [2]. При адгезионном отрыве двух тел, имеющих данный вид границы, разрушение может происходить не только на границе, но и частично в самих телах, т. е. наблюдается адгезионно-когезионный тип отрыва.

Измеряемое значение адгезионной прочности при неплоской границе несколько выше, чем при монослойной, за счет увеличения эффективной площади контакта. Кроме того, адгезионная прочность может увеличиваться вследствие «зацеплений».

При данном виде границы наличие шероховатости в области контакта способствует процессам диффузии и образования новых фаз вследствие химических реакций. На практике такая граница иногда используется в технологии получения тонких пленок. Например, подложки из полиимидной пенки специально обрабатывают в химических реактивах для получения развитой поверхности [3].

Диффузионная модель границы характеризуется постепенным изменением химического состава в области границы. Данный вид границы возникает при заметном проникании одного или обоих материалов контактирующих тел.

Зачастую толщина диффузионной зоны изменяется с течением времени, вследствие чего данный тип границы характеризуется эффектами «старения» (изменение свойств контактирующих материалов с течением времени).

Диффузионная граница обладает повышенной адгезионной прочностью вследствие уменьшения концентрации механических напряжений, которые возникают из-за резкого скачка механических констант материалов. Напряжения как бы «размазываются» по всей толщине переходной зоны.

При значительной толщине диффузионной зоны могут возникнуть трудности* на некоторых стадиях тонкопленочного производства, например при фотолитографии. Кроме того, развитая диффузия может изменить электрические, магнитные, отражающие и другие свойства материалов пленок.

Сильные диффузионные процессы, сопровождающие процесс напыления покрытия, авторы данной книги обнаружили на подложках из стекол и ситаллов. В модели многофазной границы предполагается образование новых фаз в приграничной области за счет химических реакций.

Критерием возможности протекания химической реакции является отрцательная величина изменения изобарно-изотермического потенциала AG. Эффект образования новой фазы часто встречается в пленочном производстве и с успехом используется для получения прочной адгезии.

Например, присутствие оксида металла на границе пленки и подложки является причиной повышения прочности сцепления. Иногда появление новой фазы ведет к противоположному эффекту: появление оксидов хрома на границе хром — медь ослабляет их сцепление друг с другом. В некоторых случаях взаимодействие контактирующих тел отличается большой сложностью. Так, выдержка пленочной структуры золото— алюминий в течение 2 ч при 450°С ведет к образованию на границе пяти новых фаз: AuAl2; AuAl; Au2Al; Au и Al; Au5Al2 (?)„ Зарождение новых фаз может сопровождаться диффузионными процессами проникновения образованных фаз в одно или оба контактирующих тела. Часто образование новых веществ в приграничной области является причиной изменения адгезионной прочности с течением времени.

Источник: https://bookucheba.com/priborostroenie_1271/predstavleniya-adgezionnoy-sposobnosti-43444.html

Адгезия: что это такое, разновидности, способы повышения

Представления об адгезионной способности

Время чтения: 8 минутНет времени?

Ссылка на статью успешно отправлена!

Отправим материал вам на e-mail

Это сцепление различных по своему составу и структуре материалов, обусловленное их физическими и химическими свойствами. Термин адгезия произошёл от латинского слова adhesion – прилипание.

В строительстве дают более узконаправленное и специфическое обозначение тому, что такое адгезия – это способность декоративно-отделочных покрытий (ЛКМ, штукатурки), герметизирующих или клеящих смесей к прочному и надёжному соединению с внешней поверхностью материала основания.

Впечатляющая демонстрация эффекта адгезии современных клеевых составов

Важно! Следует различать понятия адгезии и когезии. Адгезия соединяет разнотипные материалы, затрагивая только поверхностный слой. К примеру, краска на металлической поверхности. Когезия – это соединение однотипных материалов, в результате которого образуются межмолекулярные взаимодействия.

Схематическое изображение эффекта адгезии и когезии

Адгезия, что это такое – теоретические основы

Адгезия является одним из ключевых свойств материалов в следующих областях:

  1. Металлургия – антикоррозионные покрытия.
  2. Механика – слой смазки на поверхности элементов машин и механизмов.
  3. Медицина – стоматология.
  4. Строительство. В данной отрасли адгезия является одним из главных показателей качества выполнения работ и надёжности конструкций.

Практически на всех этапах строительства контролируются показатели адгезии для следующих соединений:

  • лакокрасочные материалы;
  • штукатурные смеси, стяжки и заливки;
  • клеящие составы, кладочные растворы, герметики и т.п.

Пример химической адгезии — реакция соединения силиконового герметика со стеклом

Существует три основных принципа адгезионного соединения материалов. В строительстве и технологии они проявляются следующим образом:

  1. Механический — сцепление происходит путем прилипания наносимого материала к основанию. Механизм такого соединения заключается в проникновении наносимого вещества в поры внешнего слоя или соединении с шероховатой поверхностью. Примером, является окраска поверхности бетона или металла.
  2. Химический — связь между материалами, в том числе различной плотности, происходит на атомном уровне. Для образования такой связи необходимо присутствие катализатора. Примером адгезии такого типа является пайка или сварка.
  3. Физический — на сопрягаемых поверхностях возникает электромагнитная межмолекулярная связь. Может образоваться в результате возникновения статического заряда или под воздействием постоянного магнитного или электромагнитного поля. Пример использования в технологии — окрашивание различных поверхностей в электромагнитном поле.

Адгезионные свойства строительных и отделочных материалов

Адгезия строительных и отделочных материалов осуществляется, преимущественно, по принципу механического и химического соединения. В строительстве используется большое количество различных веществ, эксплуатационные характеристики и специфика взаимодействия которых кардинальным образом отличаются. Разделим их на три основные группы и охарактеризуем более подробно.

Лакокрасочные материалы

Адгезия ЛКМ к поверхности основания осуществляется по механическому принципу. При этом, максимальные показатели прочности достигаются в том случае, если рабочая поверхность материала имеет шероховатости или пористая.

В первом случае существенно увеличивается площадь соприкосновения, во втором, краска проникает в поверхностный слой основания.

Кроме того, адгезионные свойства ЛКМ увеличиваются благодаря различным модифицирующим добавкам:

  • органосиланы и полиорганосилоксаны оказывают дополнительное гидрофобизирующее и антикоррозионное действие;
  • полиамидные и полиэфирные смолы;
  • металлоорганические катализаторы химических процессов отвердения ЛКМ;
  • балластные мелкодисперсные наполнители (к примеру, тальк).

Краска с тальковым наполнителем — не вспучивающийся антипирен

До недавнего времени, строительные и отделочные работы велись с использованием различных растворов на основе гипса, цемента и извести.

Зачастую, их смешивали в определённой пропорции, что давало ограниченное изменение их основных свойств.

Современные готовые сухие строительные смеси: стартовые, финишные и мультифинишные штукатурки и шпаклевки, имеют гораздо более сложный состав. Широко применяются добавки различного происхождения:

  • минеральные – магнезиальные катализаторы, жидкое стекло, глиноземистый, кислотоустойчивый или безусадочный цемент, микрокремнезём и т.п.
  • полимерные – диспергируемые полимеры (ПВА, полиакрилаты, винилацетаты и т.п.).

Такие модификаторы существенно изменяют следующие основные характеристики строительных смесей:

  • пластичность;
  • водоудерживающие свойства;
  • тиксотропность.

Пример плохой адгезии штукатурки к кирпичной стене

Важно! Использование полимерных модификаторов даёт более выраженный эффект усиления адгезии. Однако образование устойчивых соединений полимерных плёнок на границе разнотипных материалов (основание – твердеющая штукатурка) возможно только при определённой температуре. Этот термин называется минимальной температурой плёнкообразования – МТП. У разных штукатурок она может быть различной от +5°С до +10°С. Во избежание расслоения, необходимо точно придерживаться рекомендаций производителя относительно температуры, как окружающей среды, так и основания.

Герметики, использующиеся в строительстве, различают по трём различным типам, каждый из которых требует определённых условий для высокопрочной адгезии с материалом основания. Рассмотрим каждый тип подробнее.

  • Высыхающие герметики. В состав входят различные полимеры и органические растворители: бутадиен-стирольные или нитрильные,  хлоропреновый каучук и т.п.

    Как правило, имеют пастообразную консистенцию с вязкостью 300-550 Па. В зависимости от вязкости, наносятся либо шпателем, либо кистью.

    После их нанесения на поверхность, необходимо определённое время для высыхания (испарения растворителя) и образования полимерной плёнки.

Высыхающий акриловый герметик

  • Невысыхающие герметики. Состоят, как правило, из каучука, битума и различных пластификаторов. Имеют ограниченную устойчивость к высокой температуре, не более 700С-800С, после чего начинают деформироваться.

Битумный невысыхающий состав, используется для герметизации ливневой водосточной системы

  • Отверждающиеся герметики. После их нанесения, под воздействием различных факторов: влага, тепло, химические реагенты, происходит необратимая реакция полимеризации.

Приготовление двухкомпонентного полиуретанового герметика Сазиласт

Из всех перечисленных разновидностей, отверждающиеся герметики обеспечивают максимальную надёжность сцепления с микронеровностями поверхности основания.

Кроме того, они устойчивы к высоким температурам, механическим и химическим воздействиям. Они имеют оптимальное сочетание жёсткости и вязкости, позволяющее сохранять первоначальную форму.

Однако, являются наиболее дорогостоящими и сложными в использовании.

Технология измерения адгезии, способы испытания, а также все показатели прочности соединения материалов указаны в следующих нормативах:

  • ГОСТ 31356-2013 – шпаклёвки и штукатурки;
  • ГОСТ 31149-2014 – лакокрасочные материалы;
  • ГОСТ 27325 – ЛКМ к дереву и т.п.

Информация! Адгезия измеряется в кгс/см2, МПа (мегапаскали) или кН (килоньютоны) – это показатель силы, которую необходимо приложить, для разделения материалов основания и покрытия.

Способ определения адгезии лакокрасочных покрытий методом решётчатого надреза

Если раньше адгезионные характеристики материалов можно было измерять только в лабораторных условиях, то на данный момент существует множество приборов, которые можно использовать непосредственно на строительной площадке. Большинство методов измерения адгезии, как «полевых», так и лабораторных связаны с разрушением внешнего, покрывающего, слоя. Но есть несколько устройств, принцип действия которых основан на ультразвуке.

Таблица классификации результатов испытания лакокрасочных материалов

  • Нож адгезиметр. Используется для определения параметров адгезии методом решётчатых и или параллельных надрезов. Применяется для лакокрасочных и плёночных покрытий толщиной до 200 мкм.

Нож адгезиметр, модель Константа-КН2

  • Пульсар 21. Устройство определяет плотность материалов. Используется для выявления трещин и расслоений в бетоне как штучном, так и монолитном. Существуют специальные прошивки и подпрограммы, которые по плотности прилегания, позволяют определить прочность адгезии штукатурок различных типов к бетонным поверхностям.

Ультразвуковой измеритель адгезии, Пульсар 21

  • СМ-1У. Используется для определения адгезии полимерных и битумных изоляционных покрытий методом частичного разрушения – сдвига. Принцип измерения основан на выявлении линейных деформаций изоляционного материала.

    Как правило, применяется для определения прочности изоляционного покрытия трубопроводов. Допускается использование для проверки качества нанесение битумной гидроизоляции на строительные конструкции: стены подвалов и цокольных этажей, плоские крыши и т.

    п.

Адгезиметр СМ-1У

Факторы, снижающие адгезию материалов

На снижение адгезии оказывают влияние различные физические и химические факторы. К физическим относится температура и влажность окружающей среды в момент нанесения декоративно-отделочных или защитных материалов.

Также снижают адгезионные взаимодействия различные загрязнения, в частности, пыль покрывающая поверхность основания.

В процессе эксплуатации влияние на прочность соединения лакокрасочных материалов может оказывать ультрафиолетовое излучение.

Химические факторы, снижающие адгезию, представлены различными материалами загрязняющими поверхность: бензин и масла, жиры, кислотные и щелочные растворы и т.п.

Также адгезию отделочных материалов могут снижать различные процессы, возникающие в строительных конструкциях:

  • усадка;
  • растягивающие и сжимающие напряжения.

Информация! Вещество, наносимое на поверхность для увеличения силы сцепления между основанием и отделочным материалом, называется адгезивом. Основание, на которое наносится адгезив, называется субстратом.

Способы увеличения адгезии к различным материалам

Более подробно остановимся на методах повышения адгезии для различных материалов, применяемых в строительстве.

Бетон

Бетонные стройматериалы и конструкции повсеместно применяются в строительстве. За счёт высокой плотности и гладкости поверхности их  потенциальные адгезионные показатели довольно низкие. Для увеличения прочности соединения отделочных составов необходимо учесть следующие параметры:

  • сухая или влажная поверхность. Как правило, адгезия к сухой поверхности выше. Однако были разработаны множество клеевых смесей, требующих предварительного смачивания поверхности основания. В данном случае необходимо обращать внимание на требования производителя;
  • температура окружающей среды и основания.

    Большинство отделочных материалов наносится на бетонные поверхности при температуре воздуха не менее +5°С…+7°С. При этом бетон не должен быть замёрзшим;

  • грунтовка. Используется в обязательном порядке.

    Для плотных бетонов, это составы с наполнителем из кварцевого песка (бетонконтакт), для пористых бетонов (пено-, газобетон), это грунтовки глубокого проникновения на основе акриловых дисперсий;

  • добавление модификаторов. Готовые сухие штукатурные смеси уже имеют в своем составе различные адгезионные добавки.

    Если штукатурка замешивается самостоятельно, то в неё рекомендуется добавить: ПВА, акриловую грунтовку, вместо такого же количества воды, силикатный клей, придающий отделочному материалу дополнительные влагоотталкивающие свойства.

Результат нанесения цементной штукатурки на переохлажденную поверхность основания

Нанесение кварцевой грунтовки Knauf бетонконтакт

Ключевую роль в прочности соединения лакокрасочных материалов с металлической поверхностью играет способ и качество подготовки поверхности. В домашних условиях рекомендуется выполнить следующие действия:

  • обезжиривание – обработка металла различными растворителями: 650, 646, Р-4, уайт-спирит, ацетон, керосин.

    В крайнем случае, поверхность протирается бензином;

  • матирование – обработка основания абразивными материалами;
  • грунтование – использование специальных красок праймеров. Они реализуются в комплекте с декоративными ЛКМ определённого типа.

Важно! Адгезия свинца, алюминия и цинка намного ниже, чем у чугуна и стали. Причина заключается в том, что эти металлы образуют на своей поверхности оксидные плёнки. Поэтому отслаивание лакокрасочных покрытий происходит по оксидному слою. Окрашивание этих материалов рекомендуется осуществлять сразу после удаления плёнки механическим или химическим способом.

Алюминий также подвержен коррозии, особенно при воздействии агрессивных веществ

Древесина и древесные композиты

Древесина является пористой поверхностью с большим количеством неровностей и не испытывает особых проблем с прочностью соединения отделочных материалов.

Но нет предела совершенству, поэтому были разработаны различные технологии для улучшения адгезии в сочетании с сохранением защитных и декоративных свойств самой отделки.

Их использование, к примеру, в сочетании с акриловыми красками, значительно улучшает атмосферостойкость, устойчивость к ультрафиолетовому выцветанию, придает биологическую защиту материалу. Поверхность древесины обрабатывается самыми разнообразными грунтовками, чаще всего, на основе боразотных соединений и нитроцеллюлозы.

Адгезия при сварочных работах

Сварка является одним из наиболее прочных методов соединения металлических конструкций. Это сцепление молекул двух элементов без использования промежуточных или вспомогательных веществ — клея или припоя.

Происходит данный процесс под воздействием термической активации. Внешний слой соединяемых элементов нагревают выше температуры плавления, после чего происходит межмолекулярное сближение и соединение материалов.

Электросварочный шов. Соединение двух деталей электросваркой является адгезией, так как металл, использующийся в электроде, выступает в качестве адгезива

Препятствием к качественной адгезии при сварке могут служить следующие факторы:

  • наличие оксидных плёнок. Они удаляются механически или химически при подготовке поверхности или исчезают непосредственно в процессе сварки под воздействием высокой температуры или флюсов;
  • несоответствие химического состава материалов и электродов.

    Особое внимание следует уделять наличию и количеству кремния и углерода в соединяемых деталях.

    Для соединения сталей разных марок рекомендуется использовать электроды с низким содержанием диффузионного водорода;

  • недостаточная глубина проплавления, которая напрямую зависит от силы тока и скорости передвижение электрода.

Газовая или плазменная сварка металла является когезией, так как молекулы двух элементов соединяются в результате расплава материала

Подводя итоги

Адгезия является одной из важнейших характеристик многих процессов современного строительства, поэтому для её увеличения разрабатываются всё новые методы. Их применение обеспечит большую долговечность строительным конструкциям и отделочным материалам, что в конечном итоге даст существенную экономию.

: что такое адгезия

Загрузка…

Источник: https://HomeMyHome.ru/adgeziya-chto-ehto-takoe.html

Book for ucheba
Добавить комментарий