Механическая теория адгезии полимеров

В соответствии с этой теорией основным и определяющим фактором адгезии считают механическое сцепление адгезива с поверхностью субстрата за счет затекания адгезива в неровности субстрата. Давно установлено, что искусственное создание шероховатости поверхности субстрата склеиваемого соединения повышает прочность склеивания (обработка резиновых пластин наждачной бумагой, анодирование алюминия).

В то же время есть пример эффективного взаимодействия между гладкими пришлифованными поверхностями, что свидетельствует об ограниченной применимости механической теории. Например, адгезия между пластинами слюды, каучука с зеркальной поверхностью стекла.

На ограниченность применения механической теории указывают и такие факторы, как влияние химической природы субстрата и окружающей среды, pH среды, наличие адсорбционных слоев загрязнений, например масла. Достаточно много примеров, когда применение субстратов с близкой макро- и микрошероховатостью приводит к образованию соединений с различной прочностью и долговечностью. Более того, шероховатый профиль поверхности может привести к уменьшению прочности, а не к ее увеличению, поскольку при нагружении создаваемые напряжения на выступах, «зубцах» могут быть настолько велики, что межфазная поверхность разрушится даже при слабом нагружении.

Для получения адгезионных соединений системы «металл- полимер» металлический субстрат подвергают механической или химической (чаще всего) обработке для формирования грубой шероховатости и пористости оксидного слоя при условии, что оксидный слой обладает достаточными механическими свойствами, например оксид алюминия, а адгезив - с подходящими реологическими характеристиками и способным проникать в поры.

Примером реализации такого подхода является нанесение лакового покрытия на поверхность конструкций из алюминия, предварительно прошедшего операцию травления и анодирования. Таким способом «лакируют» практически всю поверхность крыльев, фюзеляжа самолетов, вертолетов и т.п.

Механическое зацепление как способ повышения адгезионного взаимодействия используется при металлизации неметаллических субстратов (неорганическое стекло, пластмассы, пластики и др.). Повышение прочности при этом ряд авторов связывает с изменением топографии поверхности, что обусловливает вклад механического сцепления, другие - повышение прочности связывают с окислением поверхности и ростом межфазного взаимодействия. Третья группа авторов придерживается промежуточной точки зрения, считая значимым вклад механического сцепления и химического взаимодействия. По их мнению, адгезионная прочность обусловлена механическим зацеплением, но для достижения оптимальной прочности необходимо также образование межфазных химических связей. Ими предложен параметр, представляющий произведение соответствующих характеристик, образующих вклад механического сцепления и межфазного химического взаимодействия.

Для обеспечения оптимальной адгезионной прочности проводят подготовку поверхности субстрата. В этих целях применяют механическую и химическую обработку.

При механической обработке на поверхности субстрата увеличивается ее шероховатость. Однако сама по себе обработка не во всех случаях обеспечивает повышение адгезионной прочности. Основным назначением механической обработки является очистка поверхности субстрата от загрязнений смазкой, маслом, оксидами и др. В последующем это улучшает адсорбцию, смачивание, обеспечивает создание более прочного граничного слоя, изменяет характер распределения напряжения в области межфазной границы адгезив - субстрат. Наличие выступов и впадин на поверхности после обработки препятствует прямолинейному распространению трещины вдоль границы контакта. Не исключается также и положительное влияние образования в ходе обработки на поверхности субстрата активных функциональных кислородсодержащих групп и радикалов, способствующих межфазному взаимодействую.

Химическую обработку поверхности травления осуществляют с целью создания шероховатого микрорельефа, обеспечивающего механическое зацепление, модифицирование поверхности, с образованием промежуточных (граничных) слоев, способствующих межмолекулярному взаимодействую.

Травление поверхности полимеров осуществляют перед металлизацией путем обработки в растворах кислот, солей, щелочных металлов.

В общем случае механическое сцепление в определенных условиях может вносить вклад в адгезионную прочность при специальной обработке поверхности субстрата в результате ряда факторов - увеличение шероховатости, ликвидацией слабых поверхностных слоев, улучшения межфазного контакта (повышение степени смачивания и площади контакта).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >