2.3.2 Теория адгезии, основанная на рассмотрении разрушения

Теория разрушения твердых тел Гриффита была распространена и на разрушение адгезионного контакта. Согласно этой теории, разрушение адгезионного соединения не происходит сразу по всей поверхности. При нагружении соединения в нем возникают микротрещины (на границе или вблизи неё), в вершине которых концентрируется напряжение, приходящееся на всю поверхность трещины (чаще всего такие микротрещины уже имеются во многих телах). С ростом трещины растет и напряжение в ее вершине, и когда размер трещины достигает критических размеров, а напряжение в вершине трещины превосходит поверхностную энергию разрушения вещества, то происходит неуправляемое разрушение соединения. Источниками трещин являются многочисленные дефекты. Поэтому для разрушения тела не требуется энергии, необходимой для одновременного разрушения всех химических связей. Необходимо значительно меньше энергии, лишь для возникновения и роста трещины. При таком подходе причины расхождения между идеальной адгезионной прочностью и достигаемой на практике понятны. Прочность адгезионной связи определяется размерами дефектов и энергией, рассеивающейся в процессе необратимой деформации, сопровождающей процесс разрушения.

Причины возникновения дефектов:

1) усадка полимеров на твердой поверхности (из-за разницы в коэффициентах объемного термического расширения контактирующих тел), вызывающая внутренние напряжения;

2) реологический эффект - высокая вязкость полимеров препятствует полному смачиванию ими твердой шероховатой поверхности, что в свою очередь, ведет к образованию микропустот.

Возникновение и рост трещин может происходить как непосредственно на границе контакта субстанций, так и в одной из субстанций, что определяется соотношением величин адгезии между субстанциями к величине их когезии. Чем ниже адгезия и выше когезия, тем больше вероятность разрушения соединения непосредственно по границе (адгезионный характер разрушения).

Эта теория объясняет и зависимость адгезионной прочности от скорости нагружения соединения таким же образом, как и зависимость прочности тел от скорости их деформирования.

2.3.3 Теория слабого граничного слоя

Эта теория исходит из предположений, что а) адгезионное соединение никогда не разрушается по межфазной границе и б) разрушение обычно проходит когезионно в слабом граничном слое, который может находиться вблизи межфазной границы. Исследования прочности слабых граничных слоев, расположенных между двумя прочными фазами, показывают, что вязкость разрушения такой структуры в основном определяется прочностью фазы до тех пор, пока толщина слабого граничного слоя превышает 1 мкм. Однако при этом значении толщины граничного слоя вязкость разрушения уменьшается примерно на 85 % [2]. Эта теория объясняет причины когезионного характера разрушения адгезионной связи даже в тех случаях, когда прочность разрушаемого материала выше прочности адгезии.

На прочность адгезионного соединения полимера с твердой поверхностью огромное влияние оказывает и качество обработки этой поверхности. С увеличением шероховатости поверхности адгезионная прочность растет. Это обусловлено как увеличением площади поверхности, так и образованием механических зацеплений между полимером и поверхностью за счет затекания полимера в шероховатости поверхности.