Понятие адгезии, работа адгезии

Адгезия – прилипание – связь между разнородными поверхностями. Причина адгезии – действие межмолекулярных сил или сил химического взаимодействия. Склеиваемые поверхности – субстраты. Клеящее вещество – адгезив. Когезия – сцепление между молекулами внутри физического тела под действием сил притяжения. При склеивании в системе работают слабые силы – межмолекулярные; сильные – химические связи. Прочность клеевого соединения обусловлена: адгезионным взаимодействием склеиваемых поверхностей с клеевой прослойкой; когезионной прочностью клеевой прослойки и самих соединяемых материалов.

Рассмотрим схему образования клеевого шва, существующие и возникающие поверхностные силы (рис.6.2).

Рис. 6.2. Схема образования клеевого шва

Совершаемая при склеивании работа адгезии рассчитывается по следующему уравнению:

, (6.1)

где , – поверхностное натяжение на границе фаз 1 и 2 с окружающей средой (воздухом), – поверхностное натяжение на границе фаз 1 и 2, между которыми имеет место адгезия.

Теории адгезии

Механическая адгезия: адгезив протекает в поры субстрата, где происходит полимеризация или поликонденсация – отверждение клея. Образуются как бы «заклепки», связывающие адгезив и субстрат, или ворсинки ткани прочно внедряются в адгезив. Механическая адгезия имеет место, но не всегда достаточна.

Молекулярная теория объясняет адгезию: миграцией макромолекул адгезива к поверхности субстрата и образованием водородных связей между полярными группами; на расстояниях меньше 0,5 нм (5 Å) начинают действовать Ван-дер-ваальсовые силы притяжения между разного рода диполями. Чем больше полярных групп в субстрате и адгезиве, тем прочнее адгезия. Например, для карбоксилсодержащего полимерного материала адгезию можно выразить эмпирической формулой

, (6.2)

где А – адгезия, и – константы.

По электрической теории Дерягина, Кротова система адгезив – субстрат отождествляется с конденсатором, а двойной электрический слой, возникающий при контакте двух разнородных поверхностей, с обкладками конденсатора. Но эта теория не объясняет адгезию полимеров близких по своей природе или адгезию неполярных полимерных материалов и др.

Диффузионная теория Воюцкого хорошо объясняет адгезию между жидким, гибким адгезивом и субстратом, который может набухать в адгезиве, в том случае, если адгезив и субстрат взаиморастворимы. Эта теория хорошо объясняет кинетику процессов адгезии.

Все теории как бы дополняют друг друга и приложимы к определенным случаям. В разных случаях адгезия обусловлена разными механизмами.

Технологический процесс склеивания деталей состоит из следующих этапов: подготовки поверхности к склеиванию; нанесения клея, выдержки, сборки склеиваемых деталей, склеивания при определенных температуре и давлении с последующей выдержкой; очистки шва от подтеков клея и контроля качества клеевого соединения.

Пленкообразующие и лакокрасочные материалы

Пленкообразующие вещества создают защитную пленку и являются связующими для пигментов и наполнителей. К ним относят растительные масла и различные смолы. Пигменты – вещества в порошках (охра, цинковая зелень, алюминиевый порошок, железный сурик), которые не только придают краскам или лакам цвет, но и повышают их защитные свойства. Наполнители (тальк, мел, асбест) – это добавки к пигментам, которые повышают устойчивость и прочность красочного слоя. Пластификаторы – вещества, придающие необходимую пластичность пленке и предохраняющие ее от растрескивания. В качестве пластификаторов применяют сложные эфиры минеральных и органических кислот (дибутилфталат, трикрезилфосфат и др.). Сиккативы – вещества, ускоряющие высыхание масел. Растворители (спирт, скипидар, бензол) применяют для растворения пленкообразующих веществ, приготовления шпаклевки, грунта, эмалевых красок.

Лакокрасочные материалы во всех отраслях народного хозяйства применяют для защиты металлических изделий от коррозии, а деревянных изделий – от гниения и в декоративных целях. Основой для изготовления лакокрасочных материалов служат природные и искусственные смолы. К природным смолам относят канифоль, асфальты, нефтяные битумы; к искусственным – алкидные, эпоксидные, полиакриловые смолы, синтетические каучуки. В состав лакокрасочного материала кроме смолы входят пленкообразующие вещества, пигменты, наполнители, сиккативы, растворители. Лакокрасочные материалы разделяют на грунты, шпаклевки, эмали, лаки, нитрокраски, масляные краски, эмульсионные краски.

Лаки – это растворы пленкообразующих веществ (смол, смолоподобных продуктов) в различных растворителях. В зависимости от пленкообразующих веществ лаки разделяют на природные (масляные) и искусственные, приготовленные на основе искусственных смол и эфиров целлюлозы, бакелитовые и нитролаки. Масляные лаки, краски представляют собой суспензию пигментов в олифах и выпускаются лакокрасочными заводами либо в виде густотертых паст, которые на месте разводят олифой до рабочей вязкости, либо в виде готовых к употреблению составов. Эмалевые краски – суспензии пигментов в лаках. При высыхании эти краски образуют твердую, блестящую, эластичную пленку, напоминающую эмаль. Эмульсионные краски изготавливают из эмульсии, т. е. однородных гетерогенных систем двух жидкостей. Для предотвращения расслаивания в эмульсии добавляют стабилизаторы – казеин, желатин, мыло.

Процесс окраски состоит из нескольких основных операций: подготовки поверхности, грунтовки, шпаклевки (при наличии шероховатостей, неровностей, трещин, раковин), просушки, нанесения краски. Нанесение покрытий осуществляют кистью, механическим и воздушным распылением (пульверизацией), окунанием или обливанием. Затем изделие подвергают естественной или искусственной сушке.