5. Адгезия

Какие же силы обеспечивают смачивание. силы, действующие между молекулами внутри фазы называются силами КОГЕЗИИ (слипания), а силы прилипания, осуществляющие связь между молекулами, находя­щимися в разных фазах. Называются силами АДГЕЗИИ. Работу сил когезии W_к определяют как работу, необходимую для разрыва однородной объемной фазы, и относят ее к единице площади разрыва. Эта работа равна W_к = 2 у_жг т.к. при разрыве образуются две новых поверх­ности жидкость - газ. Работу адгезии также относят к единице площади и определяют, как работу разрыва межфазного поверхностного слоя 0на также затрачивается на образование двух новых поверхностей и выигрывается за счет исчезновения свободной энергии исходной меж­фазной границы. Для системы Т-Ж она равна:Отсюда следует уравнение Дюпре:, которое показывает, что чем больше cos адгезия, тем больше, т.е. тем больше сма­чивание. Силы межфазного взаимодействия (адгезии) стремятся растя­нуть каплю на поверхности твердого тела, а силы когезии стягивают ее до полусферы, препятствуя растеканию. Условие смачивания в тер­минах работы выглядит следующим образом: cos > 0^o. W_а > W_к При не смачивании W_а<0,5W_к при смачивании W_а<0,5W_к, при рас­текании W_а  W_к. (см. уравнение), разность W_а - W_к называют коэф­фициентом растекания. Для объяснения явлений, происходящих при адгезионном взаимодействии двух полимеров или полимера с твердой по­верхностью предложено множество теорий. Механическая (затекание жидкой фазы в трещины, поры поверхности), молекулярная (возникнове­ние ван-дер-ваальсовых или водородных связей), электрическая (воз­никновение двойного электрического слоя), диффузионная (диффузия или взаимодиффузия на границе раздела), химическая (химическое взаимодействие на поверхностном слое). Реально, нет единого механиз­ма объяснения адгезии, который бы исчерпывающе объяснял все факты. Методы измерения адгезионного взаимодействия: сочетание механичес­кого отслаивания и калориметрического определения теплоты процесса адгезии. Последнее необходимо т.к. позволяет получать дополнитель­ную информацию о процессах, происходящих на межфазной границе адгезионного соединения. Необходимо четко разграничивать, понятия термо­динамической работы адгезии - равновесной величины, не зависящей от условий испытания и определяющейся только термодинамическими харак­теристиками поверхностей, и адгезионной прочностью, зависящей от ус­ловий отрыва (расслоения). Термодинамический подход разделяет дисперсионные, индукционные и полярные вклады в общую величину адгезии, хотя определенную роль при этом могут играть водородные связи или электро­статические силы. В соответствии с термодинамическим подходом макси­мальная прочность адгезионного соединения наблюдается в том случае, когда межфазная энергия минимальна или равна нулю, что означает ра­венство поверхностных натяжения адгезива и субстрата.(вообще говоря,  субстрата должна быть выше  адгезива). Есть факты, свидетельст­вующие о влиянии на адгезионную прочность кислотно-основных свойств поверхности полимера и наполнителя (ПВХ склонен к взаимодействию о мелом, кварцем). Только термодинамический подход к адгезии недостаточен, т.к. необходимо учитывать существенное разли­чие между действительной адгезионной прочностью и той величиной, которая определяется при измерении усилия расслаивания.

Реологическая теория адгезии (Я.О.Бикерман) утверждает, что разрыв в действитель­ности происходит не точно по межфазной границе, а по самому слабому месту в прилегающем к субстрату сдое адгезива. Есть серьезные экс­периментальные доказательства в пользу существования слабых слоев на границе раздела контактирующих фаз. Для наполненных систем оцен­ку адгезионного взаимодействия можно провести, исследуя отклонение кривой "нагрузка-деформация" от линейности (только для жестких уп­ругих материалов, где она линейна на значительном протяжении). Для улучшения взаимодействия частиц с матрицей применяют аппреты (силаны, титанаты), однако вклад химических связей в адгезионную прочно­сть невелик. Главная роль аппрета - создание эластичной прослойки между фазами. Измерение адгезионной прочности осложняется сложностью характера расслаивания: чисто адгезионное расслаивание встречается сравнитель­но редко, разрушение может идти по адгезиву или субстрату (когезионное), обычно наблюдают смешанный характер расслоения.

Рис.55.

Зависимость усилия расслаивания,где h - ширина образца, от наиболее часто встречающихся параметров приведена на рис.55. Важное влияние на величину усилия расслаивания оказывает скорость отрыва - влияние скорости отрыва и температуры испытания удается учесть в зависимости, аналогичной температурно-временной суперпозиции. Рассмотренные выше закономерности позволяют прояснить механизм процессов, происходящих в системах Т-Ж, т.е., например, в наполненных термо- или реактопластах.