Склеивание металлов и пластмасс - Ковачич Л.
Скачать (прямая ссылка):
На замечания подобного характера Бикерман отвечает следующими рассуждениями, которые опираются на молекулярную теорию адгезии и когезии. Если мы отделяем от субстрата клей, то легче отделяется несколько молекул, чем целая макромолекула. В этом случае трещина, которая пойдет через макромолекулу, будет продолжаться в новом направлении и проникнет в пространство, заполненное макромолекулами, т. е. отойдет от плоскости границы между двумя фазами.
В соединениях металл — полимер связь металл — полимер должна быть прочнее, чем связь полимер — полимер, которая и разорвется быстрее, чем любая другая. Следовательно, под действием молекулярных сил происходит когезионное, а не адгезионное разрушение.
На практике всегда речь идет о когезионном разрушении по» клею, даже если исключается возникновение слабого пограничного слоя. Доказательством этого может быть эксперимент, осуществленный в работе [63] (на рис. 1.10).
* Здесь имеется в виду идеальная адгезионная прочность.
26
f>nc. 1.10. Зависимость прочности при с0<н/см отслаивании (ст0) и толщины оставшегося на субстрате слоя клея от продолжительности контакта (ц — один мономо-лекулярный слой клея толщиной 30 нм).
Полипропилен (М== 30000), мечен-аый радиоактивным углеродом, растворяли в горячем бензоле. Этим раствором пропитывали стекловолокно и после испарения растворителя получали полоску .армированного полипропилена. Эту подоску в течение времени t при темпера- Время, мин
туре Т прижимали к субстрату, а затем
отдирали и измеряли напряжение при отдире. Кроме того, измеряли радиоактивность субстрата и определяли количество полипропилена, который остался на поверхности.
Данная система была выбрана потому, что для нее характерна минимальная вероятность взаимной диффузии компонентов и возникновения переходных слоев. Из рис. 1.10 следует, что при наличии 15 (и более) моио-молекулярных слоев прочность при отдире становится постоянной. При разрушении соединения на субстрате всегда остаются следы клея.
2.1.3. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В КЛЕЕВОМ ШВЕ
Итак, практически 1всегда разрушение клеевого соединения происходит по клею или склеиваемому материалу, и прочность шва должна быть пропорциональна когезионной прочности наиболее слабого компонента системы. При этом необходимо учитывать механические и реологические свойства этих компонентов [4, 6, 16, 42]. Помимо этого следует принимать во внимание внутренние напряжения, которые возникают при отверждении, кристаллизации, колебании температуры и т. д. В результате действия этих напряжений в клеевом шве образуются пустоты и трещины разной формы. Их число и размеры тоже имеют большое значение. Для точного учета этих факторов необходим обширный и сложный математический аппарат.
На практике некоторые реологические свойства клеев проще оценить с помощью модуля упругости при растяжении и сдвиге. Основное правило — модули упругости всех компонентов клеевой системы должны быть как можно ближе друг к другу. Это достигается приготовлением различных клеевых композиций, представляющих собой смеси твердых, эластичных или пластичных компонентов, что позволяет регулировать жесткость и упругость клеевого шва в зависимости от условий эксплуатации.
Дополнительные данные о поведении материала дает определение отношения относительной молекулярной массы полимера к равновесному модулю упругости. На основании моделей Максвелла и Кельвина — Фойгта было выведено уравнение
Ес = (3pRT/Mc) (1 -2Мс/М) (1.29)
где ?с — равновесный модуль упругости при действии нагрузки в течение времени t— оо; М — средняя относительная молекулярная масса несшитого Полимера; Мс — средняя относительная молекулярная масса сшитого полимера; р — плотность полимера прн данной температуре.
27
Для изотропных несжимаемых полимеров соотношение модулей упругости при растяжении и сдвиге выражается обычно отношением
? = 3G (1.30)
Реологические свойства клеевого шва не могут определяться только свойствами полимера [16, 27], поскольку, во-первых, иногда клей — это смесь полимеров, а, во-вторых, необходимо учитывать молекулярную когезию, внутренние напряжения, концентрацию напряжений, геометрию соединения, наличие пустот и других дефектов в соединении. Качественно взаимосвязь этих факторов сформулировал Бикерман:
?=(«/m + s)P (1.31>
где ? — молекулярная когезия; fm — прочность соединения; s — внутренние напряжения; а — коэффициент, отражающий различия в механических свойствах субстрата и клея; [3 — коэффициент, отражающий структурную неоднородность твердого тела (клея), наличие в клее дефектных мест, их форму и число; его часто называют фактором концентрации напряжения, он зависит от геометрии соединения.
При теоретическом определении концентрации напряжений около отверстий [35], исходят из того, что отвержденный клей в определенных условиях ведет себя как упругое тело, подчиняясь закону Гука и что слой материала, в котором есть полость, для упрощения можно считать плоским (двумерным), как это изображено на рис. 1.11.
Если на пленку клея действует сила F=f&б, причем со^б (б — толщина субстрата), то напряжение на окружности полости можно представить отношением
