Склеивание металлов и пластмасс - Ковачич Л.
Скачать (прямая ссылка):
Из практики известно, какое влияние оказывает смачивание поверхности на результаты склеивания. Если на поверхности субстрата не присутствуют вещества, которые влияют на смачивание, то на качество клеевого шва оказывает влияние поверхностное натяжение жидкости (клея) на границе с субстратом. Данные о поверхностном натяжении некоторых жидкостей (уl), полимеров (ys) и полимерных клеев приведены в табл. 1.1.
Большая часть органических клеев имеет ус меньше, чем вода, и больше, чем большинство полярных растворителей. При контакте с металлами или оксидами металлов в большинстве случаев ys>yL, наоборот, в случае неметаллических субстратов Ys^Yi- В первом случае, если поверхность чистая, она всегда будет хорошо смачиваться клеем, во втором — выбор клея или растворителя (который является компонентом клея) особенно важен.
Соотношение между работой адгезии и поверхностным натяжением на границе субстрат — клей выражается уравнением
WA = 7s° + Vt.v° — Vsi. (1.Ю)
где Wa—работа адгезии; ys —равновесное поверхностное натяжение на границе твердая поверхность — воздух; y^v0 — равновесное поверхностное натяжение между жидкостью и воздухом; ySL — поверхностное натяжение на границе между твердым веществом и жидкостью.
Поверхность твердого вещества очень быстро адсорбирует пары жидкости (растворителя), которые трудно удалить [14].
13
Таблица 1.1. Поверхностное натяжение жидкостей, клеев [15, 34] и полимеров [96]
Жидкости Уь• (Н/м)-]03 Клеи 1L- (НДО-103 Полимеры V’ (Н/мИОЗ
Вода 72,8 Фенольные, от- 78 Полигекса- 16,5
вержденные фторпропилен
кислотами
Глицерин 63,4 Мочевинофор- 71 Политетрафтор- 18,5
мальдегидные этилен
Формамид 58,2 Фенолорезор- 48 Полидиметил- 24
циновые силоксан
Бромнафталин 44,6 Казеиновые 47 Поливинилиден- 25
Нитробензол 43,9 Эпоксидные О СО !' 5S фторид Полиизобутилен 27
Анилин 42,9 Клей животно- 43 Поливинилфто- 28
го происхожде- рид
ния
Трикрезилфос- 40,9 Поливинил- 38 Полипропилен 29
фат ацетатная дис-
персия
Гексахлорбута- 30,0 Нитроцеллю- 26 цис-Полиизо- 31
диен лозные прен
трет-Бутил- 33,7 Полиэтилен 31
иафталин
Хлорбензол 33,2 Полистирол 33
Бензол 28,9 Полиформаль- 36
дегид (гомопо-
лимер)
Толуол 28,4 Поливинилаце- 37
тат
н-Гексадекан 27,6 Поливиниловый 37
спирт
Хлороформ 27,1 Полихлоропрен 38
Этилацетат 23,9 Поливинилхло- 39
рид
Ацетон 23,7 Полиэтиленте- 43
рефталат
Метиловый 22,6 Полиамид 6,6 46
спирт
Этиловый 22,3
спирт
н-Октан 21,8
и-Гексан 18,4
*у$ представляет собой критическое поверхностное натяжение, которое определяется экстраполяцией из гомологического ряда жидкостей, причем не учитывается возможная разница между жидкостью и твердым веществом.
Поэтому утверждается, что в этом случае работа адгезии при смачивании будет меньше (на долю израсходованной энергии адсорбции), и отношение (1.10) преобразуется следующим образом:
WAX = Vsv° + YLVO — Vsl (1.11)
где Ysvo—поверхностное натяжение или свободная поверхностная энергия твердого вещества на границе с парами в состоянии равновесия.
14
Следовательно, смачивание прямо влияет на возникновение прочного или слабого соединительного слоя. Однако из приведенных данных следует, что пока еще недостаточно аргументов, которьц доказывали бы однозначное влияние разных явлений на возникновение и величину адгезии. Соединение, как правило, не разрушается по границе субстрат — клей, а следовательно, при разрыве не преодолеваются межмолекулярные силы, обусловливающие адгезию. Разрушению соединения предшествует деформация всей системы, на что тоже необходима определенная энергия. Следовательно, работа, которую надо затратить на разрушение клеевого соединения, расходуется не только на преодоление межмолекулярных сил. Таким образом, основной тезис молекулярной теории, гласящий, что сумма межмолекулярных сил соответствует прочности соединения (или силе, необходимой для его разрушения), т. е. U=fm (где — прочность клеевого соединения), вообще недействителен.
В качестве доказательства молекулярной теории часто приводят тот факт, что силовое поле около макромолекулы полиэтилена, который может иметь углеводородные боковые ответвления, слабее, чем поле около цепи, содержащей группы ОН или СООН в боковых ветвях. Испытания с разветвленным полиэтиленом показали, что добавка полярных веществ к расплаву не повышает прочности соединения на клеях различной полярности. При растворении ПЭ при нагреве в ксилоле и последующем осаждении получался порошок ПЭ, практически полностью неполярный. При склеивании такого ПЭ (с мерами по предотвращению появления слабого соединительного слоя) была достигнута более высокая прочность, чем при склеивании полярного ПЭ.
Часто описываются процессы склеивания ПЭ с помощью клеев с большим числом полярных групп (например, эпоксидных). При этом под действием повышенной температуры или сильных окисляющих агентов на поверхности ПЭ должен образовываться полярный слой. Однако, даже если мы учтем образование такого полярного слоя, нельзя однозначно утверждать, что он является главной причиной повышения прочности клеевого соединения. По-видимому, в действительности устраняется слой загрязнений, которые вызвали бы возникновение слабого соединения, что, вероятно, более важно, чем поляризация поверхности. Добавка масляной кислоты к ПЭ уже в количестве 0,1% резко снижает адгезию вопреки тому, что полярность при этом должна была возрасти.
