Склеивание металлов и пластмасс - Ковачич Л.
Скачать (прямая ссылка):
2-268
17
Таблица 1.2. Зависимость прочности клеевого соединения от способа обработки поверхности стали [50]
Способ обработки Прочность соединения, МПа Разруше?ие по границе раздела, %
Промывка растворителем (А) 15,5 100
Промывка растворителем+абразив-ная обработка+промывка растворителем (В) 20,8 100
В+экстракция в горячем бутаноне 26,0 20
В+экстракция в горячем бензине 25,5 25
стеме ПТФЭ — сталь слабый слой возникает из-за попадания воздуха, в то время как в случае полиэтилена влияние оказывает также сам материал*.
Известны попытки избежать образования слабых слоев путем проведения склеивания в вакууме (с использованием вакуумных насосов). Однако в этом случае часто остаются трудноустранимые загрязнения маслом. Но если клей содержит подходящий растворитель такого масла, то получаются хорошие результаты.
Итак, мы уже сказали, что для получения прочного соединения необходимо устранить все слабые пограничные слои как на субстрате, так и в клее. В сущности, речь идет о выборе такого клея, который равномерно покроет всю склеиваемую поверхность и устранит слабый пограничный слой (воздушный или масляный), а также о поверхностной обработке субстрата. При этом нельзя забывать о том, что неудача любого метода обработки может зависеть от относительной влажности воздуха. Однако, даже если мы исключим это влияние, все равно прочность соединений зависит от способа подготовки поверхности субстрата, как это видно из табл. 1.2.
При выборе способа очистки металлов следует принимать во внимание их коррозионную стойкость по отношению к применяемым реагентам. Таким образом, поверхностная обработка устраняет слабые пограничные слои, образование которых обусловлено загрязнениями или качеством поверхности. Другая причина возникновения слабых пограничных слоев, как мы уже сказали, — воздушные включения. Они удаляются при нанесении клея, но для этого клей должен хорошо смачивать субстрат.
* В настоящее время общепринято, что адгезия полиэтилена к металлам связана с его поверхностным термоокислением.—Прим. ред.
Рис. 1.2, Угол смачивания.
Рис. 1.3. Гистерезис смачивания.
рис. 1.4. Гистерезис смачивания на неровной поверхности.
Степень смачивания можно количественно выразить углом смачивания, который называется краевым углом (рис. 1.2). Определить точно значение краевого угла невозможно из-за сложностей, обусловленных поверхностными свойствами, формой поверхности и технологической предысторией субстрата, поэтому используется равновесный краевой угол 0.
Необходимо упомянуть и о гистерезисе смачивания — явлении, которое связано с тем, что на одинаковом основании капли может находиться разный объем жидкости, а, следовательно, краевой угол будет разный (рис. 1.3). Гистерезис смачивания проявляется, как правило, на неровной поверхности, поскольку на ней краевой угол будет иным, чем на идеально гладкой (рис. 1.4).
Кроме гистерезиса смачивания важным фактором является скорость смачивания, которая определяется поверхностным натяжением, вязкостью жидкости и размером капилляров [4, 70]. Исходя из уравнения Лапласа для капиллярного давления
(где Rc — капиллярное давление; у — поверхностное натяжение; Ri и R2 — радиусы кривизны на границе жидкость — пар), можно придти к следующим выводам:
1) вязкость клея должна быть в момент нанесения такой низкой, чтобы время заполнения капилляров и полостей было достаточно малым по сравнению с временем нарастания вязкости клея в процессе отверждения;
2) хорошего смачивания можно достичь, если равновесный краевой угол равен или близок к нулю;
3) поскольку на величину краевого угла влияют загрязнения (а также неровности поверхности и вызванный этим гистерезис смачивания), невозможно априори утверждать, что поверхность А будет хорошо смачиваться жидкостью L, поскольку загрязнения могут этому помешать и там, где мы вполне оправданно ждали хорошего смачивания;
4) воздушные включения обычно легче устранить, если клей содержит растворитель с низким поверхностным натяжением; однако гарантировать их полное удаление невозможно;
5) неровности на поверхности до тех пор пока в них не попадет клей (растворитель), не оказывают серьезного влияния на удаление воздуха;
(1.16)
2*
19
Рис. 1.5. Зависимость разрушающего напряжения от продолжительности контакта и контактного давления.
6) кроме скорости смачивания большое значение имеет продолжительность контакта клея с поверхностью; контакт можно улучшить, применяя давление (;рис. 1.5).
Таким образом, применение растворителей с низким поверхностным натяжением, клеев с низкой вязкостью, повышение температуры, использование давления, увеличение продолжительности контакта—главные предпосылки получения прочного соединения. Все это следует иметь в виду при выборе клея, технологии его нанесения и отверждения. Данные о связи между смачиванием, способом обработки поверхности и прочностью шва приведены в табл. 1.3.
Поверхностное натяжение имеет большое значение не только для смачивания, но и прямо связано с когезией материала. Из соотношения [32]
AFc=~2y (1.17)
