Неорганические материалы
К группе неорганических материалов относятся металлы, стекла и керамика. Между собой данные материалы различаются своими свойствами, технологией получения, методами обработки, областями применения и пр. Группа неорганических материалов нашла самое широкое применение в качестве материалов подложек при изготовлении самых различных клеесборных конструкций.
Металлические поверхности. Свободная поверхностная энергия металлов обычно достаточно высока, и поэтому они относятся к группе высокоэнергетических поверхностей. Отличительной особенностью металлов является их низкая стойкость к коррозии и наличие на их поверхности оксидных слоев. Продукты коррозии по своим свойствам существенно отличаются от основного металла, и при склеивании, как правило, разрушение происходит по слабым пограничным слоям подложки, если на ней имеются продукты коррозии. Металлы отличаются между собой по стойкости к воздействию коррозионных факторов, однако воздействию коррозии подвержены все, просто в разной степени. Даже такие благородные металлы, как платина, подвержены окислению, и их поверхностные слои содержат некоторые количества оксидов и гидроксидов. От состава поверхностных слоев во многом зависят скорость протекания процессов смачивания.
Свойства. Наибольшее влияние на свойства поверхностных слоев металлических подложек оказывают кислород и пары воды. Под их воздействием происходят изменения структуры и изменение физико-химических свойств поверхностных слоев.
Структура. Уровень изменений свойств структуры существенно зависит от свойств металлов. Например, железо подвержено быстрому окислению, и на его поверхности имеются слои, которые являются рыхлыми, малопрочными и не обеспечивают хорошее качество склеивания. Поэтому перед нанесением клеевого материала необходимо удалить поверхностный слой. Для алюминия, наоборот, окисленная пленка является прочной, характеризуется очень высокой скоростью образования. Ее также требуется удалить перед нанесением клея. Существует большое разнообразие окисных пленок, каждая из которых отличается своими особенностями. Для защиты поверхности металлов от окисления используют специальные химические методы обработки. Их основной целью является:
- удаление поврежденных слоев металла, что обеспечивает хорошую адгезионную прочность клеевому соединению;
- регулирование микрорельефа поверхностного слоя путем создания пор определенной геометрической формы. Недостатки химических методов:
- может иметь место увеличение хрупкости поверхностного слоя
- геометрия микрорельефа может не обеспечить полное самопроизвольное растекание клея, особенно это актуально при использовании вязких клеевых материалов;
- может иметь место преждевременное старение клеевых соединений, что связано с диффузией воды по поверхности раздела фаз.
Влияния отрицательных факторов можно избежать, если непосредственно сразу же после обработки поверхности металла каким-либо химическим способом нанести слой специального материала, повышающего адгезионную прочность склеивания. К таким материалам относятся праймеры, грунтовки и другие специальные материалы. Они позволяют увеличивать значения адгезионной прочности и долговечности клеевого соединения.
Физико-химические свойства. Структура материала в поверхностном слое должна быть такой, чтобы обеспечить хорошее взаимодействие ее с клеем, с установлением связи типа. Если на поверхности имеются в достаточном количестве гидроксидные группы, то между клеем и подложкой могут возникать более прочные связи, типа.
Каждый участок поверхности подложки способен адсорбировать неполярные молекулы, т.е. имеют место процессы физической сорбции, а также полярные молекулы, в этом случае происходит химическая сорбция. Постепенное конденсирование на поверхностном слое паров воздуха приводит к дезактивации поверхности. Адсорбируемые вещества могут быть самые разные: оксиды углерода, азота, серы. Пары воды играют наиболее существенную роль, т.к. образуют гидроксиды, которые впоследствии способствуют образованию водородных связей. Возможно образование некоторых кислот. Таким образом, происходит постепенное загрязнение поверхностного слоя.
Самопроизвольная дезактивация поверхностного слоя металлов происходит очень медленно. В результате такая поверхность имеет значения поверхностного натяжения не более 40 мДжм2. Однако если окисный слой полностью удалить и металлическую поверхность тщательно просушить, то она полностью восстанавливает свои свойства.
Химическая активность. Плотность зарядов, образуемых оксидами и гидроксидами, находится в диапазоне 1012 — 1014 на 1 см2. При химической обработке на поверхности металла происходит образование оксидного слоя или стравливание металла. Иногда происходят одновременно оба процесса. В результате при склеивании, в зависимости от свойств клеевого материала и подложки, могут происходить процессы:
- фиксации пассивирующих агентов, что приводит к увеличению адгезионной прочности;
- каталитического разложения, окисления, гидролиза и пр.
Синяя окраска склеенных медных поверхностей. В процессе гидролиза некоторых функциональных групп, например уретановых, эпоксидных и др., происходит освобождение молекул, способных вступить во взаимодействие с ионами меди. При наличии на поверхности следов влаги на ней может появляться сине-зеленый налет.
Данное явление приводит к уменьшению адгезионной прочности, однако его можно использовать и во благо склеиванию.
Взаимодействие гидроксидов металла с эпоксидными группами. В результате химической реакции образуются соединения, несколько похожие на спирты, но отличающиеся более высокой химической активностью, что связано с их хорошими нуклеофильными свойствами.
Загрузка ...