Подготовка поверхности пластмасс
Существует достаточно распространенное мнение, что металлы склеивать между собой существенно легче, чем пластмассы. Отличия в методах подготовки поверхности металлов и пластмасс действительно есть. Однако это не означает, что пластмассы сложнее клеить. Нет, просто к группе пластмассовых подложек относится очень большой круг материалов: термопласты, реактопласты, стеклопластики, углепластики и др.
Полимерные материалы с непрерывной поверхностью. Данные типы поверхности характеризуются отсутствием шероховатости и низким значением свободной поверхностной энергии. Как правило, поверхность пластмасс требуется не только очистить от загрязнений, но и модифицировать. В отличие от металлов, поверхность пластмасс подвержена старению, что приводит к изменению физико-химических свойств поверхностных слоев. Пластмассы особенно подвержены старению под воздействием ультрафиолетового излучения (этот процесс получил название фотоокисление).
Процессы фотоокисления полимерных материалов. Процессы старения под действием ультрафиолетового излучения приводят к постепенному разрушению некоторых связей, что в свою очередь активизирует отрицательное влияние всевозможных примесей, которые всегда присутствуют в пластмассах, пусть даже и в небольших количествах. Это приводит к образованию активных функциональных групп, которые являются дальнейшими инициаторами процесса расщепления связей С-Н, и приводит к различным перегруппировкам и рекомбинациям. Это приводит к увеличению жесткости и хрупкости поверхностных слоев.
Окисление свободных радикалов является общей реакцией разложения и вызывает пожелтение пластмассы, что связывают с образованием карбоксильных групп, и с увеличением их хрупкости, что вызвано образованием дополнительного количества новых поперечных связей. Для предупреждения преждевременного процесса старения пластмасс в их состав вводят специальные добавки, например, ангиоксидангы, способные замедлять реакции образования свободных радикалов. Некоторые физико-химические способы обработки поверхности пластмасс, например плазменная обработка, позволяют целенаправленно изменять свойства поверхностных слоев. При воздействии плазмы происходит травление поверхностей, что способствует улучшению их очистки и приводит к некоторому увеличению шероховатости. Это позволяет несколько увеличить прочность склеивания.
Основным отличием поверхности пластмасс от поверхности других материалов является тот факт, что она подвержена влиянию различных сред уже на стадии переработки. Для пластмасс характерны процессы «выпотевания», которые приводят к существенному изменению свойств поверхностных слоев.
Общее между чистой и грязной поверхностью пластмасс. Очищенная и специально подготовленная поверхность полимеров действительно несколько похожа на грязную. Это сходство во многом объясняется тем, что специально подготовленный поверхностный слой отличается от свойств основного материала наличием различных функциональных групп. Однако в подготовленной к склеиванию пластмассе на поверхностном слое могут присутствовать вещества, которые характерны и для неподготовленных поверхностей:
- некоторое количество олигомеров и мономеров, не вступивших в реакцию полимеризации;
- избыток катализаторов, фотостабилизаторов, поверхностно-активных веществ и других, не вступивших в реакцию;
- следов смазки и других веществ, облегчающих выемку пластмассовых изделий из пресс-форм.
Участки поверхности пластмасс, покрытые слоем смазки, во многом аналогичны традиционным жировым загрязнениям, характерным для металлических подложек. Так же, как и при подготовке поверхности металлов, при очистке пластмасс используют механические способы. Используют обработку шлифовальными шкурками или применяют струйную обработку кварцевым песком.
Существует множество способов подготовки поверхности пластмасс специально для подготовки поверхности полиэтилена, полипропилена и многих других материалов с низкими значениями свободной поверхностной энергии. Изменение поверхности пластмасс при воздействии окружающей среды
Для большинства полимеров характерно присутствие в их составе некоторого количества олигомеров и мономеров. «Концы полимерных цепей» обладают определенной подвижностью и могут иметь определенное количество функциональных групп, которые образовывают связи. Такие реакции происходят с очень высокой скоростью, особенно быстро происходят реакции в поверхностных слоях при контакте с атмосферой или неполярными жидкостями. Если те же поверхностные слои в течение длительного времени взаимодействуют с полярными средами, реакционноспособные функциональные группы полимерного материала вступают в химическое взаимодействие, что приводит к постепенному «вымыванию» материала. Большое влияние на скорость процессов старения оказывают релаксационные свойства полимерных материалов.
Плазменная обработка поверхности пластмасс. Плазма представляет собой ионизированный газ. Плазму можно получить в воздушной среде (коронный разряд) или при пониженном давлении (тлеющий разряд). После плазменной обработки повышается прочность склеивания полиэтилена, что можно было бы объяснить появлением полярных групп. Однако эффективность такого способа подготовки поверхности невелика, и уже через несколько часов эффект от плазменной обработки начинает уменьшаться. Мы полагаем, что при обработке поверхностей полиэтилена и других инертных материалов действительно имеет место генерирование полярных групп, однако эти активные функциональные группы вступают в реакцию с примесями, которые быстро конденсируются на поверхности пластмасс.
Выпотевание
Пластмассам в отличие от металлов свойственна высокая скорость изменения свойств при воздействии внешней среды. Если в состав пластмасс входят пластификаторы, то они с течением времени под воздействием факторов окружающей среды мигрируют к поверхности. Если пластмасса уже склеена, то пластификатор мигрирует на поверхности раздела фаз (приводит к нарушению связей), тем самым ухудшает долговременную прочность клеевого соединения.
Загрузка ...