Теоретические модели адгезии: макроскопические модели
Для описания процессов адгезионного взаимодействия использовались различные научные подходы, однако ни один из них не позволил в полной мере объяснить причины данного явления. Существует несколько классических теорий адгезии, однако все они признаны несовершенными. Причинами этого являются в первую очередь:
- Структура самого клеевого шва и пограничных слоев началась изучаться только в течение последних 50 лет и любое, более раннее объяснение, таким образом, является неполным.
- Результаты экспериментальных исследований прочности клеевых соединений позволяют лишь фиксировать достигнутый уровень прочности, но не объясняют его причину;
- В моделях описывается результат адгезионного взаимодействия, и не рассматриваются способы, с помощью которых этот результат достигнут.
Различают макроскопические теории и теории, учитывающие элементарные взаимодействия между клеем и склеиваемыми поверхностями. Наибольшее внимание исследователи уделяют изучению непосредственного механизма взаимодействия на границе раздела фаз, однако это совсем не значит, что макроскопические теории имеют меньшее значение. Рассмотрим подробнее некоторые из теорий.
Макроскопические модели. Механическая модель подчеркивает важность шероховатости поверхности подложки. Она хорошо объясняет отдельные случаи адгезии, в частности, хорошее сцепление клея с пористыми подложками, однако, как и у всех других моделей, у нее есть свои ограничения. В процессе отверждения, т.е. перехода клея из жидкого состояния в твердое (физическим или химическим способом) имеет место потеря энтропии, что выражается в уменьшении занимаемого объема. Это явление известно под названием усадка и является следствием отсутствия полного контакта между клеем и подложкой, что приводит к снижению адгезии, если она связана только с механическим зацеплением.
Однако в целом ряде случаев, независимо от усадки, имеют место высокие значения адгезионной прочности, например, это в полной мере относится к воде, которая при замерзании увеличивается в объеме. Можно только пожалеть, что лед имеет такую низкую температуру плавления и по этой причине не может быть использован в качестве клея.
Так как клей и подложка обладают различной структурой электронных зон, то при их контакте происходит перенос заряда, что приводит к образованию двойного электрического слоя, величина которого и определяет величину адгезионного взаимодействия
Действительно, с помощь электронной теории можно объяснить причины адгезионного взаимодействия некоторых материалов, однако области применения этой теории очень ограничены, что связано с тем, что жидкий клей не обладает зарядами, и влияние двойного электрического слоя наблюдается только в процессе его разрушения.
Адсорбционная теория. В соответствии с этой теорией адгезионное взаимодействие происходит в результате действия межатомных и межмолекулярных сил, на поверхности раздела фаз, в первую очередь межмолекулярных сил Ван-дер Вальса.
Примером такого взаимодействия является высокая прочность сцепления между собой двух идеально гладких деталей, например полированных стекол. При близком контакте двух твердых тел начинает проявляться действие водородных связей. В зависимости от свойств склеиваемых деталей и клея возможно образование молекулярных межфазных комплексов.
Диффузионная модель. В соответствии с этой теорией причиной адгезионного взаимодействия является взаимная диффузия макромолекул через межфазную границу.
Эта теория подтверждается хорошо известным явлением аутогезии (взаимной диффузии материалов одинаковой природы). Для того, чтобы такое взаимодействие имело место, макромолекулы должны иметь участки с подвижными структурами. Увеличение температуры приводит к увеличению процессов взаимной диффузии.
Загрузка ...