Лако-красочные материалы — производство

Рассмотренные в предыдущем разделе положения относились к адгезионному сое­динению. в котором по меньшей мере один из субстратов представляет собой поли­мер Этот подход ноклзына(*т ситуацию, в которой диффузная Гранина раздела мог­ла бы образовывать соединение между клеевым слоем и субстратом. Рассмотрим теперь вариант, когда один или оба субстрата являются непроницаемыми по отно­шению к клею. Предположим, что соединение между клеем и субстратом находится в плоскости, показанной на рис. G.7. Треугольник показывает, что усилие, вызываю-

В. Усилие прикладывают но известному тину I (см. гл. 3) и распространение тре­щины происходит, как показано стрелками на рисунке. В этом случае необходи­мы незначительные затраты энергии для тою, чтобы разделить субстраты и стало возможным точное разделение субстратов

шее начато образования трещины, приложено к краю образна. Анализ усилия, вы­зывающего зарождение трещины в клеевом слое или субстрате, не всегда связан с силовым полем, так как граница раздела ведет себя как концентратор напряжений и поэтому распространение трещины происходит на этой границе.

Предположим, что вместо этого существует граница раздела, показанная на рис. 6.8, которая представляет не гладкую, а шероховатую поверхность, по которой мо­жет растекаться клей. Если клей может вытеснить воздух нэ пор, находящихся на поверхности, оба материала находятся в тесном контакте, который представляет со­бой извилистую линию. Если ввести клин в край этого соединения, можно не обна­ружить резкого разделения поверхностей при передаче напряжения. Болес того, для распространения трещины через клеевое соединение направление приладиваемого усилия должно искривляться. Некоторые из таких изгибающихся силовых линий

но соединяемыми материалами. Если в указанной ситуации приложена нагруз­ка. соответствующая типу I. приложенное усилие не может точно проходить путь между двумя субстратами, а должно отклоняться. Когда такое отклонение направ­лено в сторону клеевого слоя, энергия может рассеиваться в результате пластиче­ской деформации Обратите внимание также на вероятность появления участков <эамок-ключ*, которые показывают, что клей должен физически проходить через материал субстрата

проходят внутри клеевого слоя. В большинстве случаен клеевой слой испытыва­ет большую деформацию, чем субстрат. Если клей (или субстрат) пластически де­формируется п процессе разрушения соединения, расходуется энергия и прочность клеевого соединения становится более высокой.

Другой причиной, объясняющей положительное влияние шс|юховатости по­верхности на прочность клеевого соединения, является эффект зацепления. На рис. 6.8 стрелками показан определенный участок поверхности. На этом участке клей полностью заполняет какую-либо пору на поверхности. В этой норе в слон клея ча­стично входит субстрат. Для этого участка на границе раздела характерен так назы­ваемый эффект «замка — ключа*. Ключ, когда он повернут в личинке замка, нельзя вынуть из него, так как существует механическое препятствие, создаваемое личин­кой. Аналогично этому, отвержденный клен в норе, показанный, например, на рис. 6.8, нс может огибать «нависающий край» поры без пластической деформации. 11ла- стическая деформация действует как механизм поглощения энергии и прочность клеевого соединения оказывается выше.

Давно известны ремонтные наборы для резиновых шин н резиновых камер. Эти наборы обычно состоят из резиновой накладки, клея (обычно раствор какого-либо эластомера), наждачной бумаги и напильника. Наждачную бумагу используют для придания шероховатости поверхности резины, что позволяет клею «заклинивать­ся* в субстрат.

Другой причиной повышения адгезия в результате придания поверхности ше­роховатости, является увеличение физической площади контакта. На рис. 6.7 представлена ситуация, при которой контакт между двумя материалами лежит в определенной плоскости (минимально возможная площадь контакта между дву­мя прямоугольными телами). Если попытаться представить рис. 6.8 в трехмерном изображении, можно увидеть, что площадь контакта существенно увеличивается. Если принять, что основой адгезии являются взаимодействия на границе раздела фаз. становится очевидным, что сумма этих взаимодействий должна рассматривать­ся относительно площади контакта. Если реальная площадь контакта значительно увеличивается, общая энергия поверхностного взаимодействия возрастает на вели­чину. пропорциональную увеличению плошали контакта.

Вероятно, оптимальной демонстрацией влияния шероховатости поверхности на адгезию является работа Эроусмнта (111. Он получил поверхности, обладающие различной степенью шероховатости, в результате гальванопластики поверхности медных образцов, каждый из которых имел одинаковую толщину. На рис. 6.9 схе­матично приведены некоторые формы, которые он создал на поверхности, а также полученные данные по прочности клеевого соединения. Обратите внимание, что размеры всех этих конфигураций лежат в пределах порядка одного микрона или близко к этому значению. Он наносил один и тот же эпоксидный клей на все по­верхности и определял прочность при отслаивании эпоксидного полимера от меди. Как показано на рис. 6.9. величина прочности при отслаивании возрастает, несмо­тря на то что во всех случаях клей и субстрат теоретически были одними и теми же. В данном случае можно предположить, что влияние шероховатости поверхности за­ключается в увеличении пластической деформации клеевого слоя на границе раз­дела. что приводит к росту и|ючности при расслаивании.

Рис. 6.9. Экспериментальные данные, полученные Эроусммтом и показывающие влия­ние шероховатости поверхности меди с гальваническим покрытием на величину практической адгезии, когда удален эпоксидный клеи Обратите внимание, что при увеличении шероховатости поверхности и возможности механического лапе — плення значение практической адітмии возрастает, несмотря на то что во всех слу­чаях был использован один и тот же клен (рисунок из работы 111 ] с разрешения Institute of Metal Finishing, UK)