Лако-красочные материалы — производство

7.1. Введение

В предыдущей главе были рассмотрены критерии, обеспечивающие получение уло­вил воритслыюго клееного соединения. Эти критерии были основаны на теоретиче­ских представлениях или рационалистических объяснений явления ад гели и, а также на использовании эмпирических данных. При использовании клеевого соединения в промышленности обнаруживают, что поверхности не обязательно удовлетворяют требованиям, описанным в предыдущей главе. 11а рис. 7.1 приведена схема попереч­ного сечения необработанной металлической поверхности.

дсорэи репные полярные органически!’ всшссгва

-V. ,

вода

Рис. 7.1. Схема нреянолаїасммх слоев ше|юх<шагой поверхности необработанного метал­ла. Размеры выступов (впадин) поверхности могли бы быть порядка нескольких микрон, также как и толщина слоев загрязнений на поверхности

Для неподготовленной металлической поверхности, которая поступает для скле­ивания после операций проката или ковки, как и для поверхности после фрезеро­вания, характерны свойства, которые не позволяют сформировать удовлетвори­тельное клеевое соединение. Несмотря на то что оксид или окалина без сомнения покрывают металл, такой оксид может не обладать химическими харак і ернстиками, обеспечивающими получение удовлетворительного клеевого соединения. Напри­мер, некоторые алюминиевые сплавы содержат магний. Магнии облачает высокой текучестью в состоянии расплава и, как правило, поверхность алюминий-магнисвых сплавов представляет собой оксид магния. На поверхности оксида металла обычно находится слой адсорбированных органических молекул. Эт и отрицательно сказы­вающиеся на характеристиках клеевого соединения органические вещества могли быть адсорбированы из атмосферы или могли быть внесены на поверхность при использовании смазки во время проката. Адсорбция полярных органических ве — щсств на поверхности может или не может оказывать неблагоприятное влияние на адгезионную прочность. Вода находится повсюду и присутствует в виде слоя на по­верхности органического вещества и возможно в виде химически или физически сорбированного слоя на поверхности оксида металла. Кроме того, вода может нахо­диться на поверхности в виде жидкости в зависимости от относительной влажности окружающей атмосферы. В зависимости от типа металла и условий его обработки сдой загрязнений на металлической поверхности может иметь толщину порядка 0,001 дюйм (0,00251 см) и более. Таким образом, когда клей приводят в контакт с поверхностью, которую считают «высокоэнергетической поверхностью», из-за при­сутствия на ней в действительности загрязнений такая поверхность является низ­коэнергетической.

Аналогичное состояние можно наблюдать в случае полимерных материалов. Большинство используемых в промышленности полимерных материалов суще­ствуют не в виде чистых химических соединений, а в основном в виде смесей. Ин­гредиентами смесей, обычно используемых для изготовления деталей, являются пластификаторы, антиоксиданты, антифрикционные добавки и др. Кроме того, большинство полимеров нс имеют определенной молекулярной массы. В частно­сти, для материалов, полимеризующихся но свободнорадикальному механизму, может быть характерно довольно широкое молекулярно-массовое распределение. Низкомолекулярные материалы (иногда их называют «хвостами») часто образу­ют «налет» или диффундируют в поверхностный слой особенно в случае частично кристаллических термопластов. Поверхность промышленного частично кристал­лического полимерного материала может иметь вид, аналогичный показанному на рис. 7.2.

На рисунке волнистые линии внутри полимера относятся к его аморфным об­ластям, в то время как зигзагообразные линии представляют области кристалличе­ского полимера. Эти две области имеют отличия в своем поведении но причинам, которые рассмотрены в данной главе. На поверхности пластика более ко|юткими криволинейными линиями показано присутствие низкомолекулярного выделив­шегося вещества. Использование клеев для склеивания пластиков вызывает боль­ше вопросов, чем в случае проблем, связанных с выделением низкомолекулярных веществ. Пластмассы являются материалами, обладающими низкой поверхностной

энергией, и большинство клеев не смачивают самопроизвольно эти поверхности. Как показано в предыдущей глав»*, использование клея, образующего нмсокопроч — ими клеевой слой (и. следовательно, обладающий высокой поверхностной энерги­ей), для склеивания поверхностей с низкой энергией, должно сразу вызывать опре — делеїі ну ю настороженность.

Существуют еще две причины, которые не могут быть сразу очевидны, для про­ведения подготовки поверхности перед склеиванием. Каждая поверхность, по­казанная на рис. 7.1 и 7.2, имеет некоторую структуру. На практике поверхности используемых В |||ЮМЫ1НЛСН110СТН металлов и пластиков нс имеют точных струк­тур или химического состава. При получении таких металлов иа их поверхность наносят различные смазочные вещества, причем их выбор в любой определенный момент определяется главным образом текущей стоимостью этих материалов. Про­мышленные пластики могт содержать на поверхности антналгезнонные смазки, которые и в данном случае обычно выбирают, исходя из их стоимости. Таким об­разом. первым основанием для обработки и подготовки поверхности является обе­спечение воспроизводимости «ч — свойств, соответствующих операции склеивания. Вторым основанием для подготовки поверхности является получение удовлетво­рительной долговечности клееных соединений. Согласно Дж. Коури МакМиллану, из фирмы [touring Corj). «подготовка поверхности — это ключ к долговечности клее­вого соединении» I 1).

В настоящей главе рассматриваются вопросы, связанные со склеиванием поверх­ностей материалов, наряду со способами подготовки таких поверхностей для полу­чения клееного соединения. При рассмотрении этих способов приведены результа­ты аналитических и механических исследований поверхности, которые позволяют согласовать их г общими представлениями, изложенными в гл. 4 и 6.