ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы АДГЕЗИЯ ПОЛИМЕРОВ К ТВЕРДЫМ ПОВЕРХНОСТЯМ из "Физико-химические основы наполнения полимеров" Адгезия полимеров к твердым поверхностям является одним из основных факторов, определяющих свойства любых полимерно-композиционных материалов. В пластиках, армированных волокнами, адгезия на межфазной границе обусловливает совместную работу волокон и матрицы, возможность межслоевого сдвига при деформации и другие физико-механические свойства. Адгезии как явлению и адгезии полимеров к твердым телам посвящено большое число монографий и работ [146- 154]. [c.54] Проблема адгезии очень сложна и включает разные аспекты химические, физические и механические (например, теория разрушения адгезионных соединений). Существует множество теоретических подходов к описанию и объяснению явлений адгезии, которые изложены в приведенных источниках. Однако ни одна из существующих теорий не дает возможности рассчитать энергию адгезионного взаимодействия и прочность адгезионного соединения. Это обусловлено тем, что и на собственно адгезию, и на адгезионную прочность одновременно влияет большое число разнородных факторов, которые не могут быть учтены в рамках одной какой-либо теории. В соответствии с этим при дальнейшем изложении ограничимся только рассмотрением некоторых общих принципов, справедливость которых не вызывает сомнений. [c.54] Адгезию (прилипание двух тел друг к другу) можно охарактеризовать термодинамической величиной работы, которую надо совершить для разделения в равновесных условиях двух приведенных в контакт разнородных тел. Силы сцепления двух тел обусловлены действием молекулярных сил [155]. [c.54] Величина может бьгеь больше 27 при Ужт + Тжг При этом капля жидкости растекается по поверхности. Условие растекания выражается неравенством К ад 2ii j., т.е. жидкость начинает растекаться по поверхности твердого тела в случае, когда ее адгезия становится больше когезии. По мнению технологов, условием высокой адгезии является хорошее смачивание. С точки зрения термодинамики, хорошее смачивание обусловлено высокой адгезией. [c.55] Энергия, необходимая для когезионного разрушения внутри жидкости, должна составлять 2 УжИ быть равной адгезии при 8 = О, т.е. в случае, когда жидкость полностью смачивает твердое тело. При неполном смачивании (0 0) адгезионное разрушение проходит легче, так как г-у. [c.55] В уравнении (2.2) для твердых тел величина поверхностного натяжения твердого тела Утг представляет собой энергию поверхности твердое тело — газ только в случае, когда жидкость удалена с места контакта с поверхностью. В этом же случае применимо и уравнение (2.5). [c.55] Термодинамическое описание адгезии имеет ряд преимуществ перед другими, поскольку в этом случае не рассматривается молекулярный механизм явления, а описываются только равновесные термодинамические процессы, протекающие на межфазной границе [7,19,156]. [c.56] Дальнейшее развитие исследования термодинамики адгезии получили s работах Зисмана [157, 158], введшего понятие критического поверхностного натяжения смачивания как величины, определяемой экстраполяцией зависимости osfl от т к os0 = 1, т.е. к случаю полного растекания жидкости на поверхности. Найденная путем экстраполяции величина Ус рассматривается как критическое поверхностное натяжение твердого тела и является его характеристикой. Если значение Ус известно, можно предсказать равновесный краевой угол любой жидкости на данной поверхности и определить возможность ее растекания по поверхности. При Т У,, краевой угол 0 = О и жидкость самопроизвольно растекается по поверхности. [c.56] Согласно Зисману, если жидкость не растекается на поверхности высокой поверхностной энергии, то это свидетельствует о наличии на ней адсорбционного слоя, снижающего поверхностную энергию настолько, что поверхность ведет себя подобно поверхности низкой энергии. Это достигается в результате адсорбции газов, летучих веществ или примесей в поверхностном слое. Жидкость может адсорбироваться на поверхности с высокой энергией, образуя монослой, по которому она сама не способна растекаться (аутофобная жидкость). Такие случаи важны для адгезионных соединений в композиционных полимерных материалах. По мнению Зисмана любое вещество, адсорбирующееся на твердой поверхности, не должно понижать у до значения, меньшего, чем поверхностное натяжение жидкого адгезива. [c.56] Применяя представления о критическом поверхностном натяжении (отрицательно оцененных в работе [159]), можно привести выражение для термодинамической работы адгезии в случае удаления жидкости с поверхности, на которой остается адсорбционный слой. [c.56] Некоторыми авторами было сделано предположение о тождественности у, и у . Однако из уравнения Юнга—Дюпре [уравнение (2.4)] следует, что при os0 = 1 у, = у лишь при условии, что межфазное натяжение равно нулю. Для подобных утверждений нет достаточных оснований. Поэтому величину у следует рассматривать как эмпирическую. [c.56] Величина Утг существенно зависит от принятого значения Ф, поскольку она различна для разных пар полимер—жидкость [160,161]. Эти определения были проведены лишь для жидких полимеров. [c.57] Из изложенного выше видно, что величина у представляет собой лишь часть поверхностного натяжения твердого полимера, поскольку согласно экспериментальным данным Ф 1. [c.57] Несоответствие отдельных экспериментально найденных значений у и вычисленных (по Зисману) значений у ряд ученых объясняют различной природой сил, действующих на границе раздела фаз, и тем, что определяемое по смачиванию значение у является лишь частью истинной свободной поверхностной энергии, на которую в зависимости от применяемой жидкости влияют либо дисперсионные, либо полярные взаимодействия. [c.57] Пользуясь этим уравнением, можно рассчитать дисперсионную компоненту жидкости, свободная Поверхностная энергия которой обусловлена дисперсионными и полярными силами, по значению V жидкости, определяемой только дисперсионными силами. Например, для углеводородов V ж V ж. и в этом случае для воды у = 0,0218 Н/м. [c.58] Измеряя у для двух жидкостей, можно получить уравнения для расчета у и у Их сумма приближенно является общей поверхностной энергией твердого тепа у [163]. [c.58] При разбивке на составляющие можно приблизительно оценить структуру поверхностного слоя. [c.58] Была предложена [164—166] новая теория оценки межфазного натяжения для полимерных систем, по которой у чистого компонента можно найти из следующего соотношениг . [c.59] Физический смысл величин у , V и у не вполне ясен полагают, что у- зклад дисперсионных сил у - вклад соответственно эффектов ориентации диполей и индукции У - вклад водородных связей. [c.59] В приведенном соотношении - фактор, описывающий полярные взаимовейстаия как функции полярных составляющих у и у . [c.59] Вернуться к основной статье