Под адгезией принято понимать сцепление, возникающее между двумя приведенными в соприкосновение разнородными материалами.
В случае клеевых соединений адгезия – это сцепление между клеящим веществом и склеиваемой поверхностью, если они разнородны.
При рассмотрении адгезионных явлений необходимо учитывать и когезию.
Когезия– сцепление между атомами и молекулами однородного материала (например, между атомами или молекулами клея).
Единой теории склеивания (адгезии) нет, так как ни одна из теорий не может объяснить всего многообразия и специфичности явлений, возникающих на различных стадиях склеивания и в готовых клеевых соединениях. Поэтому существует несколько теорий адгезии, объясняющих различные частные случаи процессов склеивания.
Рассмотрим основные теории адгезии.
Адсорбционная теория адгезии – рассматривает образование связи между клеящим веществом и склеиваемым материалом как результат действия межмолекулярных сил.
При контакте двух тел возникают молекулярные силы трех видов: дисперсионные, индукционные и электростатические.
Дисперсионные силы действуют на небольшом расстоянии между молекулами независимо от наличия или отсутствия в них полярных групп. Они являются результатом взаимной поляризации молекул за счёт непрерывного внутреннего движения электронов.
Индукционные силы возникают в результате образования диполя, наведенного другой молекулой, обладающей постоянным дипольным моментом.
Электростатические силы появляются в результате взаимодействия полярных молекул. В полярной молекуле центры тяжести всех положительных и отрицательных электрических зарядов не совпадают, в результате чего возникает дипольный момент.
Полярные молекулы благодаря несимметричному распределению электрических зарядов способны притягивать или отталкивать другие полярные молекулы.
В отличие от величины дисперсионных сил, которые практически не зависят от температуры, величина электростатических сил быстро уменьшается с возрастанием температуры в связи с нарушением ориентации диполей в результате увеличения подвижности молекул.
Из этой теории адгезии (адсорбционной) вытекают два важнейших правила адгезии:
1. Клей должен смачивать склеиваемые поверхности.
2. Полярные материалы склеиваются полярными клеями, неполярные – неполярными.
Эмпирическим путём установлено, что большинство полимеров, имеющих в своём составе полярные группы, обладают хорошими клеящими свойствами.
Адгезионные свойства полимеров зависят от величины прочности связей между самими отдельными молекулами (молярная когезия).
Чем больше дипольный момент и молярная когезия полимеров, тем лучше, как правило, их адгезионные свойства
Недостатки адсорбционной теории адгезии
Практически работа отслаивания клеящей плёнки может достигать 104…106 эрг/см2, в то время как работа, необходимая для преодоления молекулярных сил, не превышает 103 эрг/см2.
Адгезия зависит от скорости отслаивания, в то время как работа, направленная на преодоление молекулярных сил, не должна зависеть от скорости разъединения молекул. Трудно поддаются объяснению факты наличия адгезии между слабополярными полимерами: каучук, гутоперча, полиизобутилен и др.
Электрическая теория адгезии (разработана Б.В. Дерягиным и
Н.А. Кротовым). В основе этой теории положение о двойном электрическом слое, образующемся при тесном контакте двух поверхностей.
Основные положения:
1. Адгезия твёрдых плёнок обуславливается электростатическим притяжением зарядов двойного электрического слоя (микроконденсатора), возникающего на поверхности раздела клей – материал.
2. Отрыв клея от материала представляет собой процесс разведения обкладок микроконденсатора до наступления газового разряда.
При этом образование двойного электростатического слоя объясняется адсорбционными явлениями. Если в контакте находятся полимер и металл, то металл является донором электронов, обедняется электронами и заряжается положительно, а полимер – отрицательно.
При склеивании некоторых видов пластмасс полимеры за счёт функциональных групп тоже могут быть донорами или акцепторами электронов, что приводит к образованию двойного электростатического слоя.
Теория не универсальна и имеет следующие недостатки:
1. С точки зрения только этой теории трудно объяснить увеличение адгезии с приближением природы клея и склеиваемых материалов друг к другу.
2. Трудно объяснить высокую адгезию наполненных смесей полимеров, например, клеев на основе фенолоформальдегидной смолы, и синтетических каучуков, обладающих проводимостью, и т.д.
Диффузионная теория адгезии. Эта теория хорошо согласуется с представлением о том, что высокая адгезия возможна, если оба склеиваемых полимера либо полярны, либо неполярны. Согласно этой теории склеиваемые поверхности деталей или материалов, как правило, полимерных, растворяются чистыми растворителями, их смесями или клеящими лаками, представляющими собой малоконцентрированные растворы полимеров в растворителях.
После растворения склеиваемых поверхностей и их соединения осуществляется их сжатие с небольшими давлениями (чтобы растворы не выдавались из зоны склейки). В процессе довольно длительной выдержки происходит взаимная диффузия макромолекул или их частей и постепенное испарение растворителя. В результате между деталями образуются прочные связи. Прочность клеевого соединения, как правило, соизмерима с прочностью склеиваемых материалов.
Недостатки. Диффузионная теория совсем неприменима для объяснения механизма процессов склеивания металлов, стекла, керамики, древесины, кожи, бумаги и т.д.
Химическая теория адгезии. Прочность некоторых соединений обусловлена наличием химических соединений и связей между клеем и склеиваемым материалом.
Например, эта теория объясняет высокую прочность при склеивании резин с медными сплавами, поэтому при обрезинивании стальных деталей их предварительно латунируют.