ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пути повышения эффективности процесса склеивания из "Клеи и их применение в электротехнике" Проблема повышения эффективности процесса склеивания складывается из двух независимых, но взаимосвязанных аспектов — теоретического и технологического. В рамках первого из них она сводится к разработке направлений увеличения адгезионной способности твердых тел — комплексного параметра, определяемого закономерностями взаимодействия конденсированных фаз при их молекулярном контакте. Во втором аспекте проблема состоит в определении оптимальных путей воздействия на факторы, связанные с формированием адгезионного соединения. [c.30] Вследствие регибридизации орбиталей поверхность в наиболее общем случае должна обладать полирадикаль-ными свойствами. Поскольку в обычных условиях регулирование уровней Тамма невозможно, для получения конденсированных фаз с высокоэнергетической поверхностью, а следовательно, и увеличенной адгезионной способностью необходимо осуществлять регибридизацию орбиталей по Шокли [32]. Для этого в состав объема полимеров или, эффективнее, их поверхности следует вводить либо функциональные группы или атомы с неподеленными электронными парами и (или) л-электронами (N-, 8-, Р-,-0-содержащие и т. п.), либо свободные единицы валентности [33]. [c.32] Конкретизируем подобный подход в отдельности для клеев и субстратов. [c.32] Адгезивы, синтезированные с соблюдением названных требований, должны характеризоваться повышенной адгезионной способностью. Однако функциональность имеет значение не только в качественном, но и в количественном аспекте, поскольку рост поверхностной энергии полимера способен привести одновременно к повышению жесткости его макромолекул за счет увеличения энергии когезии и снижения подвижности цепей. Как следствие, типичные зависимости прочности клеевых соединений от содержания групп в адгезиве описываются кривыми с максимумом. Казалось бы, этого можно избежать применением растворов или расплавов клеев. Но увеличение числа функциональных групп сопровождается ростом величины Рп вследствие удаления растворителя или охлаждения расплава. Поэтому оптимальный адгезив должен сочетать высокое число адгезионноактивных групп со способностью к достаточно высокой скорости релаксации. [c.32] Учитывая, что современные адгезивы представляют собой, как правило, многокомпонентные системы, важным направлением повышения эффективности процесса склеивания является также выбор структурирующих агентов (отвердителей) и ингредиентов адгезионного назначения, а также различных ускорителей, пластификаторов, наполнителей, растворителей и т. д. Вопросы, связанные с влиянием природы этих компонентов и основными направлениями разработки рецептур клеевых композиций, существенны скорее для изготовителей, чем потребителей адгезивов. [c.34] Субстраты, характеризующиеся повышенной адгезионной способностью, образуются в результате соответствующего воздействия либо на поверхность, либо на объем фазы. В любом случае конечным эффектом является модификация поверхностных слоев субстратов адгезионноактивными группами, которые, увеличивая поверхностную энергию материала, одновременно обеспечивают возможность образования химических связей с адгезивом. Выбор таких групп, достаточно широкий для адгезивов, в случае субстратов существенно сужается в связи с ограниченностью существующих методов модификации [35]. С другой стороны, если на стадии синтеза полимеров адгезионного назначения или на стадии разработки адгезивов их характеристики можно варьировать в достаточно широких пределах, то изменение химической природы поверхности субстратов в промышленных масштабах менее реально, хотя и оправданно. Поэтому в данном случае ограничиваются введением функциональных групп, способных одновременно к повышению и поверхностной энергии, и реакционной способности субстратов. [c.34] Адгезионная способность полимеров повышается после введения в их состав свободных единиц валентности. Последние могут быть генерированы в результате механического [36] или механохимического [37] воздействий на субстрат, что повышает прочность склеек почти на порядок. Эти единицы валентности могут быть введены и непосредственно путем модификации субстратов стабильными органическими радикалами [38]. В последнем случае наблюдается закономерный рост прочности клеевого крепления самых различных материалов — металлов, полимеров, стекол. [c.35] Эффективность различных направлений подготовки субстратов к склеиванию определяется как природой последних, так и технологическими факторами [19]. В целом потенциальные возможности подобного подхода к повышению прочности склеек далеко не исчерпаны. [c.35] Технология склеивания включает учет факторов, обеспечивающих возможно более полный молекулярный контакт между адгезивом и субстратом. В отличие от закономерностей повышения адгезионной способности последних теоретически оправданный выбор этой технологии обусловлен характером проявления внешних параметров — температуры, давления, продолжительности, связанных со спецификой явлений смачивания, растекания и реологии. Проблемы, возникающие при определении температурных режимов склеивания, влияния давления и продолжительности процессов, достаточно полно освещены в литературе. Поскольку, по сути, они состоят в достижении равновесных условий формирования склеек, приводящих к закономерно когезионному характеру их разрушения, целесообразно остановиться только на наиболее принципиальных вопросах влияния данных факторов, кратко охарактеризовав также сущность и менее традиционных воздействий — освещения, электрического и магнитного полей и т.д. Предварительно обратим внимание на общее условие выбора технологических режимов склеивания — необходимость удаления граничных слоев пониж енной когезионной прочности, образующихся вследствие поверхностных загрязнений, миграции на поверхность фазы низкомолекулярных объемных примесей, деструкции адгезива в процессе склеивания и т. п. [15]. [c.36] Влияние освещения было обнаружено на примере роста скорости растекания спиртов и эфиров по поверхности германия, кремния, титана и сурьмы. Соответствующие кинетические зависимости имеют линейный характер в координатах —т, хотя в обычных условиях имеет место квадратичный закон х =ах. Изучение природы этого эффекта, получившего название фотокапиллярного, позволило установить его независимость от свойств растекающейся жидкости. Эффективное влияние освещения интенсивностью (I—4) 10 лк связывают с изменением поверхностного заряда и прогибом зон на поверхности субстрата, приводящими к повышению поверхностной энергии как к предпосылке роста адгезионной способности. При этом наблюдается увеличение движущей силы растекания [см. выражение (4)] за счет реализации известного механизма формирования адсорбционной пленки перед фронтом растекающейся жидкости. Особый интерес представляет переход к интенсивному ультрафиолетовому освещению (для полиэтилена оптимум длины волны облучения составляет 350 нм), одновременно способствующему удалению слабых граничных слоев. В ряде случаев мощное освещение способно обеспечить растекание в системах, в которых ранее оно не наблюдалось. Подобный подход нашел применение при склеивании металлов со стеклом. [c.39] Влияние магнитного поля в принципе обусловлено тем же механизмом. Наложение сильных полей напряженностью до 125 А/м способно привести к поляризации не только в металлах, но и в резинах. Если магнитное поле наложить на приведенные в контакт резину и металл, соединяемые эластомерным клеем, то ориентация активных центров на поверхности элементов системы окажется достаточной для практически полного их совмещения . При этом может происходить изменение как надмолекулярной организации адгезива, так и скорости его структурирования. В итоге за счет соблюдения геометрического соответствия активных центров продолжительность процесса формирования адгезионных соединений резко сокращается и результативность технологического оформления склеивания существенно возрастает. Так, предварительная магнитная обработка алюминиевого сплава, винипласта и кварца приводит к увеличению прочности их крепления эпоксидными клеями на 20— 45%. [c.40] Ускорение реакции структурирования адгезива, безусловно интенсифицирующее процесс склеивания, является важным резервом повышения эффективности клеевого крепления. Оно может быть осуществлено за счет теплового (горячий газ, контактный и индукционный нагрев), ультразвукового, высокочастотного и сверхвысокочастотного воздействий, различных облучений (инфракрасное, ультрафиолетовое, электронный или лазерный луч, струя плазмы, рентгеновское, у Облучение), вплоть до радиочастотного облучения и воздействия ускоренных электронов. Механизм влияния таких интенсивных факторов носит, по-видимому, комплексный характер, развиваясь в различных направлениях, — от удаления слабых граничных слоев и повышения поверхностной энергии субстрата до эффективного совмещения активных центров на поверхностях элементов склейки и ускорения процесса ее формирования. [c.40] В заключение параграфа следует остановиться на вопросе, имеющем общее значение и для проблемы повышения адгезионной способности твердых тел, и для технологии склеивания, — эффективном соотношении поверхностных энергий адгезива и субстрата. [c.40] Вернуться к основной статье