ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Площадь контакта в адгезионных соединениях из "Физическая химия адгезии полимеров" Поверхность реальных твердых тел, в том числе полимеров, характеризуется развитым рельефом, определяемым предысторией формирования объекта и технологаей его обработки. Согласно существующим представлениям [17], различают макроскопические неровности (волны) размером до 10 мкм и микронеровности, высота которых на 2-3 порядка меньше. Наибольший практический интерес вызывает изучение последних из них, поскольку в отличие от волн микродефекты значительно труднее поддаются регулированию, а учет их роли в процессах межфазного контактирования необходим как при рассмотрении реологии растекания, так и при анализе механики деформирования микровыступов. [c.138] Микроскопические неровности реальной поверхности твердых тел могут иметь самую различную форму. Для металлов различают стержневидные, конические, сферические и эллипсоидные микродефекты. Такая классификация условна обычно профилограммы имеют довольно сложный вид. Даже на небольшом участке поверхности, обработанной одним способом, высота микронеровностей может различаться более чем на порядок [602]. Такой вывод подтвержден Томасом [603], предложившим машинный способ построения топографических карт поверхности. Достаточно адекватное описание закономерностей распределения микронеровностей достигается лишь в рамках вероятностного подхода, например с помошью теории случайных полей, развитой для металлов [604]. [c.138] Не менее сложен микрорельеф полимерных поверхностей [88], образование которого связано с влиянием не только механической обработки, но также надмолекулярной организации полимера, характера его упаковки, степени кристалличности и т. д. Количественный учет каждого из этих факторов весьма сложен, и в настоящее время, по-видимому, преждевременно говорить о строгой теории топографии поверхности высокомолекулярных соединений. Большинство идей в этой области заимствовано из физики металлов и применительно к полимерам конкретизировано главным образом для трения [18, 19]. [c.138] Среди большого числа методов исследования поверхности адгезивов и субстратов наиболее ясная информация может быть получена, по-видимому, с помощью оптических методов. Строго говоря, эти методы позволяют измерить не фактическую, а оптическую площадь контакта, однако между ними наблюдается [607] практически линейная зависимость. [c.139] Применительно к полимерам наибольшее распространение получил метод Ме-хау, основанный на фотометрической регистрации нарушения полного внутреннего отражения в точках контакта полированной стеклянной призмы с шероховатой поверхностью объекта. Полное внутреннее отражение, при котором энергия падаю-шей волны полностью возвращается в первую среду (стекло), возникает при отражении электромагнитной волны от оптически менее плотной среды (воздух) в отсутствие поглощения под углом падения, величина которого превышает некоторое критическое значение. Графическое изображение зависимости движения электромагнитных волн показывает, что соответствующие линии не полностью перекрывают профиль микронеровностей, обусловливая некоторое ограничение чувствительности метода, для волны с Х = 600 нм составляющее около 200 нм. [c.139] В больщинстве случаев оценки разрешающей способности метода Мехау оказывается достаточно, однако для ряда полимеров ширина зоны действия межмолекулярных сил на порядок ниже, составляя, например для эластомеров, 5-10 нм. С учетом этого обстоятельства были предприняты попытки повысить разрешение метода Мехау. Для этой цели предложено использовать поляризованный свет [608], поскольку изменение коэффициента отражения позволяет обеспечить более полное проникновение луча в микронеровности на поверхности объекта и, следовательно, снижение относительной погрешности метода не менее чем на 30%. Другой подход основан на использовании инфракрасной области спектра при условии, что значительные потери в дисперсионных спектрометрах снижаются в результате резкого повышения разрешающей способности благодаря технике Фурье-спектроскопии [577] этот метод позволяет оценивать значения 1, лежащие в интервале 1-10 нм. [c.139] Наибольший интерес при изучении закономерностей формирования макроскопического (реального, возникающего, как правило, без деформации микронеровностей поверхности субстрата путем их утапливания в адгезиве) контакта полимеров представляет, собственно, не измерение площади фактического контакта само по себе, а в сочетании с одновременным определением прочности адгезионных соединений. Предназначенная для этой цели установка на базе двухканального векторэлектрокардиаскопа (регистрация силы отрыва по горизонтальной оси и площади фактического кон-такта-по вертикальной) описана в работе [16]. [c.139] Оба последние выражения описывают главным образом либо начальные стадии образования адгезионных соединений, когда образующаяся со временем плотная сетка межфазных связей нивелирует различия релаксационных свойств полимеров, либо поведение систем, в которых межфазные связи валентной природы или отсутствуют, или их образование заторможено влиянием природы контактируюидих объектов. Справедливость изложенных представлений подтверждается результатами статистического расчета числа молекулярных контактов в системе эластомер-твердый субстрат [613], свидетельствующими о его слабой зависимости от давления. [c.141] Аналогичные зависимости описаны в литературе, например для систем эластомеров [617], когда температуры максимальной прочности адгезионных соединений коррелируют с Тд. Хантсбергер показал, что в интервале температур 293-413 К при Т Тд адгезива наблюдается монотонная температурная зависимость прочности клеевых соединений полиэтилена, поливинилацетата и полибутилметакрилата со сталью, а при ТхТд (адгезивы-полистирол и полиметилметакрилат) соответствующая кривая приобретает экстремальный характер [618]. Подобные эффекты наблюдали и при понижении температуры на примере системы полиметилметакрилат-стекло [607]. [c.142] При температурах контактирования, сильно отличающихся от Тд, закономерности изменения определяются главным образом реологическими факторами, т.е. интенсивностью термоинициированного растекания адгезива по поверхности субстрата и его затекания в микродефекты. Так, наблюдалось образование прочных адгезионных соединений полиэтилена с алюминием уже при 333-355 К [619], т.е. значительно ниже Т , что связано с морфологическими изменениями в адгезиве, контактирующем с высокоэнергетической поверхностью субстрата. Максимум прочности соединений полимер-целлофан ранее наблюдался в интервале температур 263-343 К [620], причем шестикратный рост этого показателя происходил при повышении температуры от 263 до 323 К вследствие интенсификации подвижности цепей. Контактирование металлов с полимерами при Т Г к не влияет на прочность соответствующих систем, что свидетельствует очевидно о достижении в этих условиях предельной площади фактического контакта. [c.142] Здесь предэкспоненциальный множитель Гц отражает природу адгезива и субстрата, а 1/ -кажущаяся энергия активации процесса разрушения [6]. В ряде случаев зависимости подобного рода характеризуются наличием нескольких максимумов. Такое явление наблюдалось для адгезионных соединений кристаллических и аморфных гомо- и сополимеров трифторхлор-этилена, полученных с помошью эпоксидного состава [623]. Первый из этих максимумов был связан с термодинамическими факторами, а второй-с реологическим характером взаимодействия адгезива и субстрата. Обобщение многочисленных данных по температурным зависимостям прочности адгезионных соединений эластомеров и резин с металлами при выборе в качестве нормирующих факторов максимума сопротивления расслаиванию Р ах и температуры приведения 7 р, при которой сохраняется некоторая минимальная прочность адгезивов, отвечающая [595], позволило построить кривую (рис. 62) в координатах Р/Рт х Т— Т р), свидетельствующую о справедливости изложенных представлений, связывающих температуру с площадью фактического контакта и соответственно с прочностью адгезионных соединений полимеров. [c.143] Обсуждавшиеся соображения свидетельствуют об ограниченности подобных упрощенных подходов. Однако они позволяют представить качественную картину влияния отдельных факторов на закономерности формирования площади фактического контакта полимеров. [c.145] Вернуться к основной статье