ПОГРАНИЧНЫЕ СЛОИ В АДГЕЗИОННЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

Весьма специфичен пограничный слой в соединениях резина — металл. Известно, что латунирование металлов существенно повышает прочность этих адгезионных соединений. Этот прием до сих пор с успехом применяется на практике. Высокая прочность обеспечивается при вулканизации резины в таких соединениях с применением серы в качестве вулканизирующего агента. Тонкие исследования структуры пограничного слоя по методу РФЭС в процессе травления дали концентрационные профили содержания анализируемых элементов по глубине пограничного слоя [162], Межфазная область сложного состава содержит Си1,975, 2п8 и 2пО, причем состав слоя зависит от относительной влажности воздуха, при которой происходит вулканизация [184]. Присутствие слоя 2пО повышает чувствительность к влаге и снижает прочность. Считается, что наибольшая адгезионная прочность обеспечивается, если в пограничном слое присутствуют соединения Си1,975. Сульфиды меди повышают реакционную способность серы в пограничном слое при вул- [c.108]

Метод пограничного слоя обладает также тем преимуществом, что позволяет учесть температурные, усадочные и влажностные напряжения и выявить их роль в прочности модели в целом. Он является более общим по сравнению с традиционным методом расчета, хотя лишь незначительно усложняет расчеты и анализ. Этим методом решен ряд задач о прочности адгезионных соединений, решение которых в замкнутом виде прежде получить не удалось. Все точные аналитические и численные методы расчета адгезионных моделей приводят к получению на краях соединения бесконечно больших значений касательных напряжений (см. например [10, 28, 29]), а потому для анализа разрушения по максимальным касательным напряжениям непригодны. (Анализ решений, полученных с помощью метода пограничного слоя, см. ниже). [c.98]

Все эти факторы, а также информация о существовании тонких пристенных слоев [37—39], свойства которых отличны от свойств полимера вдали от субстрата, наличие микронеровностей — шероховатости поверхности субстрата — обусловили необходимость создания нового приближенного и достаточно простого метода расчета, способного охватить всю совокупность указанных механизмов, влияющих на прочность адгезионных соединений. Таким оказался разрабатываемый в ИХФ АН СССР и ЦНИИСКе им. Кучеренко метод, названный авторами методом пограничного слоя [26, 30]. [c.100]

Ниже анализируются решения задач, полученные методом пограничного слоя, о напряженно-деформированном состоянии двух стандартных моделей адгезионных соединений — сдвиг нахлестки и нормальный равномерный отрыв. Решение ограничивается рамками линейной теории упругости. [c.101]

Если имеется два различных субстрата и адгезия клея к обоим достаточно велика, то деформируется более податливый субстрат. Если же когезия хотя бы одного из субстратов выше, чем прочность адгезионной связи, то характер разрушения будет зависеть от разницы между модулями упругости суб страта и клея. Между субстратом, который деформирован (в силу большей эластичности) больше, чем клей, и клеем под действием внешней нагрузки будет возникать концентрация напряжений, которая вызовет разрушение соединения. Является ли оно адгезионным или когезионным (разрушение по клею) не существенно, но если соединение было правильно выполнено, т. е. не образовался слабый пограничный слой, то разрушение будет когезионным. По характеру разрушения можно установить ошибки, допущенные в технологии склеивания. Если склеивают два субстрата, когезия каждого из которых выше, чем прочность адгезионной связи между каждым из субстратов и клеем, то разрушение происходит по пограничному слою. Все это следует учитывать при проектировании и конструировании соединений пластмасс. [c.167]

В книге описаны применяемые на практике методы испытаний адгезионных соединений, критерии оценки их прочности и деформативности, результаты исследований пограничных слоев, рассматриваются технологические, температурные и другие напряжения, приводятся методы расчета соединений при сдвиге, равномерном и неравномерном отрыве. [c.6]

Среди критериев оценки свойств адгезионных соединений особое внимание уделяется максимальным напряжениям и энергии разрушения. При анализе взаимодействия полимерного адгезива с субстратом внимание сконцентрировано на описании масштабного эффекта и (что наиболее существенно) на происхождении и роли пограничных слоев вблизи поверхности раздела адгезив — субстрат. Наряду с анализом различных напряжений в адгезионных соединениях (остаточных, температурно-влажностных и напряжений от внешней нагрузки) основное внимание уделено расчету моделей соединений при сдвиге. При этом рассматривается влияние геометрии соединения на напряженное состояние при силовом нагружении с учетом воздействия остаточных напряжений при изменении температуры, влажности и технологических параметров. В книге приводятся также результаты экспериментальных исследований влияния длительного нагружения на механическое поведение адгезионных соединений при различном напряженном состоянии и действии эксплуатационных факторов. [c.6]

ПОГРАНИЧНЫЕ СЛОИ В АДГЕЗИОННЫХ СОЕДИНЕНИЯХ [c.78]

Условия формирования пограничного слоя влияют на прочность адгезионных соединений. При получении литьевых металлополимерных деталей, например из полиамида, структура пограничных слоев зависит от градиента температур между стенками пресс-формы и поверхностью заливаемой металлической арматуры [ИЗ]. С повышением температуры поверхности пресс-формы до 80—110°С микротвердость покрытий толщиной 1 мм увеличивается на 15—20 МПа, а адгезионная прочность пары полиамид — сталь 45 — на 30—40%. При литье в пресс-формы адгезионный контакт формируется в условиях значительных сдвиговых усилий, зависящих от вязкости расплава. Остаточные напряжения, возникающие в момент стеклования полимера в пограничном слое, отражают ориентационный эффект расплава по отношению к поверхности и усадочные характеристики. Считается, что при малых толщинах (0,1—0,5 мм) преобладают ориентационные напряжения, а при больших (3 мм) — усадочные. [c.85]

Взаимодействие с подложкой приводит к ограничению подвижности полимерных цепей, что эквивалентно образованию дополнительных узлов полимерной сетки. Однако за счет изменения структуры в поверхностном слое и снижения плотности упаковки в нем общая плотность пограничного слоя может снижаться. Таким образом, интегральный эффект зависит от вклада каждого из этих процессов. О конечном результате можно судить, например, по сравнительным данным о набухании полимера, его температуре стеклования, плотности и др. Наиболее распространены подобные исследования для наполненных полимеров. Данные для наполненных систем можно распространить на поведение полимера в адгезионных соединениях, разумеется, с известными ограничениями, связанными с тем, что, например, в клеевом шве полимерная прослойка не может быть столь тонкой, как в сильно наполненном полимере. [c.88]

Подчеркнем, что во всех описанных случаях толщины, на которых проявляется действие подложки, намного меньше толщины клеевых швов, лакокрасочных покрытий и прослоек связующих в большинстве композитов. Однако, если пограничный слой ослаблен, то это неизбежно повлияет на механические свойства адгезионных соединений в готовом изделии. [c.96]

Ускорение и ингибирование термоокисления связано с выявлением в пограничном слое полимера металлсодержащих соединений. Наиболее наглядно это показано для пары свинец— расплав полиэтилена [172]. Катализ в процессе контактного окисления сменяется ингибированием. В связи с этим зависимость прочности этого адгезионного соединения от длительности термического воздействия имеет экстремальный характер. [c.105]

Кроме учета роли пограничных слоев адгезивов необходимо принимать во внимание пограничные слои субстрата. Известно, насколько эффективно модифицирование поверхности, например металлов, для повышения прочности и долговечности в различных эксплуатационных условиях адгезионных соединений (лакокрасочных покрытий, клеевых соединений и др.). Подготовка металлов и исследование структуры оксидных слоев требует специального рассмотрения. Отметим лишь, что подобная структура подчас не менее сложна, чем структура пограничных слоев полимерных адгезивов. Известно, например, что при оксидировании алюминия оксидный слой имеет пористую структуру в виде узких и довольно глубоких пор (в зависимости от способа оксидирования). Поры имеют сложную геометрическую форму, как это видно из рис. 4.14 [177]. [c.106]

В адгезионных соединениях, полученных напылением металлов на кислородсодержащие полимеры, состав и свойства пограничного слоя обусловлены окислительными процессами, происходящими в процессе напыления. Из анализа данных, полученных методом РФЭС, следует, что на границе раздела образуются хелатные соединения, увеличивающие адгезионную прочность [186]. [c.109]

Отвержденные эпоксидные полимеры испытывают пластифицирующее действие воды, что существенно влияет на механические показатели адгезионных систем, причем не всегда в худшую сторону. Одновременно с превращениями пограничных слоев адгезива в условиях старения может меняться пограничный слой субстрата. Особенно это относится к металлам. Вода, попадая на межфазную границу, превращает оксид в гидроксид, меняет структуру оксида, что приводит к ухудшению свойств адгезионного соединения в силу как прямого разрушения адгезионных связей, так и появления напряжений вследствие изменения объема оксидной пленки при гидратации. [c.111]

Приведенные системы уравнений позволяют полностью определить напряженно-деформированное состояние всей модели и, что очень важно для исследования краевого эффекта в адгезионных соединениях, удовлетворить всем граничным условиям, включая и условие равенства нулю касательных напряжений на торцах пограничного слоя (х= 112). [c.118]

Таким образом, теоретическое рассмотрение модели соединения пластин внахлестку методом пограничного слоя позволяет учесть остаточные напряжения, создаваемые в адгезионных системах клеем при отверждении и охлаждении и объяснить практически все экспериментальные результаты, не привлекая к [c.136]

Ниже на основе метода пограничного слоя приводятся решения задач о напряженно-деформированном состоянии адгезионных соединений при испытании на нормальный отрыв, теоретические оценки прочности и объясняются особенности их механического поведения в сопоставлении с экспериментом. [c.159]

Из предложенных теоретических решений может быть выработано несколько способов определения параметра G/h пограничного слоя и, как это уже сделано в гл. 5 и 6, прочности дискретных моделей композита и истинной адгезионной прочности Tad. Здесь изложим еще только один способ, осуществленный в эксперименте по сдвигу. Модель, схема которой показана на рис. 7.6, представляет собой соединение внахлестку одинаковых [c.187]

Для расчета напряжений в адгезионном соединении данной пары достаточно иметь величину G/h. На практике исследователей интересуют, как правило, численные значения толщины или модуля сдвига пограничного слоя. В наших опытах подобные данные непосредственно определить нельзя, но если одна из величин G я h известна, то другая определяется легко. Из приведенных опытов может быть оценено лишь предельное значе- [c.189]

Для некоторых несовместимых систем рассчитанная толщина пограничного слоя составляет примерно 5 нм, т. е. имеет тот же порядок, что и длина сегмента. По мере улучшения совместимости полимеров такие диффузионные слои могут достигать толщины нескольких тысяч ангстрем [159, 160]. Диффузионный слой толщиной от 1 до 2 нм повышает молекулярный контакт и прочность адгезионного соединения в 5—9 раз. [c.125]

Для отверждающихся систем конкурентное взаимодействие олигомера и отвердителя с активными центрами на поверхности приводит к обогащению пограничного слоя одним из компонентов, что изменяет стехиометрическое соотношение реагентов и степень отверждения, а следовательно, плотность полимера и другие характеристики адгезионного соединения. Естественно, что на недо-отверждение накладывается структурное влияние подложки, и разделить эти два эффекта весьма трудно. [c.23]

Сдвиг при растяжении (сжатии) соединения пластин внахлестку. Схема соединения представлена в табл. 3.2, п. 5. Приведем окончательную формулу для Тср, полученную в [26] для одномерного напряженного состояния. Когда в качестве критерия разрушения принято условие достижения максимальным касательным напряжением в пограничном слое значения сдвиговой адгезионной прочности Тадг." [c.101]

В этом с.тучае в пограничных слоях покрытий формируется трехмерная структура из плотно уложенных структурных элементов анизодиаметричного типа. Азотосодержашие кремнийорганические соединения аналогичного строения, не содержащие винильного радикала, также равномерно распределяются по поверхности подложки. Однако в результате плохого смачивания олигоэфиром поверхности, модифицированной такой аппретурой (о чем свидете.льствует увеличение краевого угла смачивания до 30 ), а также отсутствия в их структуре радикалов, химически взаимодействующих с по.зимером, адгезионная прочность покрытий снижается на 30",,, а внутренние напряжения-в 1,5 раза. [c.145]

Если при испытаниях на трещиностойкость при неравномерном отрыве (разрушение I вида) моделирующие рост трещины в пограничных слоях энергетические показатели заметно зависят от толщины клеевого шва (независимо от введения эласти-фикаторов), то при сдвиге (разрушение II вида) и неравномерном отрыве со сдвигом (разрушение I, II вида) это проявляется меньше [78]. Эффект от введения каучуков и полиуретанов в эпоксидные композиции при разрушении II и I, II видов по сравнению с I весьма невелик. На основании сравнения с поведением блочных образцов при отрыве, сдвиге и комбинированном действии сил был впервые сделан вывод [78], что при деформациях сдвига не увеличивается свободный объем, так что присутствие частиц модификатора, дпспергпрованных в матрице, не приводит к увеличению затрат энергии на неупругое деформирование в вершине трещины. На этот процесс накладывается повышенная деформативность соединения в процессе роста трещины. Причиной этого может служить образование микротрещин и на границе раздела субстрат — полимер. Следует подчеркнуть, что истинно адгезионного разрушения при этом не происходит. На поверхности субстрата всегда можно обнаружить тот или иной слой полимерной фазы. Однако, его свойства отличаются от свойств полимера в блоке, и прорастание начальных трещин инициируется в этом пограничном слое. [c.71]

В настоящее время практически нет сомнения в том, что в адгезионных соединениях существуют пограничные слои. В пользу этого свидетельствуют многочисленные прямые наблюдения методами оптической и электронной микроскопии пенетрации, элипсометрии и ряд механических методов (см. ниже). Однако для разработки метода расчета напряженно-де-формированного состояния адгезионных соединений с привлечением представлений о пограничном слое и включении его в схему расчета существенным оказывается механизм формирования этого слоя. [c.81]

Разница в плотности полиметилметакрилата, полистирола н полидиметнлсилоксана вблизи высокоэнергетической (кварц) л низкоэнергетической (тефлон) поверхности и в объеме составляет 3—Ъ%. Толщина пограничного слоя на тефлоне для упомянутых полимеров составляет 2—4 мкм, а на кварце 30— 60 мкм вследствие большей рыхлости упаковки [Ш]. Толщина пограничного слоя полиэтилена в системах полиэтилен — сталь составляет [112] 2,5-10 м, причем при уменьшении общей толщины покрытия до этого значения, адгезионная прочность соединений возрастает. [c.85]

Для отверждающихся систем конкурентное взаимодействие олигомера и отвердителя с активными центрами на поверхности ведет к обогащению пограничного слоя одним из компонентов, что изменяет стехиометрическое соотношение реагентов и степень отверждения, а, следовательно, плотность полимера и другие характеристики адгезионного соединения. Естественно, что на эффект от недоотверждения накладывается структурное влияние подложки (см. выше), влияющее на свойства полимера, часто противоположным образом. Разделить их довольно трудно. Кроме того, часто трудно выяснить, пользу или вред приносит изменение степени отверждения в пограничном слое. Недоотвержденный слой, как правило, отличается меньшей жесткостью и повышенной способностью к перераспределению напряжений, что часто является решающим для долговечности адгезионных связей в клеевых соединениях и других гетерогенных системах. В то же время недоотверждение ведет к снижению прочности полимера, а также может ухудшать водостойкость и некоторые другие эксплуатационные характеристики клеевых соединений и др. [c.96]

В значительной степени рост адгезии и особенно устойчивость адгезионных связей оксидированного алюминия к длительному действию воды объясняют тем, что при травлении, анодировании и других подобных процессах снижается содержание магния в поверхностных слоях алюминиевых сплавов [178]. Магний присутствует на поверхности алюминия в виде MgAl204 и при содержании магния 8—10% адгезия полиэтилена к этому металлу снижается. Вообще химический состав поверхности металлов при травлении, коронном разряде и т. п. меняется, что влияет на адгезионное взаимодействие. Известно, что существенно повышает прочность и долговечность клеевых соединений анодирование алюминиевых сплавов в растворах фосфорной кислоты при этом на поверхности образуется слой фосфата алюминия. При обработке соединениями хрома пограничный слой содержит хром, причем зафиксировано образование связей А1—О—Сг [179]. По данным ИКС состав оксидных слоев независимо от способа оксидирования соответствует А12О3. В то же время структура оксидного слоя существенно меняется (табл. 4.1), что и определяет повышение адгезии [180]. [c.107]

Для повышения адгезионных характеристик полиолефины часто подвергают химической обработке. Толщина и состав пограничного слоя полиолефинов при обработке травлением или в плазме сильно изменяются. На ПТФЭ образуется слой толщиной 0,5—1,0 мкм, состоящий при обработке в инертной среде исключительно из углерода, а при обработке на воздухе — из кислородсодержащих продуктов. Травление ПЭ дает слой толщиной менее 10 нм, а ПП — большей толщины. О составе этих слоев, определенном методом РФЭС [162], можно судить по данным табл. 4.2. Изменение угла смачивания не всегда коррелирует с прочностью клеевых соединений вследствие одновременного изменения рельефа поверхности полимера при травлении. Обработка полиэтилена приводит к значительному увеличению содержания кислорода в пограничном слое и росту проч- [c.109]

Для анализа напряженно-деформированного состояния наиболее распространенных жестких адгезионных соединений ниже будут использованы результаты решений соответствующих модельных задач, полученных с помощью метода пограничного слоя. Для понимания излагаемого материала читателю необходимо иметь некоторые начальные знания о тензорах напряжений и деформаций, о законе Гука, связывающем напряжения с упругими деформациями, об уравнениях равновесия и других общих вопросах механики твердых деформируемых тел. Если читатель не имеет этих знаний, то ему можно рекомендовать ряд монографий [28, 61, 195, 213, 382]. [c.112]

Таким образом, опираясь на расчетный метод и экспериментальные данные, можно оценить порядок величины жесткости пограничного слоя в адгезионном соединении системы полиэпоксид — сталь. Полученное значение жесткости позволяет количественно оценить, в частности, величину максимального напряжения, равного адгезионной прочности для данной пары адгезив-субстрат Tmax==Tad. [c.190]

Скорее всего при интерпретации смысла полученного из опытов значения параметра Оо следует исходить из того, что в реальном композитном материале процесс разрушения имеет кооперативный характер, причем существует набор различных вариантов характера разрушения, меняющийся при изменении степени наполнения, действия жидких сред и т. д. Кроме того, коль скоро энергия активации разрушения адгезионных соединений дает информацию о поверхностном разрушении, для адгезионных пар это чаще всего будет пограничный слой, состав которого определяется адгезивом, субстратами и примесями, которые всегда присутствуют в реальных адгезионных парах. В качестве примера можно привести данные, полученные при исследовании длительной прочности композитов на основе ситалл — алюминий и системы алюминий—керамика при отрыве и сдвиге [252]. Оказалось, что /о.адг= /о,кон, причем методом Оже-спектроакопии показано, что в плоскости разрушения присутствуют оксиды металлов и углерод, что свидетельствует об отсутствии истинно адгезионного разрушения. Это может быть объяснением значительного различия в значениях энергии активации разрушения отдельных компонентов адгезионной пары и их соединения Оо, кДж/моль) [c.197]