Коэффициент адгезии. Адгезия: что это такое, для чего нужна, как её улучшить. Диффузионная теория адгезии

Строительный мир зависит от множества физических явлений и свойств, которые являются основой для грамотного соединения материалов различного вида и фактуры. Именно адгезия отвечает за соединение различных веществ между собой. С латинского языка слово переводиться как «прилипание». Адгезия может измеряться и иметь разные значения, в зависимости от поведения молекулярных сеток разных веществ и материалов между собой. Если речь идет о строительных работах, то здесь адгезия часто выступает как «смачиватель» между материалами за счет воды или влажных работ. Это может быть грунтовка, покраска, цемент, клей, раствор или пропитка. Значение адгезии значительно снижается, если происходит усадка материалов.

Строительные работы напрямую связаны с проникновением веществ и материалов друг в друга. Наглядно и быстро увидеть данный процесс можно при малярных обработках, изоляционных техниках, сварочных и паяльных работах. В результате мы видим быстрое прилипание или сцепление материалов между собой. Происходит это не только из-за грамотного проведения работ и профессионализма работников, но и адгезии, которая является основой для связующих молекулярных сеток разных веществ. Понимание этого процесса можно проследить во время перерывов при заливании бетонных конструкций, лакокрасочных работах, посадке декоративной плитки на цемент или клей.

Как её измеряют?

Величина сцепления адгезии измеряется в МПа (мега Паскаль). Единица МПа измеряется в прикладываемой силе в 10 килограмм, которая давит на 1 квадратный сантиметр. Чтобы разобрать это на практике, рассмотрим случай. Клеящий состав в характеристике имеет обозначение в 3 МПа. Это означает, что для приклеивания определенной детали, на 1 кв. см нужно использовать силу или приложить усилие равно 30 килограммам.

Что влияет на неё?

Любая рабочая смесь проходит через различные этапы и процессы, пока полностью не проявит свои заявленные производителем свойства. Пока она схватывается, адгезия может меняться из-за физических процессов, происходящих при высыхании. Также немаловажную роль играет усадка растворной смеси, в результате чего контакт между материалами растягивается и появляются усадочные трещины. В результате такой усадки сцепление материалом между собой на поверхности ослабевает. Например, в реальном строительстве этого хорошо видно при контакте старого бетона с новой кладкой строительных смесей.

Как улучшить свойства?

Многие строительные материалы и вещества по своей природе не имеют возможность сильно схватываться друг с другом. У них разный химический состав и условия образования. Для решения этой проблемы в ремонтных и строительных работах давно припасен целый арсенал техники хитростей, которые помогают улучшать адгезию между материалами. Чаще всего речь идет о целом комплексе работ, которые требуют временных и физических затрат.

В строительстве применяют сразу три способа для улучшения адгезии. К ним относят:

Химический. Добавление в материалы специальных примесей, пластификаторов или добавок для получения лучшего эффекта.
Физико-химический. Обработка поверхностей специальными составами. Шпаклевка и грунтовка относится к физико-химическому воздействию на «прилипание» материалов друг к другу.
Механический . Для улучшения сцепления применяют механическое воздействие в виде шлифовки для появления микроскопических шероховатостей. Также применяют физическое нанесение насечек, абразивную обработку и устранение пыли и грязи из поверхности.

Адгезия основных строительных материалов

Рассмотрим детально, как реагируют материалы друг на друга, которые применяются при строительстве чаще всего.

Стекло . Хорошо контактирует с жидкими веществами. Показывает идеальную адгезию с лаками, красками, герметиками, полимерными составами. Жидкое стекло прочно фиксируется с твердыми пористыми материалами
Дерево . Идеальная адгезия происходит между деревом и жидкими строительными веществами – битумом, красками и лаками. На цементные растворы реагирует очень плохо. Для связывания дерева с другими строительными материалами используют гипс или алебастр.
Бетон . Для кирпичей и бетона главной составляющей успешной адгезии выступает влага. Для получения хорошего результата поверхности необходимо все время смачивать, а жидкие растворы использовать на основе воды. Хорошо реагирует на материалы с пористой и шероховатой структурой. С полимерными веществами контакт происходит значительно хуже.

Заключение:

Явление как адгезия, дает возможность быстро и качество прилипать любым материалам к основанию покрытий других с помощью дополнительных строительных веществ и растворов. Каждый материал проявляет свое качества и свойства при взаимодействии с другими строительными веществами. Способность к адгезии позволяет им прочно взаимодействовать без ухудшения общего строительного процесса.

Каждый человек, работающий в области строительства или ремонта квартир, прекрасно разбирается в терминах и особенностях различных материалов.

Если краска достаточно жидкая, а стена имеет поры, то ремонт пройдет без проблем и будет радовать жильцов долгие годы. В противном случае наносимая смесь просто станет скатываться с гладкой поверхности.

Физические свойства

Когда рабочая смесь ( краска, ) схватываются, в ней происходит целый ряд сложных процессов, в результате которых физические свойства значительно изменяются. Например, когда краска сохнет и дает усадку, поверхность контакта с окрашиваемой стеной немного сокращается. Возникает растягивающее напряжение, нередко приводящее к появлению микротрещин. Из-за этого сцепление двух поверхностей значительно ослабевает.

К сведению: Когезия является частным случаем адгезии – этим термином называется возможность молекул одного вещества прилипать друг к другу, создавая монолитную массу.

У отдельных веществ изначальное сцепление различается. К примеру, если наносить слой свежего бетона поверх старого, то оно будет составлять не более 1 МПа.

Соответственно, при засыхании слой бетона будет просто осыпаться или же держаться не крепко и не долго. А вот строительные смеси, содержащие в себе сложные химические компоненты, улучшающие связь с гладкой поверхностью, могут похвастать куда лучшим показателем – 2 МПа и даже больше.

Поэтому при схватывании они образуют надежную и долговечную связь.

Смеси и растворы

Разобравшись, что такое адгезия в строительстве, будет полезно понять, для каких материалов она является особенно важной в сфере строительства. В первую очередь это:

Лакокрасочные материалы. От их адгезивности зависит глубина проникновения, качество прилипания, а значит и долговечность покрытия. Хорошая адгезия гарантирует, что краска будет крепко держаться на основании, и даже серьезные механические нагрузки не навредят ей.
Гипсовые смеси. Декоративная отделка мягкими, привлекательными и легкими в обработке веществами станет невозможной при плохом сцеплении с основанием.
Раствор для кирпичной кладки. В этом случае разговор идет не об эстетической стороне строительства, а скорее о безопасности возведения здан ий. Если раствор имеет слабую адгезию, это повлияет на прочность и долговечность кирпичной кладки.
Клеящие растворы, включая герметики. Важно своевременно узнать, какие материалы обеспечивают хорошее прилипание. Применение неподходящих смесей приводит к снижению качества соединений.

Как видите, без высокой адгезионной способности материалов нельзя построить дом, не говоря уж про то, чтобы сделать его привлекательным.

Повышение качества сцепления

Это бывает необходимо в самых разных случаях. Важнее всего – адгезия к бетону. Строителям нужно обеспечить хорошее сцепление нескольких слоев бетона или же качественную покраску.

Соответственно и методы достижения желаемого результата значительно различаются. Сегодня доступно несколько вариантов обработки поверхности:

Механическое – шлифование.
Химическое – эластификация.
Физико-химическое – нанесение грунтовки.

Совет: Щелочной раствор цемента обычно плохо соединяется с гладкой поверхностью бетона. Поэтому, работая с последним желательно применять многослойные составы для улучшения адгезии.

Лучшего результата при проведении ремонтно-строительных работ можно достичь, если две контактирующие поверхности имеют не только разный химический состав, но и условия образования.

Проведение измерений

Чтобы работа адгезии была качественной, обеспечивая надежное соединение слоев строительных и отделочных материалов, необходимо регулярно осуществлять контроль качества. Лучше всего использовать для этого специальный адгезиметр. Современные образцы позволяют точно устанавливать эффективность адгезии с усилием до 10 кН.

При этом измеряется усилие, необходимое для отделения слоя от рабочей поверхности. Причем отделение нужно производить строго перпендикулярно рабочей плоскости. Адгезиметр имеет доступную цену и при этом имеет небольшие размеры, что упрощает процесс использования, позволяя моментально получать результаты. Прибор укомплектован несколькими “грибками” – металлическими цилиндрами с основанием разной площади, что дает возможность выбрать подходящий. Измерение проходит в несколько этапов:

“Грибок” соединяется с проверяемой поверхностью мощным клеем.
“Грибок” вставляется в прибор.
Механизм отрыва медленно вращается, пока покрытие не отрывается от основания.
Изучаются показания прибора, фиксирующего момент отрыва.

Принцип использования современных адгезиметров прост, благодаря чему использовать их могут даже непрофессионалы.

Лакокрасочные материалы для отделки

Начиная ремонт, не все знают, что такое адгезия краски, и в результате сталкиваются с большими проблемами – отделочные работы затягиваются и не приносят желаемого результата.

Аутогезия – частный случай адгезии, демонстрирующий возможность частиц однородного материала сцепляться между собой, обычно в результате высокого давления или температуры. Применяется при изготовлении ДВП, ДСП, OSB.

На самом деле здесь всё просто. Адгезия краски это её возможность фиксироваться на окрашиваемой поверхности. Материал должен обладать высокой химической активностью, чтобы проникать в поры голого бетона, а вот на шпаклевку или штукатурку он ложится легко и имеет хорошее сцепление с ними.

Если необходимо получить хороший результат, нужно наносить краску в несколько слоёв. Но он стоит довольно дорого, поэтому можно использовать специальные адгезивные материалы, например, обычную грунтовку. Она стоит дешевле краски, но при этом позволяет гарантировать прекрасный результат.

Взаимодействие с бетоном

Бетон является на сегодняшний день самым востребованным строительным материалом. Но не всегда бывает легко обеспечить качественное сцепление отделочных материалов (плитки, обоев, краски) с таким основанием. Особенно это касается высокопрочных марок с низкой пористостью и гладкой поверхностью. К счастью, есть способы улучшить адгезионный слой.

В некоторых случаях это не требуется – краски, а также обойные и плиточные клеи премиум класса и без того обеспечивают прекрасное соединение благодаря специальным добавкам (полиамидные смолы, эфир канифоли, органосиланы и прочие). Чтобы добиться хорошего результата при работе с более дешевыми аналогами приходится использовать дополнительные материалы – грунтовку и прочее.

Полезное видео: что такое адгезия материалов

Разобравшись с тем, что представляет собой адгезия, частными случаями и способами улучшения, вы без труда справитесь даже с самым сложным ремонтом.

Термин «адгезия» нередко встречается документах по разным научным дисциплинам. Он применяется и в физике, и в химии, и в биологии. Однако у каждой науки свой подход к тому, что такое адгезия, определение которой с учетом всех граней явления дать не может пока ни один ученый. Правда, все сходятся в одном: она представляет собой соединение, взаимодействие различных частиц.

Если рассматривать ее как процесс, можно сказать, что адгезия - это явление, которое заключается в появлении взаимодействия между некоторыми конденсированными фазами. Когда происходит их молекулярный контакт, это взаимодействие приводит к возникновению новой гетерогенной сущности.

Если этот феномен понимать как свойство, то адгезия - это (в случае с жидкостями) взаимодействие между жидкой и твердой фазами на границе их раздела.

Физика

С позиций физики, адгезия - это сцепление поверхностей различных веществ при их соприкосновении. Причем вещества могут находиться как в одинаковом, так и в разном агрегатном состоянии. Таким образом, эффект может касаться двух твердых, двух жидких или жидкого и твердого веществ.

Вещества сцепляются под воздействием следующих факторов:

возникают химические связи молекул двух веществ,
происходит диффузия, когда молекулы первого вещества проникают под границу поверхности второго,
действуют силы Ван-дер-Ваальса, возникающие тогда, когда происходит поляризация молекул.

Имеются еще частные случаи, когда может проявляться адгезия. Их часто путают. Это аутогезия и когезия.

Аутогезия возникает как следствие сцепления однородных тел, однако граница раздела фаз при этом сохраняется.

Когезия может возникать при взаимодействии молекул одного тела.

В природных условиях возникают случаи, когда адгезия из-за разнообразных внешних причин становится когезией. Такая ситуация возникает при диффузии в случае, если границы фаз становятся размытыми. В ряде случаев сила адгезионной связи между фазами может оказаться больше когезионной. Тогда, в зависимости от прочности вещества, при приложении силы к соединению веществ граница раздела сохраняется либо когезионные связи разрываются.

Химия

Химия имеет сходное с физикой видение процесса адгезии. Многие технологические процессы в химической промышленности взяли на вооружение практическое использование данного явления. Именно оно лежит в основе технологии изготовления композитных материалов, на нем же основано и производство лакокрасочных материалов. Понятие адгезии в химической науке применяют тогда, когда ведут речь о процессе склеивания поверхностей в твердом состоянии клеящим веществом (субстраты склеиваются адгезивом).

Биология

В биологической науке термин используется не в отношении молекул, а применительно к относительно большим по размерам биологическим частицам - клеткам. Адгезия - это такое соединение клеток, которое позволяет сформировать гистологические структуры правильно, а тип этих структур определяется спецификой клеток, участвующих во взаимодействии. Результат взаимодействия зависит от наличия на поверхности соединяющихся клеток определенных белков.

Влияние на свойства материалов

Адгезия обладает возможностью в значительной степени изменять характеристики поверхностей, пришедших в соприкосновение. Она может способствовать приобретению поверхностями низкого коэффициента трения. Если при этом вещества имеют твердую кристаллическую структуру, то становится возможным их дальнейшее использование в качестве антифрикционных смазок. Такие эффекты, как капиллярность и смачиваемость, также происходят вследствие этого явления.

Единица измерения

Когда происходит адгезия, энергия тела на некоторой части поверхности мгновенно становится меньше. По этой причине ее принятоизмерять работой или силой, потребовавшейся для того, чтобы оторвать друг от друга поверхности на определенной единице площади.

Применение адгезии в строительстве

Такое физическое явление, как адгезия, способствовало усовершенствованию технологического процесса изготовления стальных плит и блоков, имеющих тонкие и толстые стенки. Владение информацией о механизмах явления дало возможность увеличить производительность линий изготовления этой строительной продукции и заметно сократить вес конструкций.

Только это явление дает возможность производить окраску и покрытие лаком поверхностей стройматериалов, наносить гальванические и анодные покрытия. Эти операции способствуют созданию антикоррозийной защиты металла, приданию материалу товарного внешнего вида.

Знание природы явления оказывает существенную помощь в качественном склеивании разнообразных материалов и прочной их сварке. При участии адгезии производится покрытие металлов оксидными пленками, выполняющими защитные функции. Эффект находит применение при производстве бетонных работ - в ситуациях, когда не удается сразу добиться полной заливки бетоном объекта. При проведении повторной заливки два бетонных основания образуют между собой так называемый холодный стык, отрицательно влияющий на прочностные характеристики соединения. Адгезия также рекомендована к применению в случаях, когда необходимо отделить бетон от формы из стали. Другими способами эту операцию выполнить просто невозможно. Применение адгезии дает возможность успешно бороться с дефектами поверхностей готовых изделий из бетона.

Цементные растворы

Деление клеевых растворов с участием цемента на классы С1 и С2 базируется на оценке степени адгезии раствора к основанию после затвердевания. Адгезия раствора клея класса С1 к основанию по требованиям европейских стандартов качества должна составлять более 0,5 МПа, в то время как для цементного клеевого раствора класса С2 ее значение - не меньше 1,0 Мпа. Таким образом, разницу между двумя классами растворов определяет прочность адгезии.

Методы определения адгезии

Методы, которыми определяется адгезия (ГОСТ 15140-78):

отслаивание;
решетчатые надрезы;
решетчатые надрезы с обратным ударом;
параллельные надрезы.

Адгезия в металлургии

При адгезии происходит сохранение границы раздела фаз между телами. Адгезия металлов находит свое проявление тогда, когда производится коагуляция неметаллических включений в составе жидких металлов и сплавов. Адгезия содействует укрупнению неметаллических включений, что в дальнейшем приводит к их выведению из металла в шлак.

Эффект адгезии или смачивания неметаллических включений жидким металлом может:

мешать извлечению включений из металла в том случае, если расплав металла хорошо смачивает неметаллические включения (в этом случае имеет место хорошая адгезия);
создавать условия для удаления неметаллических включений из металла в ситуации, когда эти включения недостаточно смачиваются металлическим расплавом (в этом случае величина адгезии невелика).

При проведении холодной сварки практически все твердые металлы, находящиеся в пластичном состоянии, подвергаются соединению под давлением. Адгезия лежит в основе сцепления с металлом гальванических, оксидных, сульфидных покрытий, которые наносятся на поверхность металла с целью защиты изделий от коррозии. Адгезия покрытия обеспечивает надежное его сцепление подобных составов с поверхностью металлов. Она нашла свое применение в порошковой металлургии, когда формируются и спекаются изделия из металлических порошков.

Адгезия материалов широко применяется в случаях, когда необходимо паять, лудить, цинковать, наносить разнообразные лакокрасочные покрытия. Без нее не обходится создание различных композитных материалов. При изготовлении таких материалов частицы какого-либо вещества входят в контакт с основой сплава. Эффект увеличивается при наличии электрического заряда на поверхностях тел, что позволяет при соединении образовать донорно-акцепторную связь. Усиливается адгезия также при проведении химической очистки соединяемых поверхностей. Для этих целей используются обезжиривание, вакуумирование, ионная бомбардировка, воздействие электромагнитного излучения.

Активатор адгезии

Когда эксплуатируется автомобиль, поры мельчайших размеров на поверхности лакокрасочного слоя и полимерных деталей засоряются остатками пыли, смол, автохимии. Вследствие этого попытка что-нибудь приклеить на детали часто оканчивается неудачей вследствие плохой адгезии поверхности. Обезжиривание не позволяет устранить все загрязнения. Активатор адгезии разработан для использования при подготовке поверхностей перед нанесением декоративных пленок, наклеек, шильдиков, двустороннего скотча. Активатор существенно увеличивает адгезионные свойства поверхностей благодаря специально разработанному составу. Его применение позволяет гарантировать, что приклеивание будет надежным и позволит эксплуатировать соединяемые материалы в течение длительного времени. Высокая адгезия, обеспечиваемая активатором, является причиной высокого спроса на него.

Адгезия - это связь между приведенными в контакт разнородными поверхностями. Причины возникновения адгезионной связи - действие межмолекулярных сил или сил химического взаимодействия. Адгезия обусловливает склеивание твердых тел - субстратов - с помощью клеющего вещества - адгезива , а также связь защитного или декоративного лакокрасочного покрытия с основой. Адгезия играет также важную роль в процессе сухого трения. В случае одинаковой природы соприкасающихся поверхностей следует говорить об ауто гезии (автогезии), которая лежит в основе многих процессов переработки полимерных материалов. При длительном соприкосновении одинаковых поверхностей и установлении в зоне контакта структуры, характерной для любой точки в объеме тела, прочность аутогезионного соединения приближается к когезионной прочности материала (см. когезия ).

На межфазной поверхности двух жидкостей или жидкости и твердого тела адгезия может достигать предельно высокого значения, так как контакт между поверхностями в этом случае полный. Адгезия двух твердых тел из-за неровностей поверхностей и соприкосновения лишь в отдельных точках, как правило, мала. Однако высокая адгезия может быть достигнута и в этом случае, если поверхностные слои контактирующих тел находятся в пластическом или высокоэластичном состоянии и прижаты друг к другу с достаточной силой.

Адгезия жидкости к жидкости или жидкости к твердому телу

С точки зрения термодинамики причина адгезии - уменьшение свободной энергии на единице поверхности адгезионного шва в изотермически обратимом процессе. Работа обратимого адгезионного отрыва W a определяется из уравнения :

W a = σ 1 + σ 2 – σ 12

где σ 1 и σ 2 – поверхностное натяжение на границе фаз соответственно 1 и 2 с окружающей средой (воздухом), а σ 12 - поверхностное натяжение на границе фаз 1 и 2 , между которыми имеет место адгезия.

Значение адгезии двух несмешивающихся жидкостей можно найти из уравнения, указанного выше, по легко определяемым значениям σ 1 , σ 2 и σ 12 . Наоборот, адгезия жидкости к поверхности твердого тела , вследствие невозможности непосредственного определения σ 1 твердого тела, может быть рассчитана только косвенным путем по формуле:

W a = σ 2 (1 + cos ϴ)

где σ 2 и ϴ - измеряемые величины соответственно поверхностного натяжения жидкости и равновесного краевого угла смачивания, образуемого жидкостью с поверхностью твердого тела. Из-за гистерезиса смачивания, не позволяющего точно определить краевой угол, по этому уравнению обычно получают только весьма приближенные значения. Кроме того, этим уравнением нельзя пользоваться в случае полного смачивания, когда cos ϴ = 1 .

Оба уравнения, приложимые в случае, когда хотя бы одна фаза жидкая, совершенно неприменимы для оценки прочности адгезионной связи между двумя твердыми телами, так как в последнем случае разрушение адгезионного соединения сопровождается различного рода необратимыми явлениями, обусловленными различными причинами: неупругими деформациями адгезива и субстрата , образованием в зоне адгезионного шва двойного электрического слоя, разрывом макромолекул, «вытаскиванием» продиффундировавших концов макромолекул одного полимера из слоя другого и др.

Адгезия полимеров друг к другу и к неполимерным субстратам

Почти все применяемые в практике адгезивы представляют собою полимерные системы или образуют в результате химических превращений, происходящих после нанесения адгезива на склеиваемые поверхности. К неполимерным адгезивам можно отнести только неорганические вещества типа цементов и припоев.

Методы определения адгезии и аутогезии:

Метод одновременного отрыва одной части адгезионного соединения от другой по всей площади контакта;
Метод постепенного расслаивания адгезионного соединения.

При первом способе разрушающая нагрузка может быть приложена в направлении, перпендикулярном плоскости контакта поверхностей (испытание на отрыв) или параллельном ей (испытание на сдвиг). Отношение силы, преодолеваемой при одновременном отрыве по всей площади контакта, к площади называется адгезионным давлением , давлением прилипания или прочностью адгезионной связи (н/м 2 , дин/см 2 , кгс/см 2). Метод отрыва дает наиболее прямую и точную характеристику прочности адгезионного соединения, однако применение его связано с некоторыми экспериментальными затруднениями, в частности с необходимостью строго центрированного приложения нагрузки к испытуемому образцу и обеспечения равномерного распределения напряжений по адгезионному шву.

Отношение сил, преодолеваемых при постепенном расслаивании образца, к ширине образца называется сопротивлением отслаиванию или сопротивлением расслаиванию (н/м, дин/см, гс/см); часто адгезию, определяемую при расслаивании, характеризуют работой, которую необходимо затратить на отделение адгезива от субстрата (дж/м 2 , эрг/см 2) (1 дж/м 2 = 1 н/м, 1 эрг/см 2 = 1 дин/см).

Определение адгезии расслаиванием более целесообразно в случае измерения прочности связи между тонкой гибкой пленкой и твердым субстратом, когда в условиях эксплуатации отслаивание пленки идет, как правило, от краев путем медленного углубления трещины. При адгезии двух жестких твердых тел более показателен метод отрыва, т. к. в этом случае при приложении достаточной силы может произойти практически одновременный отрыв по всей площади контакта.

Адгезиометр

Адгезию и аутогезию при испытании на отрыв, сдвиг и расслаивание можно определять на обычных динамометрах или на специальных . Для обеспечения полноты контакта адгезива и субстрата адгезив применяют в виде расплава, раствора в летучем растворителе или , который при образовании адгезионного соединения полимеризуется. Однако при отверждении, высыхании и полимеризации адгезив, как правило, претерпевает усадку, в результате чего на межфазной поверхности возникают тангенциальные напряжения, ослабляющие адгезионное соединение.

Напряжения эти могут быть в значительной мере устранены:

введением в клей наполнителей, пластификаторов,
в некоторых случаях термообработкой адгезионного соединения.

На определяемую при испытании прочность адгезионной связи существенным образом могут влиять:

размеры и конструкция испытуемого образца (в результате действия т. н. краевого эффекта ),
толщина слоя адгезива,
предыстория адгезионного соединения
и другие факторы.

О значениях прочности адгезии или аутогезии , можно говорить, конечно, лишь в случае, когда разрушение происходит по межфазной границе (адгезия) или в плоскости первоначального контакта (аутогезия). При разрушении образца по адгезиву получаемые значения характеризуют когезионную прочность полимера . Некоторые ученые считают, однако, что возможно только когезионное разрушение адгезионного соединения. Наблюдающийся адгезионный характер разрушения, по их мнению, лишь кажущийся, поскольку визуальное наблюдение или даже наблюдение с помощью оптического микроскопа не позволяет обнаружить на поверхности субстрата остающийся тончайший слой адгезива. Однако в последнее время и теоретически и экспериментально было показа но, что разрушение адгезионного соединения может носить самый разнообразный характер - адгезионный, когезионный, смешанный и микромозаичный.

О способах определения прочности адгезионной связи см. испытания лакокрасочных материалов и по крытий .

Теории адгезии

Механическая адгезия

Согласно этой концепции, адгезия осуществляется в результате затекания клея в поры и трещины поверхности субстрата и последующего отверждения клея ; если поры имеют неправильную форму и особенно если они расширяются от поверхности в глубь субстрата, образуются как бы «заклепки» , связывающие адгезив и субстрат. Естественно, что адгезив должен быть достаточно твердым, чтобы «заклепки» не выскальзывали из пор и щелей, в которые он затекает. Механическая адгезия возможна также в случае субстрата, пронизанного системой сквозных пор. Такое строение характерно, например, для тканей. Наконец, третий случай механической адгезии сводится к тому, что ворсинки, находящиеся на поверхности ткани, после нанесения и отверждения клея оказываются прочно внедренными в адгезив.

Несмотря на то что механическая адгезия в некоторых случаях безусловно играет существенную роль, только ею, по мнению большинства исследователей, нельзя объяснить все случаи склеивания, т. к. хорошо склеиваться могут и совершенно гладкие поверхности, не имеющие пор и трещин.

Молекулярная теория адгезии

Дебройном , адгезия обусловлена действием ван-дер-ваальсовых сил (дисперсионных сил, сил взаимодействия между постоянными или между постоянным и наведенным диполями), взаимодействием - диполь или образованием . Свою теорию адгезии Дебройн обосновал следующими фактами:

Один и тот же адгезив может склеивать различные материалы;
Химическое взаимодействие между адгезивом и субстратом вследствие их обычно инертной природы мало вероятно.

Дебройну принадлежит известное правило: прочные соединения образуются между адгезивом и субстратом, близкими по полярности. В приложении к полимерам молекулярная (или адсорбционная) теория получила развитие в работах Мак-Ларена . Адгезию полимеров по Мак-Ларену, можно разделить на две стадии:

миграция больших молекул из раствора или расплава адгезива к поверхности субстрата в результате броуновского движения; при этом полярные группы или группы, способные образовывать водородную связь, приближаются к соответствующим группа субстрата;
установление адсорбционного равновесия.

При расстоянии между молекулами адгезива и субстрата меньше 0,5 нм начинают действовать ван-дер-ваальсовы силы.

Согласно Мак-Ларену, в аморфном состоянии полимеры обладают большей адгезией, чем в кристаллическом. Чтобы активные участки молекулы адгезива продолжали контактировать с активными местами субстрата при высыхании клеящего раствора, что всегда сопровождается усадкой, адгезив должен иметь достаточно низкую . С другой стороны, он должен проявлять определенную стойкость при растяжении или сдвиге . Поэтому вязкость адгезива не должна быть слишком малой, а степень его полимеризации должна лежать в пределах 50-300 . При меньших степенях полимеризации адгезия невелика вследствие скольжения цепей, а при больших - адгезив слишком твердый и жесткий и адсорбция его молекул субстратом затруднена. Адгезив должен обладать также определенными диэлектрическими свойствами (полярностью), отвечающими таким же свойствам субстрата. Лучшей мерой полярности Мак-Ларен считает величину μ 2 /ε , где μ - дипольный момент молекулы вещества, а ε - диэлектрическая проницаемость.

Таким образом, по Мак-Ларену, адгезия - чисто поверхностный процесс, обусловленный адсорбцией определенных участков молекул адгезива поверхностью субстрата. Правильность своих представлений Мак-Ларен доказывает влиянием на адгезию ряда факторов (темпепатуры, полярности, природы, размера и формы молекул адгезива и др.). Мак-Ларен вывел зависимости, количественно описывающие адгезию. Так, для полимеров, содержащих карбоксильные группы , установлено, что прочность адгезионной связи (А ) зависит от концентрации этих групп:

A = k [ COOH] n

где [СООН] - концентрация карбоксильных групп в полимере; k и n - константы.

Долгое время оставалось неясным, могут ли межмолекулярные силы обеспечить наблюдаемую на опыте адгезию.

Во-первых, было показано, что при отслаивании полимерного адгезива от поверхности субстрата затрачивается работа на несколько порядков выше той, которая требуется для преодоления сил межмолекулярного взаимодействия.
Во-вторых, рядом исследователей была обнаружена зависимость работы адгезии от скорости отслаивания полимерного адгезива, в то время как в случае правильности адсорбционной теории эта работа, казалось бы, не должна зависеть от скорости раздвижения поверхностей, находящихся в контакте.

Однако проведенные в последнее время теоретические расчеты показали, что межмолекулярные силы могут обеспечить наблюдаемую на опыте прочность адгезионного взаимодействия даже в случае неполярных адгезива и субстрата. Несоответствие работы, расходуемой на отслаивание, работе, затрачиваемой против действия адгезионных сил , объясняется тем, что первая включает также работу деформации элементов адгезионного соединения. Наконец, зависимость работы адгезии от скорости расслаивания может быть удовлетворительно истолкована, если на этот случай распространить представления, объясняющие зависимость когезионной прочности материала от скорости деформации влиянием тепловых флуктуации на распад связей и релаксационными явлениями.

Электрическая теория адгезии

Авторами этой теории являются Дерягин и Кротова . Позднее аналогичные взгляды развивали Скиннер с сотрудниками (США). Свою теорию Дерягин и Кротова основывают на явлениях контактной электризации, происходящей при тесном соприкосновении двух диэлектриков или металла и диэлектрика. Основные положения этой теории заключаются в том, что система адгезив-субстрат отождествляется с конденсатором, а двойной электрический слой, возникающий при контакте двух разнородных поверхностей,- с обкладками конденсатора. При отслаивании адгезива от субстрата, или, что то же, раздвижении обкладок конденсатора, возникает разность электрических потенциалов, которая повышается с увеличением зазора между раздвигаемыми поверхностями до определенного предела, когда наступает разряд. Работу адгезии в этом случае можно приравнять к энергии конденсатора и определить по уравению (в системе СГС):

W a = 2πσ 2 h /ε a

где σ - поверхностная плотность электрических зарядов; h - разрядный промежуток (толщина зазора между обкладками); ε a - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды.

При медленном раздвижении заряды успевают в значительной мере стечь с обкладок конденсатора. Вследствие этого нейтрализация первоначальных зарядов успевает закончиться при малом разведении поверхностей и на разрушение адгезионного соединения затрачивается небольшая работа. При быстром раздвижении обкладок конденсатора заряды не успевают стечь и их высокая начальная плотность сохраняется вплоть до наступления газового разряда. Это обусловливает большие значения работы адгезии, поскольку действие сил притяжения разноименных электрических зарядов преодолевается на сравнительно больших расстояниях. Различным характером удаления заряда с образующихся при расслаивании поверхностей адгезив-воздух и субстрат-воздух авторы электрической теории и объясняют характерную зависимость работы адгезии от скорости расслаивания.

На возможность электрических явлений при расслаивании адгезионных соединений указывает ряд фактов:

электризация образовавшихся поверхностей;
появление в некоторых случаях расслаивания лавинного электрического разряда, сопровождающегося свечением и треском;
изменение работы адгезии при замене среды, в которой производится расслаивание;
уменьшение работы расслаивания при повышении давления окружающего газа и при его ионизации, что способствует удалению заряда с поверхности.

Наиболее прямым подтверждением явилось открытие явления электронной эмиссии, наблюдавшейся при отрыве пленок полимера от различных поверхностей. Значения работы адгезии, рассчитанные на основании измерения скорости эмитируемых электронов, удовлетворительно совпадали с экспериментальными результатами. Следует, однако, заметить, что электрические явления при разрушении адгезионных соединений проявляются лишь при совершенно сухих образцах и при больших скоростях расслаивания (не менее десятков см/сек).

Электрическая теория адгезии не может быть применена к ряду случаев адгезии полимеров друг к другу.

Она не может удовлетворительно объяснить образование адгезионной связи между полимерами, близкими по своей природе. Действительно, двойной электрический слой может возникать только на границе контакта двух различных полимеров. Следовательно, прочность адгезионного соединения должна падать по мере сближения природы полимеров, приведенных в контакт. На самом деле этого не наблюдается.
Неполярные полимеры, если исходить только из представлений электрической теории, не могут давать прочную связь, т. к. они не способны быть донорами и, следовательно, не могут образовывать двойной электрический слой. Между тем практические результаты опровергают эти рассуждения.
Наполнение каучука сажей, способствуя высокой электрической проводимости саженаполненных смесей, должно было бы делать невозможной адгезию между ними. Однако адгезия этих смесей не только друг к другу, но и к металлам достаточно высока.
Присутствие небольшого количества серы, вводимой для вулканизации в каучуки, не должно изменять адгезии, так как влияние такой прибавки на контактный потенциал незначительно. В действительности же после вулканизации способность к адгезии исчезает .

Диффузионная теория адгезии

Согласно этой теории, предложенной Воюцким для объяснения адгезии полимеров друг к другу, адгезия, как и аутогезия, обусловливается межмолекулярными силами, а диффузия цепных молекул или их сегментов обеспечивает максимально возможное для каждой системы взаимопроникновение макромолекул, что способствует увеличению молекулярного контакта. Отличительной чертой этой теории, особенно пригодной в случае адгезии полимера к полимеру, является то, что она исходит из основных особенностей макромолекул - цепного строения и гибкости . Следует заметить, что способностью к диффузии, как правило, обладают только молекулы адгезива. Однако если адгезив наносят в виде раствора, а полимерный субстрат способен набухать или растворяться в этом растворе, может происходить и заметная диффузия молекул субстрата в адгезив. Оба эти процесса приводят к исчезновению границы между фазами и к образованию спайки, представляющей постепенный переход от одного полимера к другому. Таким образом, адгезия полимеров рассматривается как объемное явление .

Совершенно очевидно также, что диффузия одного полимера в другой представляет собой явление растворения.

Взаиморастворимость полимеров , которая в основном определяется соотношением их полярностей, очень важна для адгезии, что вполне согласуется с известным правилом Дебройна. Однако заметная адгезия может наблюдаться и между несовместимыми, сильно различающимися по полярности полимерами, в результате т. н. локальной диффузии, или локального растворения.

Локальное растворение неполярного полимера в полярном можно объяснить неоднородностью микроструктуры полярного полимера, возникающей в результате того, что полимер, состоящий из цепей с полярными и неполярными участками достаточной протяженности, всегда претерпевает микрорасслаивание, подобное происходящему в смесях сильно различающихся по полярности полимеров. Такое локальное растворение вероятно в случае, когда диффундируют углеводородные цепи, т. к. в полярных полимерах объем неполярных участков обычно больше объема полярных групп. Этим и объясняется то, что неполярные эластомеры обычно проявляют заметную адгезию к полярным высокомолекулярным субстратам, в то время как полярные эластомеры к неполярным субстратам почти не прилипают. В случае неполярных полимеров локальная диффузия может обусловливаться наличием в одном или обоих полимерах надмолекулярных структур, исключающих диффузию в определенных участках межфазной поверхности. Значение рассмотренного процесса локального растворения, или локальной диффузии, для адгезии тем более вероятно, что, по расчетам, достаточно проникновения в субстрат молекул адгезива всего на несколько десятых нм (несколько Å ), чтобы адгезионная прочность возросла во много раз. В последнее время Догадкиным и Кулезневым развивается концепция, согласно которой на межфазной поверхности контакта двух мало- или почти полностью несовместимых полимеров может про исходить диффузия концевых сегментов их молекул (сегментальная диффузия) . Обоснованием этой точки зрения является то, что совместимость полимеров увеличивается с уменьшением их молярной массы. Кроме того, образование прочного адгезионного соединения может определяться не только взаимопереплетением молекулярных цепей в зоне контакта из-за объемной диффузии, но и диффузией молекул одного полимера по поверхности другого. Даже тогда, когда адгезия обусловливается чисто адсорбционными взаимодействиями, адгезионная прочность практически никогда не достигает своего предельного значения, поскольку активные группы молекул адгезива никогда не укладываются точно на активные места субстрата. Однако можно предположить, что с увеличением времени или с повышением температуры контакта укладка молекул будет становиться более совершенной в результате поверхностной диффузии отдельных сегментов макромолекул. Вследствие этого прочность адгезионного соединения будет возрастать. Согласно диффузионной теории прочность адгезионного соединения обусловлена обычными молекулярными силами, которые действуют между взаимопереплетенными макромолекулами.

Иногда адгезия полимеров невозможно объяснить с точки зрения их взаимодиффузии и приходится прибегать к помощи адсорбционных или электрических представлений. Это относится, например, к адгезии совершенно несовместимых полимеров или к адгезии эластомера к полимерному субстрату, представляющему собой сшитый полимер с весьма густой пространственной сеткой. Однако в этих случаях адгезия обычно невелика. Так как диффузионная теория предусматривает возникновение прочного переходного слоя между полимерами, образующими адгезионный шов, она легко объясняет несоответствие работы расслаивания работе, требующейся для преодоления сил, действующих между адгезивом и субстратом. Кроме того, диффузионная теория позволяет объяснить зависимость работы адгезии от скорости расслаивания исходя из тех же положений, на которых основано объяснение изменения прочности образца полимера при изменении скорости его растяжения.

Помимо общих соображений, указывающих на правильность диффузионной теории адгезии, имеются экспериментальные данные, говорящие в ее пользу. К ним относятся:

положительное влияние на адгезию и аутогезию полимеров увеличения длительности и температуры контакта адгезива и субстрата;
возрастание адгезии с уменьшением , полярности и полимеров;
резкое увеличение адгезии при уменьшении содержания в молекуле адгезива коротких боковых ответвлений и др.

Влияние факторов, обусловливающих повышение адгезии или аутогезии полимеров, полностью коррелирует с их влиянием на диффузионную способность макромолекул.

Результаты количественной проверки диффузионной теории адгезии полимеров путем сопоставления экспериментально найденных и теоретически рассчитанных зависимостей работы расслаивания аутогезионного соединения от времени контакта и мол. массы полимеров оказались в хорошем согласии с представлением о диффузионном механизме образования аутогезионной связи. Диффузия макромолекул при контакте двух полимеров была доказана также экспериментально прямыми методами, в частности с помощью электронной микроскопии. Наблюдение за границей контакта между двумя совместимыми полимерами, находящимися в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, показало, что она размывается во времени, и тем в большей степени, чем выше температуpa. Значения скорости диффузии полимеров, рассчитанные по ширине размытой зоны, оказались достаточно высокими и позволяющими объяснить образование адгезионной связи между полимерами.

Все приведенное выше относится к простейшему случаю, когда наличие в полимере надмолекулярных структур практически не проявляется в рассматриваемых процессах и свойствах. В случае полимеров, на поведение которых существование надмолекулярных структур оказывает большое влияние, диффузия может осложняться рядом специфических явлений, например, частичным или полным диффузионным переходом молекул из надмолекулярного образования, расположенного в одном слое, в надмолекулярное образование в другом слое.

Адгезия, обусловленная химическим взаимодействием

Во многих случаях адгезия может быть объяснена не физическим, а химическим взаимодействием между полимерами. При этом точной границ между адгезией, обусловленной физическими силами, и адгезией, являющейся результатом химического взаимодействия, установить нельзя. Есть основание полагать, что химические связи могут возникать между молекулами почти всех полимеров, содержащими активные функциональные группы, между такими молекулами и поверхностями металла, стекла и др., в особенности, если последние покрыты оксидной пленкой или слоем продуктов эрозии. Надо также учитывать, что в молекулах каучуков имеются двойные связи, обусловливающие в определенных условиях их химическую активность.

Рассмотренные теории, основанные на преобладающей роли какого-нибудь одного определенного процесса или явления при образовании или разрушении адгезионной связи, приложимы к различным случаям адгезии или даже к различным сторонам этого явления. Так, молекулярная теория адгезии рассматривает лишь конечный результат образования адгезионной связи и природу сил, действующих между адгезивом и субстратом. Диффузионная теория , наоборот, объясняет лишь кинетику образования адгезионного соединения и справедлива только для адгезии более или менее взаиморастваримых полимеров. В электрической теории главное внимание уделяется рассмотрению процессов разрушения адгезионных соединений. Таким образом, единой теории, объясняющей явления адгезии , нет и, вероятно, не может быть. В различных случаях адгезия обусловливается разными механизмами, зависящими как от природы субстрата и адгезива, так и от условий образования адгезионной связи; многие случаи адгезии могут быть объяснены действием двух или нескольких факторов.

Словарь медицинских терминов

адгезия (лат. adhaesio прилипание, слипание; сип. адгезивный процесс) в морфологии

сращение серозных оболочек в результате воспаления.

Новый толково-словообразовательный словарь русского языка, Т. Ф. Ефремова.

адгезия

ж. Слипание поверхностей двух соприкасающихся разнородных твердых или жидких тел (в физике).

Энциклопедический словарь, 1998 г.

адгезия

АДГЕЗИЯ (от лат. adhaesio - прилипание) сцепление поверхностей разнородных тел. Благодаря адгезии возможны нанесение гальванических и лакокрасочных покрытий, склеивание, сварка и др., а также образование поверхностных пленок (напр., оксидных).

Адгезия

(от лат. adhaesio ≈ прилипание), слипание поверхностей двух разнородных твёрдых или жидких тел. Пример А. ≈ прилипание капелек воды к стеклу. А. обусловлена теми же причинами, что и адсорбция . Количественно А. характеризуется удельной работой, затрачиваемой на разделение тел. Эта работа рассчитывается на единицу площади соприкасающихся поверхностей и зависит от того, как производится их разделение: сдвигом вдоль поверхности раздела или отрывом в направлении, перпендикулярном поверхности. А. иногда оказывается больше, чем когезия, характеризующая силу сцепления частиц внутри данного тела. В этом случае разрыв происходит когезионно ≈ внутри наименее прочного из соприкасающихся тел.

А. твёрдых тел с неровной поверхностью обычно невелика, т. к. они фактически соприкасаются только отдельными выступающими участками своих поверхностей. А. жидкости и твёрдого тела и двух несмешивающихся жидкостей достигает предельно высокого значения вследствие полного контакта по всей площади соприкосновения. При покрытии твёрдого тела полимером в текучем состоянии последний проникает в углубления и поры. После отвердевания полимера возникает связь, иногда называемая механической А. В этом случае для отрыва полимерной плёнки необходимо преодолеть когезию в затвердевшем полимере. Для достижения предельной А. твёрдые тела соединяют в пластическом или эластичном состоянии под давлением, например при склеивании резиновым клеем или при холодной сварке металлов. Прочная А. достигается также при образовании новой твёрдой фазы на поверхности раздела, например в случае гальванических покрытий, или при возникновении поверхностных химических соединений (окисные, сульфидные и др. плёнки).

А. полимеров происходит лучше в том случае, если макромолекулы полярны и имеют большое число химически активных функциональных групп. Для улучшения А. в состав клея или плёнкообразующего полимера вводят активные добавки, молекулы которых одним концом прочно связываются с плёнкой, другим ≈ с подложкой, образуя ориентированный адсорбционный слой. При контакте двух объёмов одного и того же полимера может произойти автогезия (самослипание), когда имеет место диффузия макромолекул или их участков из одного объёма в другой. При этом прочность связи со временем увеличивается, стремясь к пределу ≈ когезионной прочности.

Явление А. имеет место при сварке, паянии, лужении, склеивании, при изготовлении фотоматериалов, а также при нанесении лакокрасочных полимерных покрытий, предохраняющих металлические детали от коррозии; причинами нарушения А. в последнем случае являются напряжения, возникающие вследствие усадки плёнки, а также различие коэффициентов теплового расширения плёнки и металла.

А. не только является условием образования высококачественного покрытия, связующего сварного или клеевого шва, но также и вызывает повышенный износ трущихся деталей. Для устранения А. вводят слой смазки, препятствующий контакту поверхностей.

Лит.: Кротова Н. А., О склеивании и прилипании, М., 1956; Воюцкий С. С., Аутогезия и адгезия высокополимеров, М., 1960; Дерягин Б. В., Кротова Н. А., Адгезия, М.≈ Л., 1949.

В. И. Шимулис.

Википедия

Адгезия

Адгезия в физике - сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел. Адгезия обусловлена межмолекулярными взаимодействиями (Ван-дер-Ваальсовыми, полярными, иногда - взаимной диффузией) в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей. В некоторых случаях адгезия может оказаться сильнее, чем когезия , то есть сцепление внутри однородного материала, в таких случаях при приложении разрывающего усилия происходит когезионный разрыв, то есть разрыв в объёме менее прочного из соприкасающихся материалов.

Адгезия существенно влияет на природу трения соприкасающихся поверхностей: так, при взаимодействии поверхностей с низкой адгезией трение минимально. В качестве примера можно привести политетрафторэтилен (тефлон), который в силу в значения адгезии в сочетании с большинством материалов обладает низким коэффициентом трения. Некоторые вещества со слоистой кристаллической решёткой (графит , дисульфид молибдена), характеризующиеся одновременно низкими значениями адгезии и когезии, применяются в качестве твёрдых смазок.

Наиболее известные адгезионные эффекты - капиллярность , смачиваемость /несмачиваемость, поверхностное натяжение , мениск жидкости в узком капилляре, трение покоя двух абсолютно гладких поверхностей. Критерием адгезии в некоторых случаях может быть время отрыва слоя материала определенного размера от другого материала в ламинарном потоке жидкости.

Адгезия имеет место в процессах склеивания, пайки, сварки, нанесения покрытий. Адгезия матрицы и наполнителя композитов является также одним из важнейших факторов, влияющих на их прочность.

В биологии клеточная адгезия - не просто соединение клеток между собой, а такое их соединение, которое приводит к формированию определённых правильных типов гистологических структур, специфичных для данных типов клеток. Специфичность клеточной адгезии определяется наличием на поверхности клеток белков клеточной адгезии - интегринов, кадгеринов и др. Например, адгезия тромбоцитов на базальной мембране и на коллагеновых волокнах повреждённой сосудистой стенки.

В антикоррозионной защите адгезия лакокрасочного материала к поверхности - наиболее важный параметр, влияющий на долговечность покрытия. Адгезия – прилипание лакокрасочного материала к окрашенной поверхности, одна из основных характеристик промышленных ЛКМ. Адгезия лакокрасочных материалов может иметь механическую, химическую или электромагнитную природу и измеряется силой отрыва лакокрасочного покрытия на единицу площади подложки. Хорошая адгезия лакокрасочного материала к окрашиваемой поверхности может быть обеспечена лишь при тщательной очистке поверхности от грязи , жира, ржавчины и прочих загрязнений. Также для обеспечения адгезии необходимо достичь заданной толщины покрытия, для чего используются толщиномеры мокрого слоя. Для оценки адгезии/когезии приняты и утверждены критерии

Примеры употребления слова адгезия в литературе.

Отрицательные ионы, разгоняясь в циклотроне, приобретают центростремительную тенденцию, то есть стремятся больше к адгезии , чем к рассеиванию.

Вначале синий играет роль пассивного центра адгезии , и в результате формируется агломерат, не имеющий свойств кодона, но активно собирающий те фрагменты информагентов, которые мы условно назвали грязью.

Отвержденные эпоксидные смолы отличаются малой усадкой, высокой адгезией , механической прочностью, влагостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами.