Как добиться оптимальной адгезии полимерных изделий

Как добиться оптимальной адгезии

Все процедуры ремонта и чистовой обработки, о которых мы с вами говорили в данном руководстве, кроме, пожалуй, сварки плавлением, включают этап приклеивания посторонних материалов на базовую пластиковую поверхность, которая подвергается ремонту. Двухкомпонентные, термоплавкие, цианоакрилатные и метакрилатные клеи на самом деле представляют собой пластиковые материалы (термопластовые или реактопластовые) с особой молекулярной структурой и составом. Покрасочные материалы также представляют собой полимерные материалы, понятие «адгезия» для которых будет также крайне важным.

В данном руководстве я подробно говорил о том, какой тип клея лучше подходит для различных полимерных материалов. Сейчас же я вкратце хочу ответить на наиболее важные вопросы, которые могут возникнуть у вас при использовании клея, в надежде на то, что вы будете лучше понимать важность неукоснительного соблюдения всех рекомендаций и соответствующего исполнения всех этапов, прежде чем приступать к нанесению любого покрытия.

Прочность клеевого соединения

Клеевое соединение происходит на молекулярном уровне между атомами базового материала иклея на очень маленьком расстоянии (1×10^-9см). Это очень сложный феномен, тесно связанный с физическими свойствами и химическими реакциями, происходящими между базовым материалом и клеем.

Клеевое соединение связано с двумя понятиями: когезией и адгезией. Когезия ассоциируется спрочностью соединения между молекулами клея. Адгезия определяет связь между клеем ибазовым материалом.

*

1. Когезия

2. Адгезия

3. Базовая поверхность

4. Молекулы клея

*

Когезия ассоциируется с прочностью соединения между молекулами клея. Адгезия определяет связь между клеем и базовым материалом.

Если клеевое соединение подвергается повреждению, это может быть связано с плохой адгезией, когезией или комбинацией двух условий. Когезионное повреждение происходит в том случае, если клеевое соединение разрывается, при этом на обеих базовых поверхностях остаются следы клея. Адгезионное повреждение, наоборот, происходит в том случае, если клей отрывается от одной из сторон базовой поверхности. Что интересно, вы не сможете установить прочность адгезии, пока не разорвете соединение.

На пластиковых базовых поверхностях нас больше всего интересует адгезионное повреждение. Основной проблемой в случае с базовыми поверхностями из пластика является низкая сцепная способность поверхности. Она мешает клею пропитывать поверхность, таким образом создавая тесный физический контакт с базовым материалом.

Существует несколько факторов, необходимых для обеспечения хорошей адгезии на пластиковых базовых поверхностях:

- пропитывание поверхности клеем или другим покрытием;

- чистота поверхности;

- подготовка поверхности.

Таблица6.1. Сила сцепления различных материалов

*

1. Низкая сила сцепления на поверхности

2. Высокая сила сцепления на поверхности

3. Базовая поверхность

4. Капля жидкости

5. Чем больше значение φ, тем ниже сила сцепления на поверхности базового материала по отношению кжидкости

*

На базовых поверхностях из пластика низкая сила сцепления мешает клею пропитать поверхность, таким образом предотвращая тесный физический контакт. Если клей не попадет во все мельчайшие неровности поверхности базового материала, адгезия просто не произойдет. Если жидкость обладает более низкой силой сцепления по сравнению с базовым материалом, жидкость пропитает поверхность.

Пропитывание поверхности

Чтобы обеспечить соответствующее взаимодействие между клеем и базовой поверхностью, клей должен пропитать ее. Так как адгезия может происходить только на коротких расстояниях, если клей не пропитает поверхность и не попадет в ее мельчайшие изъяны и углубления, адгезия просто не произойдет.

Пропитывание поверхности, по сути, является функциональным показателем относительной силы сцепления базовой поверхности и клея в жидком состоянии. Если жидкость обладает более низкой силой сцепления по сравнению с базовым материалом, она пропитает поверхность.

Хорошим примером этого в действии является то, как вода в форме капель скатывается споверхности кузова автомобиля, обработанного восковой пастой. Так как восковая паста обладает более низкой силой сцепления, капли воды не будут пропитывать поверхность.

Если поверхность кузова автомобиля не покрыта восковой пастой, вода будет растекаться исмачивать лакокрасочное покрытие. В таком случае сила сцепления на поверхности окрашенного автомобиля будет выше, чем сила сцепления на поверхности воды, поэтому вода ибудет растекаться и смачивать поверхность.

В таблице6.1 указана сила сцепления на поверхности некоторых наиболее распространенных видов металла и пластика, чтобы вы смогли понять, почему некоторые виды материалов сложнее отремонтировать с использованием клея, чем другие. Как вы видите, сила сцепления на поверхности эпоксидной смолы намного выше, чем у большинства полимеров, особенно по сравнению с полиэтиленом. Именно поэтому хорошая подготовка поверхности, чистка ииспользование активатора склеивания часто являются важными этапами при выполнении ремонта пластиковых поверхностей.

Чистота рабочей поверхности

Как это часто бывает при выполнении ремонтных работ, поврежденная деталь некоторое время была в эксплуатации, следовательно, она подвергалась воздействию окружающей среды. Поверхность детали может быть загрязнена, однако больше всего вас должны интересовать загрязнения в виде таких соединений на основе бензина, как моторное масло и топливо. Некоторые загрязнения обладают более низкой силой сцепления на поверхности по сравнению сбольшинством различных полимеров, поэтому нам совершенно не нужно, чтобы подобные загрязнения ухудшали адгезию.

Подготовка поверхности

Если вы посмотрите на подготовленную должным образом поверхность в поперечном разрезе через микроскоп, она будет напоминать Гималаи. Вы увидите, фигурально выражаясь, высокие горы и глубокие долины, вкоторых и останутся молекулы клея. Неровности на поверхности базового материала дают клею возможность создать механическую фиксацию поверхности, чтобы прочность клеевого соединения обеспечивалась не только химическими свойствами клея, но икогезионной прочностью.

Более того, шероховатость значительно увеличивает площадь поверхности, на которую наносится клей, по сравнению с гладкой поверхностью. Прочность соединения пропорционально зависит от площади поверхности, на которую наносится клей, поэтому шероховатая поверхность иобеспечивает более прочное клеевое соединение по сравнению с гладкой поверхностью. Именно поэтому я настоятельно рекомендую царапать поверхность крупноабразивной наждачной бумагой, прежде чем наносить любой тип клея.

*

1. Гладкая поверхность

2. Шероховатая поверхность

3. Клей

4. Клей

5. Базовая поверхность

6. Базовая поверхность

*

При многократном увеличении становится видно, что площадь шероховатой поверхности намного больше, чем площадь гладкой поверхности, несмотря на то, что их размеры одинаковы. Таким образом, увеличение площади поверхности и шероховатость увеличивают силы сцепления на молекулярном уровне между клеем и базовой поверхностью, а также обеспечивают механическую фиксацию.