Влияние морфологии твердой поверхности на формирование адгезионного контакта

Увеличение площади контакта между адгезивом и субстратом приводит к повышению адгезии независимо от того, какими силами обусловлена связь между фазами. На величину площади контакта оказывают влияние такие факторы, как смачивание, способность адгезива заполнять неровности твердой поверхности, вытесняя при этом воздух. Многочисленные пузырьки воздуха, находящиеся в глубоких бороздках и порах поверхности образца, препятствуют достижению максимально возможного контакта. Таким образом, морфология поверхности субстрата, ее топография, микрорельеф и чистота являются важными факторами, влияющими на полноту контакта и в конечном итоге на адгезию.

Микрорельеф и шероховатость твердой поверхности, обусловленные особенностями внутренней структуры, можно условно назвать первичными или атомно-молекулярными. Также шероховатость может быть механической, при этом имеются ввиду многочисленные дефекты (поры, трещины, капилляры), появляющиеся в результате процессов структурообразования, старения и т. д. К этой группе относится и искусственный микрорельеф, создаваемый различными способами.

На топографию твердой поверхности оказывают влияние такие процессы как окисление и гидролиз. При этом на поверхности возникает своеобразный чехол, толщина которого не равномерна. В этом случае говорят о дополнительной шероховатости, которая называется вторичной.

Основными видами неровностей твердой поверхности являются макроскопические нарушения (А), волнистость поверхности (В), микроскопические (С) и ультрамикроскопические (D) неровности (рис. 2).

Наибольшую роль во взаимодействии на границе раздела адгезив – субстрат играют микроскопические и ультрамикроскопические неровности. Величина последних колеблется в пределах и в ряде случаев лежит за пределами чувствительности стандартных методов изучения твердой поверхности.

Рис. 2. Схема основных видов неровностей твердой поверхности

В полимерах можно выделить несколько основных типов структурных образований, определяющих своеобразие геометрии поверхности. Простейшими типами, встречающимися как в стеклообразных, так и в высокоэластичных полимерах, являются различные глобулярные структуры, элементы которых – глобулы – состоят из одной или нескольких свернутых полимерных молекул. Для многих эластомеров характерны ленточные и полосатые структуры. Распространен пачечно-фибриллярный тип структур, характерный для хорошо упорядоченных полимеров. В полимерах также встречаются крупные структурные образования – кристаллиты и сферолиты, построенные из пачек, фибрилл, глобул, а также еще более крупные агрегаты, построенные из сферолитов и пластин, построенных из этих лент.

Таким образом, для достижения наибольшей адгезии необходимо, чтобы молекулы адгезива проникали не только в крупные, но и микроскопические и ультрамикроскопические дефекты поверхности полимерного субстрата, так как в этом случае величина поверхности контакта достигает огромных размеров.

Методы измерения адгезии

Методы измерения адгезии можно классифицировать по способу нарушения адгезионной связи: неравномерный отрыв, равномерный отрыв и сдвиг. Разрушающие методы могут быть статическими и динамическими. Однако следует иметь в виду, что не существует методов, при использовании которых напряжения распределялись бы действительно равномерно и представляли бы собой сдвиг или отрыв в чистом виде. Поэтому такая классификация весьма условна.

В зависимости от метода испытания за меру адгезии могут быть приняты сила, энергия или время. Для динамических методов показателем прочности адгезионного соединения служит число циклов нагружения до разрушения.

Наиболее распространены методы неравномерного отрыва (отслаивания, расслаивания). Они позволяют выявить колебания в величине адгезии на отдельных участках испытуемого образца. Кроме того, эти методы дают достаточно хорошую воспроизводимость результатов и отличаются простотой. Предположение об одновременном нарушении связи между адгезивом и субстратом по всей площади контакта (методы равномерного отрыва и сдвига) не всегда правильно. По этой причине усилие отрыва или сдвига, отнесенное к площади отрыва, можно рассматривать только как весьма приближенную характеристику адгезии.

Наряду с количественной характеристикой прочности адгезионного соединения необходимо знать характер разрушения – когезионный, адгезионный или смешанный.