Сайт о клеях

 

Адгезив: понятие, принципы работы, качество соединения

Клей как вещество или соединение, имеющее в своем составе компоненты органического и неорганического происхождения, знакомо человеку с древности и активно применялось с различными целями. Клей использовали при строительстве, для создания оружия, декоративных элементов, одежды и с другими, самыми разными целями.

В качестве первых клеящих материалов использовались натуральные органические и неорганические продукты – растительные смолы, воск, животный жир, глина и битумы. Однако с течением времени и развитием уровня технологий основным сырьем для производства клея стали синтетические вещества. Примерно в это же время появилось представление об адгезиве.

Адгезив – это понятие, объединяющее различные вещества, основным предназначением которых является соединение разнородных материалов путем поверхностного сцепления. Основной принцип действия адгезива связан с установлением межмолекулярных связей между ним и внешними поверхностями соединяемых материалов. Другими словами, адгезив – это научное название клея.

Начало расцвета искусственных адгезивных материалов было положено открытием Луи Бакеландом фенолформальдегидных смол в 1907 году. Эти продукты конденсации фенола с формальдегидом не только послужили сырьем для создания множества различных видов адгезивов, но и позволили глубже и полнее изучить саму суть адгезивных связей.

Развитие знаний об адгезивных материалах вплотную связано с синтезом, то есть созданием, новых полимеров. Полимерами называют сложные соединения с большой молекулярной массой, состоящие из множества одинаковых фрагментов. Синтетические адгезивы были созданы во многом благодаря комплексу открытий полимерных материалов вроде целлулоида (1870 год), фенолформальдегидной смолы (1907), карбамидной смолы (1930-е годы), ненасыщенных полиэфиров (1936) и эпоксидных смол (1938). По сравнению с природными, синтетические клеи имеют более высокие технологические характеристики, способствующие более качественному соединению различных по структуре веществ.

При этом практика склеивания существенно опережала теорию свойств адгезии, явный скачок в которой произошел в 20-х гг. 20 века. Свою долю в него внесли ученые Макбен и Гамахер. Первый является автором понятия механической и специфической адгезии, успешно применяемой и в современных теориях соединения. Второй доказал, что лондоновские (дисперсионные) силы взаимодействия зависят от размера частиц на поверхности соединяемых материалов: частицы размером 10 нм создают дисперсионные силы, действующие в радиусе 100 нм.

Начало современным теориям адгезии и концепциям склеивания положили работы Де-Бройиа, Табора и др. в 50-х гг. 20 века. В соответствии со знаниями из области физической химии они ввели понятие поверхностной энергии и изучали свойства поверхностей разнородных веществ.

Согласно современным теориям адгезии, надежность клеевого соединения зависит от 3 факторов:

• Адгезионного взаимодействия соединяемых поверхностей с соединительной (клеевой) прослойкой.
• Когезионной прочности этой прослойки и склеиваемого материала.
  При этом когезия – это межмолекулярная сцепка молекул физического тела под действием сил притяжения. Когезия, таким образом, характеризует прочность самой толщи клеевого шва на разрыв.
• Конструкции соединения.

 

В настоящее время основная часть адгезионных теорий трактуют механизм склеивания как межмолекулярное взаимодействие вещества соединяемых поверхностей с полимерной основой клеевого материала. Кроме того, считается, что в прилегающих друг к другу поверхностях соединяемых предметов происходят химические реакции.

Одной из наиболее известных и принимаемых большинством теорий, объясняющих причины склеивания различных веществ, является адсорбционная. В соответствии с ней для качественного и надежного соединения различных материалов необходимо наличие на их поверхностях и в самом клее химически активных, обычно полярных групп. Это обеспечивает создание между ними соответственно химических, ориентационных и индукционных связей.

Устойчивость адгезионных соединений может снижаться из-за наличия на поверхности соединяемых материалов низкомолекулярных веществ (пластификаторов, мономеров, смазок) и состарившихся слоев, малой поверхностной энергии полимерной фазы, разнородности наполненных пластмасс и набухания под влиянием компонентов клеев (как пример, клеев-растворов).

В настоящее время существует множество разновидностей как узкоспециализированных клеев, так и адгезивов, используемых на различных материалах. В зависимости от сферы применения различаются и требования к прочности клеевого соединения.