Исследование зависимости прочности клеевых соединений от технологических параметров склеивания при изготовлении верхней одежды (стр. 2 из 18)
При разрушении такого клеевого соединения, т.е. при отделении двух пластинок конденсатора друг от друга, происходит увеличение разности потенциалов на всем протяжении существующих зарядов, что обычно экспериментально подтверждается. Сцепление между адгезивом и твердым телом образуется благодаря силам электростатического притяжения, действующим в двойном электрическом слое. Энергия отделения Ge зависит от потенциала разряда Ve следующим образом:
, (1.2)где h — расстояние, на котором происходит разряд;
— диэлектрическая постоянная.В соответствии с таким подходом адгезия может изменяться при изменении давления газа, в атмосфере которого происходит измерение величины Ge.В этой теории не учитывается энергия, которая выделяется при изменении вязкости или пластичности адгезива во время его плавления.
Вместе с тем необходимо отметить, что применительно к соединениям текстильных материалов зависимость прочности клеевых соединений от эмиссии электронов при нарушении соединений существует. При разрушении прочных клеевых соединений электрические явления наиболее выражены.Реологическая теория (теория пограничных слоев и промежуточных фаз). При образовании клеевых соединений возникают промежуточные зоны, показатели свойств которых отличны от аналогичных показателей компонентов клеевого соединения. Принцип этой теории формулируют следующим образом, если нарушение клеевого соединения происходит в пограничных зонах, то работа разрушения будет зависеть от силы адгезии наиболее слабого пограничного слоя. Поэтому сила адгезии G всегда равна энергии адгезии в наиболее слабом промежуточном слое Gc.
Соединения бывают слабыми в том случае, когда возникают слабые адгезионные связи (или недостаточное число связей). На поверхности субстрата образуется слой адсорбированных молекул газа, воды, низкомолекулярных продуктов из клея. Этот слой ослабляет адгезионное взаимодействие; под его влиянием формируется слабая зона, которая и обусловливает малую прочность всего клеевого соединения. Эти слои называют переходными. Соединение субстрата с клеем следует рассматривать как систему, состоящую из нескольких слоев (рисунок 1.1).
А, В — текстильные материалы; Б — клей; 1, 9 — слои текстильных материалов, не участвующих в склеивании; 2, 8 — слои текстильных материалов, близких к поверхности раздела; 3, 7 — слои клея атомарной или молекулярной толщины; 4, 6 — слои клея, структура которых отличается от структуры основной массы; 5 — слой клея, на свойствах которого влияние поверхности раздела не сказывается
Рисунок 1.1 - Клеевое соединение
Молекулы адгезива, находящиеся в глубине, и молекулы адгезива, находящиеся на поверхности раздела фаз, различаются между собой по свойствам. Для молекул, находящихся внутри адгезива, все силы межмолекулярного взаимодействия полностью компенсированы. Молекулы, находящиеся на поверхности, имеют нескомпенсированные силы. Поверхностные силы имеют ту же природу, что и силы межатомного и межмолекулярного взаимодействий. Однако закономерности действия поверхностных сил имеют особенности. Так, силы притяжения Ван–дер-Ваальса уменьшаются пропорционально седьмой степени расстояния между контактирующими объектами, а поверхностные силы того же происхождения - пропорционально третьей-четвертой степени. Поэтому возникновение слабых пограничных слоев неизбежно, но этот процесс является управляемым. Правильно сформированным и прочным является соединение, переходные слои которого прочны так же, как и сам клей. В слабом непрочном соединении разрушение происходит в пограничном слое, называемом слабым. К возникновению таких слоев приводит наличие на поверхности субстрата адсорбированных газов и жидкостей, а также твердых частиц. Для их удаления в других отраслях промышленности прибегают к очистке поверхностей, которая для текстильных материалов в массовом производстве одежды мало приемлема. Значительно повысить прочность клеевых соединений можно путем химической обработки материалов.
Эта теория хорошо объясняет влияние различного вида аппретов заключительной отделки, находящихся на поверхности текстильных материалов, на изменение адгезионной способности последних. Наличие между волокном и адгезивом промежуточного слоя из аппретов может привести и к ослаблению клеевого соединения, и к его упрочнению. Согласно данной теории следующего разрушения клеевого соединения никогда не происходит только вдоль границы поверхностей. Получение прочного клеевого соединения возможно при условии устранения всех слабых пограничных слоев в клее и субстрате.
В развитие этой теории создана концепция "мощных промежуточных слоев", или "промежуточных фаз". Такие промежуточные фазы возникают на молекулярном уровне в пограничном слое толщиной в несколько нанометров. Причиной образования таких фаз являются многие физические, физико-химические и химические явления:
1 ориентация химических групп, направленная на снижение свободной энергии на поверхностях волокна и адгезива;
2 движение наполнителей или фракций с низкой молекулярной массой вдоль поверхностей;
3 развитие кристаллической структуры;
4 образование ложной кристаллической зоны в результате уменьшения подвижности молекулярной цепи из-за взаимодействия с твердым телом;
5 изменение термодинамических и химических факторов полимеризации или перекрестной реакции в результате действия катализаторов.
Учитывать влияние таких пограничных слоев на адгезию необходимо для полного понимания этого явления и управления им, а также для разработки рациональных условий заключительной отделки текстильных полотен в текстильном производстве.
Теория поглощения (термодинамическая) является самой распространенной в настоящее время. Она объясняет способность материалов при их сближении к адгезии за счет действия межатомных и межмолекулярных сил в пограничных поверхностях. Наиболее распространенными видами пограничных сил являются силы Ван-дер-Ваальса.
Необходимым условием образования межатомных и межмолекулярных сил является хорошая смачиваемость твердого тела жидкостью.
Состояние равновесия в системе, состоящей из твердого тела и жидкости, описывается уравнением Юнга:
, (1.3)где
— поверхностное натяжение соответственно твердой, жидкой, газообразной фаз в точке их соприкосновения; 
— краевой угол смачивания.Поверхностное натяжение
характеризует свободную энергию на поверхности твердого тела после равновесного поглощения пара из жидкости. Иногда эта величина может быть меньше свободной энергии 
твердого тела в вакууме.Для полимеров, в том числе и для текстильных волокон, в первом приближении можно принять, что: 
, (1.4)Когда краевой угол является конечной величиной
> 0°, жидкость не растекается по твердой поверхности. Если 9 = 0°, жидкость увлажняет твердую поверхность и растекается по ней. Для произвольного увлажнения справедливы условия: 
; (1.5) 
, (2.6)где S — коэффициент рассеивания.
Уравнение (1.6) следует рассматривать как критериальное при увлажнении поверхностей твердых тел. Примечательно, что такие факторы, как шероховатость поверхности твердого тела и внешнее давление, могут ограничить возможность использования этого критерия. Он неприменим для текстильных материалов, если шероховатость их поверхности превышает
м.Многие исследователи определяют свободную поверхностную энергию твердого тела по краевому углу смачивания.
Энергию Wж системы "твердое тело (текстильный материал) — жидкость (клей)" определяют по формуле:
, (1.7)Одной из наиболее важных моделей в науке об адгезии является реологическая модель, или модель умножения факторов. В этой модели сила адгезии Sa равняется произведению энергии W на функцию потери Ф, которая характеризует рассеянную энергию при вязкоупругой или пластической деформации материалов и зависит от степени излома
и температуры t: 
, (1.8)Значение Ф обычно гораздо больше, чем значение W, а рассеянную энергию можно рассматривать как важный фактор в образовании сил адгезии.
Сила сопротивления срезу
измеренная на промежуточном участке между волокном и матрицей из клея, находится в прямой зависимости от свободной энергии адгезии W. Работа сопротивления срезу G эквивалентна: 
, (1.9)