Адгезия: что это такое, разновидности, способы повышения

Это сцепление различных по своему составу и структуре материалов, обусловленное их физическими и химическими свойствами. Термин адгезия произошёл от латинского слова adhesion – прилипание.

В строительстве дают более узконаправленное и специфическое обозначение тому, что такое адгезия – это способность декоративно-отделочных покрытий (ЛКМ, штукатурки), герметизирующих или клеящих смесей к прочному и надёжному соединению с внешней поверхностью материала основания.

Впечатляющая демонстрация эффекта адгезии современных клеевых составов

Важно! Следует различать понятия адгезии и когезии. Адгезия соединяет разнотипные материалы, затрагивая только поверхностный слой. К примеру, краска на металлической поверхности. Когезия — это соединение однотипных материалов, в результате которого образуются межмолекулярные взаимодействия.

Схематическое изображение эффекта адгезии и когезии

Теории адгезии

Адгезия представляет собой крайне сложное явление, с чем связано существование множества теорий, трактующих это явление с различных позиций. В настоящее время известны следующие теории адгезии:

• Адсорбционная теория, согласно которой явление осуществляется в результате адсорбции адгезива на порах и трещинах поверхности субстрата.
• Механическая теория рассматривает адгезию как результат проявления сил межмолекулярного взаимодействия между контактирующими молекулами адгезива и субстрата.
• Электрическая теория отождествляет систему «адгезив — субстрат» с конденсатором, а двойной электрический слой, возникающий при контакте двух разнородных поверхностей, — с обкладкой конденсатора.
• Электронная теория рассматривает адгезию как результат молекулярного взаимодействия поверхностей, различных по своей природе.
• Диффузионная теория сводит явление к взаимной или односторонней диффузии молекул адгезива и субстрата.
• Химическая теория объясняет адгезию не физическим, а химическим взаимодействием.

Что такое адгезия и зачем она применяется в стоматологии

Благодаря развитию новых технологий в стоматологии, сегодня мы получили возможность восстанавливать целостность и функциональность поврежденных и разрушенных зубов быстро, качественно и на долгий срок. Адгезивные системы обеспечивают уверенную фиксацию пломб и искусственных протезных конструкций.

Физическое описание

• Адгезия представляет собой обратимую термодинамическую работу сил, направленных на разделение приведённых в контакт две разнородные (гетерогенные) фазы. Описывается уравнением Дюпре:
• Работа адгезии связана с энергией Гиббса:
• Отрицательное значение ΔG° указывает на снижение работы адгезии в результате образования межфазного натяжения.
• Изменения энергии Гиббса системы в процессе адгезии:
• .

Адгезия неразрывно связана со многими поверхностными явлениями, такими как смачивание. Если адгезия обуславливает связь между твёрдым телом и контактирующей с ним жидкостью, то смачивание является результатом подобной связи.

Уравнение Дюпре—Юнга показывает отношение между адгезией и смачиванием:

где σ12 — поверхностное натяжение на границе раздела двух фаз (жидкость-газ), cosθ — краевой угол смачивания, Wa — обратимая работа адгезии.

Прочность адгезионных контактов зависит не только от работы отрыва поверхностей, но и от формы контакта. Контакты сложной формы начинают отрываться с краёв, фронт отрыва затем распространяется к центру контакта вплоть до достижения некоторой критической конфигурации, при которой происходит мгновенная потеря контакта. Процесс отрыва для контактов различной формы можно наблюдать в фильме.

Какие есть типы адгезии

Существует несколько видов адгезии: механическая, химическая, а также их комбинации. Самым простым является механический.

Суть действия системы сводится к созданию микромеханических связок между компонентами материала и шероховатой поверхностью зуба.

Чтобы обеспечить высокое качество сцепления, перед нанесением адгезива естественные микроуглубления на поверхности зубных тканей тщательно высушивают.

Интересно! Доктор Буонкоре 63 года назад опытным путем выяснил, что фосфорная кислота делает зубную эмаль шероховатой. Это помогает усилению сцепления композита с тканями зуба. Появившаяся более полувека назад методика протравки зубной эмали кислотой стала фундаментом для современных адгезивных реставрационных методов.

Химический вариант сцепления основан на химической связи композитного материала с эмалью и дентином. Таким типом адгезии обладают исключительно стеклоиномерные цементы. Прочие материалы, что используют стоматологи, имеют только механическую адгезию.

Как измеряется адгезия?

Технология измерения адгезии, способы испытания, а также все показатели прочности соединения материалов указаны в следующих нормативах:

• ГОСТ 31356-2013 — шпаклёвки и штукатурки;
• ГОСТ 31149-2014 — лакокрасочные материалы;
• ГОСТ 27325 — ЛКМ к дереву и т.п.

Информация! Адгезия измеряется в кгс/см2, МПа (мегапаскали) или кН (килоньютоны) — это показатель силы, которую необходимо приложить, для разделения материалов основания и покрытия.

Способ определения адгезии лакокрасочных покрытий методом решётчатого надреза

Если раньше адгезионные характеристики материалов можно было измерять только в лабораторных условиях, то на данный момент существует множество приборов, которые можно использовать непосредственно на строительной площадке. Большинство методов измерения адгезии, как «полевых», так и лабораторных связаны с разрушением внешнего, покрывающего, слоя. Но есть несколько устройств, принцип действия которых основан на ультразвуке.

Таблица классификации результатов испытания лакокрасочных материалов

• Нож адгезиметр. Используется для определения параметров адгезии методом решётчатых и или параллельных надрезов. Применяется для лакокрасочных и плёночных покрытий толщиной до 200 мкм.

Нож адгезиметр, модель Константа-КН2

• Пульсар 21. Устройство определяет плотность материалов. Используется для выявления трещин и расслоений в бетоне как штучном, так и монолитном. Существуют специальные прошивки и подпрограммы, которые по плотности прилегания, позволяют определить прочность адгезии штукатурок различных типов к бетонным поверхностям.

Ультразвуковой измеритель адгезии, Пульсар 21

• СМ-1У. Используется для определения адгезии полимерных и битумных изоляционных покрытий методом частичного разрушения – сдвига. Принцип измерения основан на выявлении линейных деформаций изоляционного материала. Как правило, применяется для определения прочности изоляционного покрытия трубопроводов. Допускается использование для проверки качества нанесение битумной гидроизоляции на строительные конструкции: стены подвалов и цокольных этажей, плоские крыши и т.п.

Адгезиметр СМ-1У

Это интересно: Как правильно установить унитаз своими руками (видео)

Факторы, снижающие адгезию материалов

На снижение адгезии оказывают влияние различные физические и химические факторы. К физическим относится температура и влажность окружающей среды в момент нанесения декоративно-отделочных или защитных материалов.

Также снижают адгезионные взаимодействия различные загрязнения, в частности, пыль покрывающая поверхность основания.

В процессе эксплуатации влияние на прочность соединения лакокрасочных материалов может оказывать ультрафиолетовое излучение.

Также адгезию отделочных материалов могут снижать различные процессы, возникающие в строительных конструкциях:

• усадка;
• растягивающие и сжимающие напряжения.

Информация! Вещество, наносимое на поверхность для увеличения силы сцепления между основанием и отделочным материалом, называется адгезивом. Основание, на которое наносится адгезив, называется субстратом.

Методы повышения адгезии

В строительстве существует несколько универсальных способов повышения адгезии декоративных отделочных материалов с поверхностью основания:

1. Механический – поверхности основания придают шероховатость, чтобы увеличить площадь соприкосновения. Для этого её обрабатывают различными абразивными материалами, наносят насечки и т.п.
2. Химический – в состав наносимых защитно-отделочных материалов добавляют различные вещества. Это, как правило, полимеры, образующие более прочные связи и придающие материалу дополнительную эластичность.
3. Физико-химический – поверхность основания обрабатывают грунтовкой, изменяющей основные химические параметры материала и оказывающей влияние на определённые физические свойства. К примеру, снижение влагопоглощения у пористых материалов, закрепление рыхлого внешнего слоя и т.п.

Обработка поверхности основания перед покраской абразивной шкуркой

Грунтование поверхности перед нанесением штукатурки

Способы увеличения адгезии к различным материалам

Более подробно остановимся на методах повышения адгезии для различных материалов, применяемых в строительстве.

Бетон

Бетонные стройматериалы и конструкции повсеместно применяются в строительстве. За счёт высокой плотности и гладкости поверхности их  потенциальные адгезионные показатели довольно низкие. Для увеличения прочности соединения отделочных составов необходимо учесть следующие параметры:

• сухая или влажная поверхность. Как правило, адгезия к сухой поверхности выше. Однако были разработаны множество клеевых смесей, требующих предварительного смачивания поверхности основания. В данном случае необходимо обращать внимание на требования производителя;
• температура окружающей среды и основания. Большинство отделочных материалов наносится на бетонные поверхности при температуре воздуха не менее +5°С…+7°С. При этом бетон не должен быть замёрзшим;
• грунтовка. Используется в обязательном порядке. Для плотных бетонов, это составы с наполнителем из кварцевого песка (бетонконтакт), для пористых бетонов (пено-, газобетон), это грунтовки глубокого проникновения на основе акриловых дисперсий;
• добавление модификаторов. Готовые сухие штукатурные смеси уже имеют в своем составе различные адгезионные добавки. Если штукатурка замешивается самостоятельно, то в неё рекомендуется добавить: ПВА, акриловую грунтовку, вместо такого же количества воды, силикатный клей, придающий отделочному материалу дополнительные влагоотталкивающие свойства.

1. Результат нанесения цементной штукатурки на переохлажденную поверхность основания
2. Нанесение кварцевой грунтовки Knauf бетонконтакт

Металл

Ключевую роль в прочности соединения лакокрасочных материалов с металлической поверхностью играет способ и качество подготовки поверхности. В домашних условиях рекомендуется выполнить следующие действия:

• обезжиривание – обработка металла различными растворителями: 650, 646, Р-4, уайт-спирит, ацетон, керосин. В крайнем случае, поверхность протирается бензином;
• матирование – обработка основания абразивными материалами;
• грунтование – использование специальных красок праймеров. Они реализуются в комплекте с декоративными ЛКМ определённого типа.

Важно! Адгезия свинца, алюминия и цинка намного ниже, чем у чугуна и стали. Причина заключается в том, что эти металлы образуют на своей поверхности оксидные плёнки. Поэтому отслаивание лакокрасочных покрытий происходит по оксидному слою. Окрашивание этих материалов рекомендуется осуществлять сразу после удаления плёнки механическим или химическим способом.

Алюминий также подвержен коррозии, особенно при воздействии агрессивных веществ

Древесина и древесные композиты

Древесина является пористой поверхностью с большим количеством неровностей и не испытывает особых проблем с прочностью соединения отделочных материалов.

Но нет предела совершенству, поэтому были разработаны различные технологии для улучшения адгезии в сочетании с сохранением защитных и декоративных свойств самой отделки.

Их использование, к примеру, в сочетании с акриловыми красками, значительно улучшает атмосферостойкость, устойчивость к ультрафиолетовому выцветанию, придает биологическую защиту материалу. Поверхность древесины обрабатывается самыми разнообразными грунтовками, чаще всего, на основе боразотных соединений и нитроцеллюлозы.

Адгезия при сварочных работах

Сварка является одним из наиболее прочных методов соединения металлических конструкций. Это сцепление молекул двух элементов без использования промежуточных или вспомогательных веществ — клея или припоя.

Происходит данный процесс под воздействием термической активации. Внешний слой соединяемых элементов нагревают выше температуры плавления, после чего происходит межмолекулярное сближение и соединение материалов.

• Электросварочный шов. Соединение двух деталей электросваркой является адгезией, так как металл, использующийся в электроде, выступает в качестве адгезива
• Препятствием к качественной адгезии при сварке могут служить следующие факторы:

• наличие оксидных плёнок. Они удаляются механически или химически при подготовке поверхности или исчезают непосредственно в процессе сварки под воздействием высокой температуры или флюсов;
• несоответствие химического состава материалов и электродов. Особое внимание следует уделять наличию и количеству кремния и углерода в соединяемых деталях. Для соединения сталей разных марок рекомендуется использовать электроды с низким содержанием диффузионного водорода;
• недостаточная глубина проплавления, которая напрямую зависит от силы тока и скорости передвижение электрода.

Газовая или плазменная сварка металла является когезией, так как молекулы двух элементов соединяются в результате расплава материала

Подводя итоги

Адгезия является одной из важнейших характеристик многих процессов современного строительства, поэтому для её увеличения разрабатываются всё новые методы. Их применение обеспечит большую долговечность строительным конструкциям и отделочным материалам, что в конечном итоге даст существенную экономию.

Поделитесь в соц.сетях:

Источник: https://arbolit.org/poleznoe/adgezivnye-sistemy-v-stomatologii.html

Пути повышения адгезии нижнего слоя в настольной FDM-печати

3dfirst Загрузка

05.12.2014

54398

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Подписаться

29

Адгезионное взаимодействие печатной платформы 3D принтера с нижними (закрепляющими) слоями формируемого 3D объекта является одним из острейших вопросов в настольной 3D печати. Подавляющее большинство производителей в своих рекламных компаниях скромно умалчивают о значимости данного вопроса (зачастую переходящего в «головную» боль покупателя). Уже купив 3D принтер и погрузившись в процесс 3D печати, пользователь сталкивается с проблемами отслаивания углов (эффект «лодочки»), деламинации нижних слоёв и сдвига объектов на платформе. В отличие от FDM-установок промышленного назначения, в настольных 3D принтерах отсутствует система высокотемпературного термостатирования рабочей камеры, необходимая для предотвращения процессов деформации слоёв и компенсации внутренних напряжений, возникающих в результате высокоскоростного наплавления разогретой до вязкотекучего состояния полимерной нити и ее практически моментального охлаждения. Также в большинстве бытовых моделей не предусмотрена возможность использования специального материала, формирующего систему поддержек, имеющего отличное сцепление как с платформой, так и с основным модельным материалом. Безусловно, уже имеются настольные модели с 2-мя и более экструдерами, позволяющими использовать для поддержек водорастворимый PVA пластик, однако их суммарная точность формообразования 3D объекта на данный момент далека от идеала и пока не сопоставима с промышленным типом FDM оборудования. К тому же класс термопластичных материалов, которые используются в настольной 3D печати по своим технологическим и эксплуатационным свойствам изначально уступает FDM материалам профессионального назначения. Частично решить вопросы отслоения нижних слоёв деталей позволяет использование печатных платформ со встроенным нагревом. Однако, в случае изготовления крупных 3D объектов, например, архитектурных макетов или объектов, имеющих высокую площадь контакта поверхности с платформой (корпусные элементы приборов), это не решает проблем адгезии полностью. Усадка материала (особенно у АБС) все равно имеется, соответственно, напряжённое состояние материала может привести к отрыву как нижнего слоя, так и следующего за ним, и последующему сдвигу на платформе всей детали. Пользователи все равно вынуждены искать различные способы обеспечения адгезии (плёнки, подложки, клеи), даже в случае наличия в 3D принтере платформы с нагревом. К тому же у нагревательных платформ имеются и свои минусы, причем не только (и не столько) связанные с повышенной энергоёмкостью или безопасностью для пользователя, сколько с постоянным циклом их нагрева/охлаждения, в результате которого возможна деформация самого материала платформы, что негативно может сказаться на ровности ее поверхности и точности процесса формообразования. Для целого модельного ряда 3D принтеров (Makerbot, CubeX от 3D Systems, bq и др.), где используется высокоплоская стеклянная платформа 'холодного' типа, вопрос носит особую актуальность. С одной стороны производители стремятся добиться максимально возможной безопасности (как можно меньше нагревающихся элементов в конструкции, т.к. устройство все чаще используется в школах и детских кружках) и энергосбережения, с другой — надо обеспечить приемлемый уровень сцепления изготавливаемой детали с платформой. С одной стороны наличие стеклянной платформы может показаться минусом, однако, на самом деле, при должной ее подготовке к процессу 3D печати, становятся очевидными и ее явные плюсы – у нее абсолютно ровная поверхность, позволяющая получать точные и гладкие поверхности в 3D объектах, полное отсутствие температурных деформаций у каленого стекла и, соответственно, невозможность коробления самой платформы с течением времени, она очень твёрдая и полностью гладкая, что позволяет использовать самый широкий диапазон средств для решения вопросов адгезии со 100% гарантией последующей очистки поверхности платформы до исходного состояния, и, наконец, она съёмная, что обеспечивает удобство съёма готовых изделий (без воздействия на устройство перемещения платформы по вертикальной оси), позволяет ее промывать тёплой водой, а также производить предварительную подготовку ее поверхности перед процессом 3D печати, а также последующую очистку.

Не вдаваясь глубоко в вопросы сравнения и выбора различных видов материалов для настольной 3D печати методом FDM, рассмотрим основные пути обеспечения адгезии для PLA (признанных всеми производителями 3D принтеров RepRap класса как самыми технологичными, гарантирующими высокий результат) и др. пластиков с платформой 3D принтера. Причем данные методы одинаково применимы как на холодных, так и на горячих платформах.

1. Технологическая подготовка: тщательная калибровка печатной платформы, программная оптимизация алгоритма формирования нижних слоёв модели (методы Brim и Raft для увеличения площади контакта вокруг нижних слоёв деталей и сцепления с платформой, введение в конструкцию дополнительных геометрических элементов — 'ушек', уголков для увеличения площади сцепления) при подготовке g-code, снижение степени заполнения слоёв — в большинстве случаев достаточно 25-30%. 2. Аэрозольные спреи-адгезивы технического назначения (для временного контакта с материалом): 3M Scotch-Weld 75, Tesa 60023, Krylon®Easy-Tack, UHU 3-in-1. Использование данных технических адгезивных спреев позволяют добиться хорошего результата в случае изготовления невысоких малогабаритных деталей с относительно невысокой площадью контакта с печатной платформой. Они образуют на стекле равномерный тонкодисперсный клеевой слой наподобие скотча, который по окончании процесса можно удалить с платформы с помощью специальных аэрозольных растворителей типа 3M Cleaner Spray, Tesa 60040, Krylon®Adhesive Remover и последующей промывки в тёплой воде. Однако, в случае изготовления крупногабаритных моделей контактного усилия данных клеёв может оказаться недостаточно, чтобы выдержать сдвиг моделей с платформы или загибание углов при большой горизонтальной поверхности контакта с платформой. К тому же обязательная очистка платформы с помощью растворителей может быть неудобна или недопустима, например, в учебных заведениях или офисах. 3. Малярные ленты: 3M Scotch-Blue 2090 (США), Tesa 4323 (Германия). Многие продавцы расходных материалов для 3D принтеров любят приписывать американскому 'голубому' скотчу качества фантастической адгезии. Практический опыт использования показал, что хороший результат можно получить только в случае негабаритных деталей с невысокой площадью контакта с платформой, а в случае габаритных моделей очень вероятен отрыв их краев от ленты в процессе печати. При этом, при съёме готовых изделий с платформы в ряде случаев на нижней поверхности могут оставаться трудноудалимые кусочки скотча, что портит в итоге её внешний вид. 4. Подложки на основе плёночных материалов:- с односторонним клеевым слоем 3M IJ25-20R, Lomond Laser Film;- с двухсторонним клеевым слоем Orabond 1334, Tesafix 4917, LG 5000, Poli-fix 345;- карманы для ламинирования, имеющие хорошую термостойкость; — термостойкие полиимидные плёнки (каптоновый скотч) актуальны для платформ с нагревом;

— специальные полимерные подложки, применяемые, например, в последних моделях Makerbot и bq.

В случае использования односторонних плёночных подложек на полиэфирной основе толщиной 100 мкм , они клеятся липким слоем непосредственно на платформу 3D принтера, а на их верхнюю сторону (матовую на основе ламинированной бумаги или прозрачную глянцевую) происходит осаждение горячей пластиковой нити. За счёт высокой температуры нить пластика схватывается («приваривается») с верхним слоем подложки. Такой тип подложек позволяет изготавливать детали различных габаритов, однако в ряде случаев при съеме изделия с платформы, на его нижней поверхности могут оставаться трудноудалимые следы бумажной основы подложки, что отрицательно может сказаться на эстетической стороне.Двусторонняя полиэфирная пленочная подложка имеет нижний слой с невысокой степенью адгезии, позволяющий равномерно приклеивать ее к платформе 3D принтера с возможностью лёгкого последующего удаления с неё, а также верхний слой с постоянно высокой адгезией. При осаждении разогретой до вязкотекучего состояния полимерной нити на верхнюю сторону подложки происходит схватывание ее с липким слоем. В случае изготовления мало- и среднегабаритных деталей усилия адгезии таких плёночных подложек вполне достаточно. Однако в случае, когда нужно изготовить габаритную деталь с большой площадью контакта с печатной платформой, вероятны отслоения нижних слоёв, т.к. адгезионная прочность сцепления подложки с моделью может уступать внутренним напряжениям, возникающим в детали при послойном её формообразовании. Специальные полимерные подложки имеют термостойкий верхний слой и приклеиваются непосредственно к стеклянной платформе. Результаты испытаний показали хорошую эффективность их применения в случае изготовления малогабаритных и несложных по геометрии деталей. 5. Аэрозольный лак Lac Impresion 3D (Nelly, Испания). 100% адгезия.

Наилучшие, практически 100% (как на PLA пластике, так и на ABS и Nylon), результаты удалось получить с использованием испанского аэрозольного лака для волос Nelly. Дабы избежать различных кривотолков, уже возникавших на ресурсе 3DToday относительно данного лака, хочется немного уделить внимания 'истории вопроса'.

В настоящее время в Европе, благодаря высочайшей своей эффективности, доказанной многими пользователями 3D принтеров, получил широкое распространение так называемый 3DLac — Leon 3D. Ознакомиться с его характеристиками можно на одноименном (.com) сайте изготовителя.

Производится он по специальному заказу испанским косметическим предприятием Belloch Laboratory (Валенсия). По ряду определенных причин он пока не поставляется в РФ, однако в России доступен в продаже его практически 100% аналог — лак для волос Nelly (75 мл, 125 мл и 400 мл), имеющий сертификацию Таможенного Союза.

Производится он тем же самым предприятием в Валенсии и имеет практически идентичную химическую рецептуру. Главное отличие 3DLac от Nelly заключается в более строгом 'промышленном' дизайне баллона, а также в отсутствии парфюмерного компонента, отвечающего за запах. Однако, при средней его стоимости 200-250 руб.

(400 мл) и высочайшей эффективности с точки зрения обеспечения адгезии, с наличием быстро улетучивающегося парфюмерного запаха можно все-таки смириться.

Чтобы акцентировать внимание пользователей на высокой эффективности применения Nelly (абсолютно превосходящего множество перепробованных прочих лаков для волос) именно в настольной 3D печати, были разработаны дополнительные этикетки с условным названием Lac Impresion 3D и описанием ключевых свойств, имеющих доказанную ценность при использовании в настольной FDM печати для обеспечения надёжной адгезии с платформой 3D объектов любых типоразмеров, включая крупногабаритные и с большой площадью контакта. Многократный практический опыт подтверждает, что Nelly гарантирует надёжную фиксацию нижних слоёв изделий в процессах послойного формообразования методом FDM, причем он подходит для всех типов компактных 3D принтеров. Т.к. он имеет в составе термостабилизирующее вещество, то его можно распылять как на холодных печатных платформах, так и на платформах с подогревом. На наш взгдяд, если вести речь о физико-химических методах повышения адгезии платформы, в настоящее время это наиболее эффективное средство по соотношению цена/качество, являющееся отличным заменителем дорогостоящих каптоновых лент, голубых скотчей, клейких плёнок и прочих средств, которые при более высокой стоимости далеко не всегда обладают столь высокой эффективностью. Он легко наносится тонкодисперсной струей с расстояния 30 см и образует тончайшую стекловидную плёнку, обеспечивающую устойчивую адгезию с полимерными материалами на PLA и иной основе по механизму, близкому к химической сварке. При использовании данного лака у нижних слоёв деталей формируется гладкая глянцевая поверхность, при этом после непродолжительного воздействия теплой воды готовая модель легко снимается с печатной платформы.

В заключение, хотелось бы отметить, что рассмотрены только некоторые методы обеспечения адгезии в настольных FDM-принтерах, а дальнейшая эволюция данного вопроса видится все-таки в разработке моделей с 2-мя экструдерами, обеспечивающих высокую точность формообразования с возможностью применения водорастворимых полимеров для формирования устойчивой нижней подложки и легкоудаляемых поддержек.

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Подписаться

29

Источник: https://3dtoday.ru/blogs/3dfirst/ways-to-improve-the-adhesion-of-the-lower-layer-in-the-table-of-fdm-pr

Адгезия — Химия

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 аутогезии (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

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 Wa определяется из уравнения: >Wa = σ1 + σ2 – σ12

где σ1 и σ2 — поверхностное натяжение на границе фаз соответственно 1 и 2 с окружающей средой (воздухом), а σ12 — 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 σ1, σ2 и σ12. Наоборот, адгезия жидкости к поверхности твердого тела, вследствие невозможности непосредственного определения σ1 твердого тела, может быть рассчитана только косвенным путем по формуле:>Wa = σ2 (1 + cos ϴ)

где σ2 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

Почти все применяемые в практике адгезивы представляют собою полимерные системы или образуют полимер 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

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

Метод отрыва – адгезия

1. При первом способе разрушающая нагрузка может быть приложена в направлении, перпендикулярном плоскости контакта поверхностей (испытание на отрыв) или параллельном ей (испытание на сдвиг).

2. Отношение силы, преодолеваемой при одновременном отрыве по всей площади контакта, к площади называется адгезионным давлением, давлением прилипания или прочностью адгезионной связи (н/м2, дин/см2, кгс/см2).

3. 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.
5. 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/м2, эрг/см2) (1 дж/м2 = 1 н/м, 1 эрг/см2 = 1 дин/см).

Метод расслаивания – адгезия

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.

Методы испытаний адгезии

Адгезию и аутогезию при испытании на отрыв, сдвиг и расслаивание можно определять на обычных динамометрах или на специальных адгезиометрах. Для обеспечения полноты контакта адгезива и субстрата адгезив применяют в виде расплава, раствора в летучем растворителе или мономера, 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, а 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.

Источник: http://lkmprom.ru/clauses/entsiklopediya/adgeziya-/

Адгезия – что это такое в строительстве

Adhaesio — слово латинского происхождения переводится как прилипание. Межмолекулярные воздействия поверхностных слоев твердых или жидких тел в различных сочетаниях приводит их сцеплению. Чтобы их разделить, необходимо приложить определенные усилия.

Благодаря адгезии мы склеиваем предметы с твердой поверхностью, наносим прочные декоративные покрытия. Вещества, которые соединяют материалы между собой, называются адгезивами.

Это могут быть разновидности клея или смолы, строительный цемент.

Как измерить адгезию?

Единицей измерения сцепления поверхностей служит мегапаскаль. 1 МПа показывает, что вы сможете оторвать приклеенный к поверхности предмет с площадью 1см2, если приложите усилие равное 10 кг.

Можно определить величину адгезии, для сцепления различных материалов используя справочники ГОСТов. Чтобы измерить адгезию во время проведения строительных работ применяются специализированные приборы — адгезиметры. Механические и электронные приборы работают:

• по методу отрыва — во время испытания измеряется величина приложенного усилия, которое позволит отделить покрытие от основы;
• с использованием метода решетчатого надреза;
• с применением метода разрушения ”грибка”, он является разновидностью метода отрыва.

Компактные приборы позволяют контролировать качество нанесения штукатурного и окрасочного слоя, надежность облицовочных и защитных покрытий, определяют прочность сцепления между кирпичами или блоками. Контроль адгезии на этапе производства, обеспечивает надежность и прочность сооружений, и длительный безаварийный срок их эксплуатации.

Процесс адгезии в строительных работах

Работы по кладке стен и перегородок, отделочные работы — штукатурка, покраска стен, наклеивание обоев, бетонирование поверхностей, сварочные работы, нанесение защитных покрытий от коррозии все эти процессы неразрывно связаны с адгезией. Это соединения:

• Лакокрасочных составов и металла. Результатом сцепления краски и лака служат лакокрасочные покрытия. Для того чтобы адгезия была прочной и краска хорошо держалась на поверхности проводят тестирование адгезива. Степень адсорбции поверхности изделия определит необходимое количество слоев будущего покрытия.
• Стекла и жидких адгезивов (лаков, красок, герметиков, полимерных смесей). В свою очередь, стекло в жидком виде будет адгезивом к твердым поверхностям с пористой структурой.
• Деревянных поверхностей и декоративного покрытия. Для этих случаев подходят такие адгезивы как битумные составы, лаки и краски, штукатурные смеси, в состав которых входит гипс или алебастр. У цементных растворов низкая степень сцепления с деревянными изделиями, поэтому они практически не применяются при штукатурных работах.
• Бетонные поверхности и металлы — это многочисленные конструкции при возведении зданий и сооружений. Адгезия бетона по отношению к металлу не обеспечивает необходимую прочность. Поэтому для образования устойчивой системы, при скреплении металла с бетоном используются специальные составы и смеси с содержанием сухих полимеров. При соединении с водой жидкий полимер повышает пластичность смеси и увеличивает ее адгезионную способность.
• Пенополиуретан. Надежное сцепление поверхностей обеспечивает строительная пена. Ее использование позволяет создавать прочные, устойчивые к нагрузкам конструкции из композиционного сочетания любых стройматериалов. Бетонные, кирпичные, деревянные, металлические поверхности и гипсокартон прочно соединяются между собой без применения крепежных соединений.
• Сварные соединения. Высокая прочность изделий получается при соединении металлических поверхностей с одинаковой кристаллической решеткой. Интерметаллиды, состоящие из двух и более металлов, свариваются намного хуже. Этот факт не позволяет делать сварные соединения из любых сочетаний металлов без учета их адгезии.

Как увеличить адгезию?

Степень адгезии находится в зависимости от химических связей и площади предметов. Наличие пор и шероховатости ведет к увеличению показателя. В этих случаях общая рабочая площадь выше геометрического показателя и, соответственно, более прочное сцепление.

Применение модифицирующих добавок в строительных смесях позволяет получить растворы с высокими адгезивными свойствами.

Чтобы обеспечить требуемую адгезию, перед началом работ проводят предварительные мероприятия по обеспыливанию, обезжириванию. Физико-химической подготовке поверхностей, включающей шпаклевку, грунтовку и пр.

Подбирают композиционные материалы, которые имеют химическое сродство и обладают хорошей способностью к прилипанию клеящего состава.

Источник: https://zajmy-onlayn.ru/adgeziya-chto-eto-takoe-v-stroitelstve/

Адгезия – важное свойство твердых и жидких тел в промышленных отраслях

Источник: https://himya.ru/adgeziya.html

Виды адгезии и ее применение в промышленности

В учебниках по физике достаточно чётко описано, что адгезия — это способность молекул первого вещества входить в контакт с молекулами второго, если говорить совсем просто, то это способность материалов прилипать.

Но стоит указать что адгезия — это способность прилипать верхних слоёв материала, если затрагиваются внутренние слои, то этот процесс является когезией.

  Например, то с какой силой прилипает краска к поверхностям является плохой или хорошей адгезией, а способность проникать внутрь грунта глубокого проникновения это уже когезия.

Прилипание адгезива к субстрату происходит за счет проникновения в верхние поры вещества, а также за счет шероховатости поверхности, после чего происходит твердение или уплотнение адгезива. Степень проникания адгезива в субстрат зависит от силы нанесения, а также от вида и свойств самого адгезива.

После твердения адгезива будет невозможно снять его с субстрата, за исключением механического разрыва.

Адгезия важна в следующих отраслях:

1. Строительство. Здесь адгезия решает чуть ли неглавный эталон качества и надежности, почти во всех работах нужна качественная адгезия материалов. Например:
   • Лакокрасочные материалы. Качество прилипания и дальнейшее удержание.
   • Гипсовые и цементно песчаные смеси. От надежности прилипания этих смесей зависит эстетическое состояние помещений и иногда даже безопасность людей.
2. Металлургическое производство. Важна адгезия специальных антикоррозионных смесей и    красок, к тому же нужна плохая адгезия с водой.
3. Механика. Тут важна адгезия масла с элементами механизмов.
4. Медицина. К примеру, в стоматологии важна адгезия пломбы и зуба для качественной защиты и герметизации.

Есть факторы, ухудшающие и улучшающие адгезию. Для Улучшения адгезии применяют различные грунты, контактные жидкости, обезжириватели. Но есть факторы, понижающие адгезию, такие как пыль, смазка и нанесения веществ, уменьшающих пористость и делающих поверхность более гладкой.

Есть 3 основных вида адгезии:

1. Физическая. Между молекулами поверхностей соприкасаемых материалов образуется электромагнитная связь, порой довольно высокая, понятным примером будет магнит или прилипание статически заряженных материалов.
2. Химическая. Опуская всю терминологию, можно сказать, что химическая адгезия связь веществ на атомном уровне. Для образования этой адгезии необходим катализатор, но в отличие от физической адгезии тут возможно примыкание веществ разной плотности. Простым примером будет паяние и сварка.
3. Механическая. Самая простая адгезия, которая происходит путем прилипания адгезива к субстрату (происходит проникновение в поры верхнего слоя и сцепление с шероховатой поверхностью). Простым примером будет окрашивание различных поверхностей. 

Пример физической адгезии можно посмотреть на этом видео

Обсудить статью на форуме

Источник: https://bouw.ru/article/adgeziya-i-ee-vidi

У. Пути повышения адгезионной прочности

Образование адгезионного соединения состоит из множества одно-временно протекающих процессов, корреляционный анализ которых в данное время невозможен. Поэтому создание новых композиционных материалов в настоя-щее время проводятся на основании получаемых эмпирических зависимо-стей.

В общем случае регулирование адгезионных свойств возможно пу-тем воздействия на вышеописанные факторы, влияющие на адгезионную прочность.

Условно можно выделить следующие направления повышения адгезионной прочности:

Химическая модификация адгезива.

Увеличение содержания функциональных групп адгезива, активных по отношению к субстрату, как правило, может приводить к улучшению адгезионного взаимодействия, хотя взаимосвязь функциональных групп и прочности может иметь экстремальный характер. Значительное влияние может оказывать соотношение полярных и неполярных групп в адгезиве и их взаимное расположение [Ошибка! Закладка не определена.].

Подготовка и модификация субстрата является одним из эффективных способов повышения адгезионной прочности. Так для изменения кислотно-основного баланса полимера с поверхностью наполнителя применяют метод обработки в высокочастотной плазме [. Адгезивы и адгезионные соединения: Пер с англ. /Под ред. Л.-Х. Ли.

— Мир,1988, -226с]. Обработку поверхности волокон (Kevlar) с целью увеличения их адгезии к эпоксидной смоле осуществляют прививкой аминогрупп, а повышение водостойкости обеспечивают плазменным методом.

Металлические субстраты подвергают травлению в кислоте, с целью удаления окисных пленок, создают искусственный микрорельеф.

Введение поверхностно-активных веществ (ПАВ). Введение ПАВ способствует понижению поверхностного натяжения адгезива за счет положительной адсорбции на поверхности.

Увеличение плотности упаковки молекул ПАВ на поверхности субстрата приводит к увеличению адгезионной прочности за счет того, что неполярная часть молекул ПАВ диффундирует в связующее, а полярная адсорбируется на поверхности субстрата.

Кроме того, поверхностно-активные вещества могут влиять на надмолекулярную структуру связующего, уменьшая его дефектность. Более подробное изучение влияние ПАВ приведено в работах [Ошибка! Закладка не определена.,Ошибка! Закладка не определена.].

Положительно влияют на увеличение адгезионной прочности сни-жение внутренних напряжений за счет введения пластификаторов, каучу-ков, наполнителей, термопластичных модификаторов и оптимизации температурно-временного режима формирования адгезионного соедине-ния.

Повышение когезионной прочности связующего отражается на долговечности, термостойкости, химической стойкости клеевого соединения.

Это привело в конечном итоге к созданию широкой гаммы ударопрочных пластмасс, хрупкость которых удалось резко понизить благодаря наличию микрофазы эластомера. В 30-х и особенно 40-х годах с освоением промышленного синтеза большого числа новых полимеров (в том числе каучуков) расширилось и применение их смесей.

Существование среди ученых в 50-х в начале 60-х годов критического отношения, а иногда и просто недоверие, к смесям полимеров (вследствие обнаруженной “всеобщей несовместимости полимеров” позднее изменилось, так как стали очевидны преимущества свойств микронеоднородных систем полимеров.

В настоящее время общепринятым является мнение, что различные материалы можно получать, используя любые сочетания полимеров, не опасаясь каких-либо нежелательных последствий при применении смеси “несовместимых” полимеров.

Очевидно, следует относить к смесям полимеров системы, получение смешением двух или более полимеров в условиях, при которых смешиваемые компоненты могут необратимо деформироваться.

Эти условия включают смешения полимеров при температурах выше температуры стеклования или температуры плавления (не обязательно выше температуры текучести), смешение растворов с последующим высушиванием или осаждением, смешение полимеров с олигомерами с последующим отверждением, смешение латексов или водных дисперсий с последующим коагуляцией и перемешиванием.

Полимер-полимерные системы в свою очередь являются составной частью композиционных материалов, в в полимерной матрице, которых наряду с другой (или другими) полимерной фазой могут присутствовать частицы минеральных или вообще неполимерных фаз.

4.1. Термодинамический подход к изучению и регулированию взаимодействия полимеров с наполнителями

Введение различных наполнителей в резины и пластмассы является перспективной возможностью экономии основного полимерного компонента и одновременно улучшением некоторых эксплуатационных характеристик материала.

Эффективность влияния наполнителей на свойства полимеров во многом определяется адгезионным взаимодействием компонентов друг с другом, величина которого зависит от числа и энергии возникающих связей 2,9, 10, 11.

Об адгезионном взаимодействии часто судят по величине адгезионной прочности (А0), характеризующей силу или работу разрушения адгезионного контакта и зависящей, в свою очередь, от условий формирования материала, формы и размера образцов, условий испытаний 21.

Термодинамическая оценка величины адгезионного взаимодействия 9, т.е. определение работы или энергии адгезии (Wa), является наиболее строгой и объективной характеристикой, не зависящей от механизма и условий ее осуществления.

Присутствие пластификатора в полимерной композиции вносит дополнительный энергетический вклад вследствии взаимодействия наполнителя и полимера с пластификатором и обуславливает конкуренцию во взаимодействиях полимер-наполнитель. Полимер-пластификатор и пластификатор-наполнитель.

Определяющим фактором при этом являются взаимодействие пластификатора с наполнителем, т.е. величины теплот смачивания 12,19.

Хорошо смачиваемая поверхность аэросила, пластификатор играет роль модификатора, способствующего увеличению сродства поверхности наполнителя к полимеру, что приводит к их хорошему энергетическому взаимодействию друг с другом в более широкой области степеней наполнения, чем в непластифицированных образцах 12.

Плохое взаимодействие наполнителя с пластификатором (малые значения теплот смачивания) либо не изменяет ситуацию, либо взаимодействие полимера с наполнителем ухудшается вплоть до изменения знака Н 13.

При близких значениях теплот смачивания наполнителя различными пластификаторами решающую роль играет термодинамическое сродство пластификатора к полимеру 13. Таким образом, варьируя термодинамическое сродство пластификатора к полимеру и теплоту смачивания им наполнителя, можно в нужных направлениях регулировать энергетическое взаимодействие полимеров с наполнителями.

С возрастанием удельной поверхности наполнителей 12,14 адгезионное взаимодействие, как правило, усиливается, поскольку в присутствии высокомолекулярных наполнителей возрастает объем полимера, иммобилизованного в граничные слои, по сравнению с низкодисперсными наполнителями. Это проявляется в повышении температуры стеклования (Тс) образцов. Содержащих наполнители с высокой удельной поверхности .

Источник: https://studbooks.net/2286993/matematika_himiya_fizika/puti_povysheniya_adgezionnoy_prochnosti