Адгезия металла к стеклу

Обновлено: 04.10.2024

Изделия из металла, сплавов и стекла часто встречаются в быту, дизайне помещений. Металлические и стеклянные поверхности порой приходится склеивать между собой, например, при ремонте бытовой техники. Обычный клей может не подойти для этой цели, ведь для скрепления разнородных материалов адгезия состава должна быть максимальной. Клей для стекла и металла обязан быть прочным, надежным, высококачественным, тогда место соединения не вызовет нареканий.

Приклеивание стекла к металлу – выбор клея

Обычно для склейки металла со стеклом подбирается прозрачный клей, ведь он обеспечит наиболее эстетичный шов, который внешне будет практически незаметен. Это качество клея особенно важно, если планируется приклеивать стеклянный декор к металлическому основанию. Но отсутствие цвета, невидимость – не единственное требование к материалу. Лучший клей также обладает следующими свойствами:

Прочность. Если изделие будет выдерживать высокие нагрузки, следует покупать клей только с увеличенной адгезией, например, составы, которые под действием УФ-облучения становятся еще крепче и приклеивают детали практически навсегда.
Герметичность и влагостойкость. Некоторые средства играют роль герметика. Они незаменимы для склеивания стекла с металлом, если место стыка будет подвергаться воздействию влаги. Чаще всего герметики применяются при вставке автостекол, самостоятельного склеивания аквариума. Есть даже черные герметики, делающие будущее изделие стильным, с выразительными контурами.
Скорость застывания. Одни средства высыхают буквально за несколько секунд, другие полимеризуются в течение длительного времени под действием ультрафиолетового свечения.

Если прозрачность состава не имеет решающего значения, можно воспользоваться клеем собственного изготовления. Его компоненты таковы: по 2,5 части гипса, свинцового глета, мела, 3,5 части канифоли. Эту массу разводят олифой, чтобы получилась смесь с консистенцией замазки. Она прочно приклеит металл и стекло, а также резину и металл. Среди покупных клеев существуют разные средства, имеющие неодинаковый состав и свойства.

Цианакрилат

Как намертво приклеить разнородные детали друг к другу? Стоит воспользоваться цианакрилатом или суперклеем. Средство лучше, быстрее прочих дает надежное сопряжение, может быть однокомпонентным, двухкомпонентным. Время сушки суперклея редко превышает 5-10 секунд. При покупке нужно сразу уточнить, обладает ли клей влагонепроницаемостью, поскольку некоторые цианакрилаты не могут использоваться во влажной среде. Большинство клеев очень просты в применении: детали нужно смазать, прижать друг другу. Если в состав входит эпоксидная смола, перед работой надо смешать два компонента клея между собой.

Герметик

Чем приклеить к металлу стекло, если шов будет подвергаться регулярному действию влаги или даже находиться в воде? Тут поможет прозрачный герметик, который дает высокую степень изоляции от влажности, выдерживает действие агрессивных факторов и перебоев температур. Минусов у герметика два: степень его адгезии может быть ниже, чем у суперклея, а времени на сушку нужно на порядок больше. Зато есть специальные жаростойкие герметики, которыми можно проводить ремонт плит, духовок. Они не реагируют на действие:

высоких температур (до +300 градусов и выше);
жира и масел;
бытовой химии;
мороза.

Пользоваться предметом после приклеивания можно через сутки после проведения ремонта. Перед нанесением герметика очень важно хорошо обезжиривать основание, высушивать его, иначе связь не будет прочной.

Момент-Кристалл

Данное средство абсолютно прозрачное, не оставляет следов. Оно идеально подходит для цветных материалов, имеет минимальное время испарения. «Момент-Кристалл» может клеить не только металл, стекло, но и фарфор, керамику, пробку, дерево, оргстекло, ПВХ в разных сочетаниях. Если на поверхности остались излишки клея, не потребуется растворитель. Нужно дождаться, когда средство высохнет, потом аккуратно скатать его в маленький шарик, убрать. Минусом можно назвать непригодность «Момента» для изделий, контактирующих с пищей.

«Момент-Кристалл» годится для оснований, подверженных нагрузке, ведь клеевой шов будет достаточно эластичным. После прекращения воздействия прослойка возвращается к исходному состоянию без деформации. Клей является однокомпонентным, им удобно пользоваться, поскольку не нужно разводить, смешивать между собой компоненты.

Автомобильный клей

Каким клеем воспользоваться автовладельцу при ремонте машины? Существуют прозрачные и черные автомобильные клеи, выбрать цвет можно исходя из поставленной задачи и требующейся степени незаметности шва. Все автоклеи имеют повышенную адгезию, стойки к действию агрессивной среды. Перед приклеиванием деталей обычно рекомендуется их хорошо прогреть, чтобы стык был более надежным.

Разновидности прозрачного клея

Среди прозрачных клеев в зависимости от основы выделяются такие:

Силиконовые. Обычно это герметики, высокоэластичные, формирующие прочное и незаметное соединение. Полимеризация их происходит в течение 12-24 часов.
Силикатные. В составе содержат жидкое стекло, они прочные, жаростойкие, влагостойкие, тоже обладают свойствами герметика. Отлично склеивают все типы разнородных материалов, годятся даже для крупных поверхностей, декорирования изделий.
Полиуретановые. Такие составы чаще всего применяются для ремонта автомобилей, техники, они содержат уретановые компоненты и иные наполнители, полимеры, пластификаторы. Готовое соединение получается очень прочным.

Как правильно клеить – технология

Для работы потребуется сам клей, тщательно подготовленные детали, средства для их обезжиривания и мытья, тряпочки. Для нагревания поверхности и ее облучения может понадобиться УФ-лампа, для фиксации деталей – пресс, тиски.

Подготовка основания

Перед началом работы важно очистить поверхность, поскольку присутствие даже небольшого количества ржавчины, пыли, грязи сильно снижает адгезию. Если металл ничем не покрыт, его просто протирают растворителем (ацетоном, уайт-спиритом), также можно воспользоваться спиртом или водкой. Аналогичным образом поступают со стеклом либо моют его с любым моющим средством, тщательно смывают пену.

После промывания стоит еще раз протереть деталь спиртом, ведь любая бытовая химия оставляет на поверхности пленку. Краску, лак, нанесенные на металл, нужно счистить вручную (наждачкой) или шлифмашинкой, затем провести обезжиривание. Непосредственно перед работой все поверхности хорошо высушивают.

Этапы склеивания

Приклеиваемые детали нужно нагреть до температуры +40…+50 градусов – это сделает адгезию еще надежнее. Осторожность следует соблюдать при прогревании стекла, оно может треснуть при резком повышении температуры. Нельзя применять открытое пламя, лучше воспользоваться горячим воздухом обычного или строительного фена. Нагревание также поможет окончательно просушить детали, убрать незаметный конденсат. После остывания риск внутреннего напряжения материала будет минимальным.

Далее рекомендации по работе таковы:

аккуратно нанести клей на обе склеиваемые детали;
растереть средство, формируя тонкий слой;
тщательно проработать края изделий;
соотнести детали между собой, сложить их;
поместить изделия под пресс, обеспечив равномерное давление.

Пресс не должен быть тяжелым, в противном случае есть риск порчи изделия. Все вылезшие капли желательно удалить сразу, ведь далеко не каждый клей можно скатать и убрать после высыхания.

Использование УФ-лампы для склеивания

Для формирования еще более крепкого шва рекомендуется применять ультрафиолетовые лампы. Обязательно нужно предварительно нагреть детали до температуры +60 градусов. Затем следует нанести тонким слоем клеевой состав, приложить изделия друг к другу. Далее нужно облучить место стыка УФ-лампой дважды. Это делают для достижения швом максимальной прочности (после единственного облучения степень адгезии составит 70% от возможной, после второго – 100%).

Время действия лампы будет зависеть от ее мощности. Для первого этапа обычно хватает 10-120 секунд, для второго – 60-300 секунд. Соблюдение технологии без пропуска этапов поможет надежно зафиксировать детали и получить самый прочный стык, который будет невозможно разорвать или сломать.

Клей для стекла и металла – виды, свойства, инструкция по применению Клей для стекла и металла – виды, свойства, инструкция по применению

Взаимодействие жидкого стекла с некоторыми металлами

Как известно, на воздухе свежая поверхность алюминия Быстро покрывается окисной пленкой, предохраняющей металл от дальнейшего окисления. В щелочных растворах эта пленка растворяется; алюминий лишается защитного покрытия и корродирует, вытесняя водород из воды, а также окисляясь растворенным кислородом. Введение в щелочной раствор в микроколичества)! жидкого стекла полностью ингибирует оба эти процесса, покрывая поверхность алюминия тонкой пленкой [13]. Эта пленка почти невидима на глаз и не растет больше чем на толщину 20—50 мкм. Она является результатом взаимодействия силикатам алюмината, обладает диэлектрическими свойствами, т. е. служит изолятором, и к тому же обладает химической стойкостью и механической прочностью. Такого рода ингибирование осуществляется в растворах Na2C03, Na3P04, NaOCl, в растворах аминов при концентрации кремнезема максимум 0,025%. Защитная пленка на алюминии существенно упрочняется при обработке горячим 5%-ным раствором Na20 • 3,3Si02.

Хорошо известны термостойкие алюминиевые краски на силикатной основе. Высокомодульное жидкое стекло (п«4, q=1,25 г/см3) смешивается с чешуйчатым порошком алюминия. При этом наблюдается вспенивание из-за реакции выделения водорода, которое постепенно подавляется образующейся пленкой на поверхности металла. Несмотря на подавление реакции, держать такие краски в закрытой таре недопустимо. Кроме алюминия используется в подобных красках также магний и их сплавы. Возможно добавление в систему различных инертных наполнителей или умеренных отвердителей, таких как MgO. После сушки покрытого такими красками металла изделие подвергается тепловой обработке до 800 °С. При более высоких температура* происходит частичное сплавление металла покрытия с металлом основы.

Популярны краски на основе силиката натрия и цинкового порошка, которые используются как протекторная защита железа и стали, в том числе и в морской воде. Цинк также вытесняет водород из воды в щелочных растворах. Краска может пузыриться, и для подавления выделения водорода и повышения живучести краски частицы цинка предварительно покрываю* тонкой пленкой кремнезема или вводят сильные окислители типа пыль и сурик

Даже в таких соотношениях, как и использовать жидкое

-текло с модулем 2,5, но обычно предпочитают более высокомо - дУЛЬНЫе растворы силикатов. Живучесть красок очень сильно зависит от температуры; по утверждению Вейла [13], цинковые краски с суриком сохраняют живучесть 15 мин при 32 °С и более [О ч — в холодных условиях.

Цинковые краски требуют отверждения для большинства предложенных рецептов. Это может быть термонагрев (3 ч при 230 °С) ИЛИ внесение в атмосферу С02, или обработка раствором кислоты после сушки. Были предложены самоотверждающиеся водостойкие цинковые краски на основе полисиликата лития с модулями 4,8 и 8,0. Как и на алюминии, на цинке при обработке силикатом натрия образуется тонкая нерастворимая пленка. Чтобы краска стала водостойкой, вероятно, необходимо, чтобы контактное расстояние между частицами цинка в краске было соизмеримо с толщиной этой пленки. Поэтому дисперсность порошков для цинковых красок очень высока и строго регламентирована в дозировке каждой градации.

Порошок кремния, а также силициды железа и ряда других металлов иногда используются для отверждения силикатных составов, поскольку кремний медленно вытесняет водород из воды и переходит в форму гидратированного кремнезема, повышая модуль жидкого стекла и выходя за пределы его устойчивости. При этом добавившийся кремнезем уплотняет и упрочняет образовавшийся по отвердевании камень. Реакция окисления Si+4H20->2H2-|-Si (ОН) 4 требует много воды, что тоже способствует упрочнению. Однако выделяющийся водород создает ненужную пористость. Если водород улавливать окислителем в момент выделения, то окислителя нужно избыточное количество.

Отверждение повышением модуля системы

Увеличение силикатного модуля жидкого стекла осуществляется обычно нейтрализацией части или всей щелочи, содержащейся. в жидком стекле. Это достигается введением кислоты сильной или слабой, твердой (в том числе и в форме катионита) или в виде раствора, гидро - или пиросолей, способных к гидролизу> нормальных гидролизующихся солей или их растворов, например NH4C1, A12(S04)3, различных буферных систем с рН меньшим, чем у жидкого стекла, кислых газов или газовых смесей, содержащих кислые газы, таких как S02, С02, НС1. Используются также органические соединения, способные вступать в реакции с ионами гидроксила, например сложные эфиры, белки, эфиры кремневой и угольной кислот, ацетали, полиизоцианаты.

Иногда бывает полезно оценить устойчивость жидкого стекла, его способность к отверждению, ц для этого вводят понятие, называемое «порогом коагуляции». Порог коагуляции характеризуют массовым процентом Na20, нейтрализация которого вызывает коагуляцию.

Порог коагуляции увеличивается с возрастанием концентрации силикатов в растворе и с уменьшением модуля жидкого стекла. Для растворов натриевых силикатов он примерно соответствует достижению рН= 10 и п=4.

Следует иметь в виду, что реакции Н30+-(-0Н~->-2Н20 или НА-)—ОН —H20-J— А, где А — анион кислоты, протекают в диффузионном режиме, т. е. так быстро, что лимитирующей стадией является скорость смешения реагентов. Поскольку раствор жидкого стекла обычно имеет высокую вязкость, на границе раздела фаз возникают мембраны из скоагулировавшей кремнекислоты, и без сильного разбавления жидкого стекла не удается избежать гетерогенности системы при смешении. На рис. 34 показано, что зависимость времени гелеобразования от рН среды крайне велика, в то же время технические характеристики образующегося геля кремнезема существенно зависят от рН, при котором этот гель образовался.

Поэтому естественно желание технолога провести процесс нейтрализации раствора силиката при контролируемых условиях, что оказывается достаточно непростой задачей.

Если катионы щелочного металла в процессе нейтрализации связывать или выводить из раствора, частицы кремнезема будут медленно расти выше 2—3 нм путем внутренней перегонки с образованием золя.

В большинстве случаев, при использовании достаточно концентрированных растворов силикатов, вода после нейтрализации яе отслаивается от осажденного кремнезема, а происходит высыхание геля, сопровождающееся уменьшением объема системы и возникновением напряжений в силикатном каркасе:' Поэтому для получения высокой прочности затвердевшей структуры целесообразно использовать жидкие стекла с высокой плотностью, где эти явления проявляются в меньшей степени. Ионы щелочного металла, если это не литий, и при высыхании геля, и позднее обладают довольно высокой подвижностью и мигрируют по поверхности кремнезема, образуя в отдельных пустотах сростки кристаллов соли, а оставшийся кремнезем с уходом ионов натрия приобретает водостойкость.

Такого же рода сложности возникают при использовании в качестве отвердителей гидросолей, гидролизующихся солей, твердых органических кислот. Они почти все растворяются в диффузионном режиме, создавая в ближайшем своем окружении кислую среду с высокой концентрацией солей, а на более дальней периферии, там, где рН приближается к нейтральному, происходит коагуляция кремнезема, создавая перегородки между кислотой и щелочной областью. Процесс нейтрализации со временем замедляется, но все равно остается достаточно быстрым и для вяжущих систем неудобен в использовании. Нейтрализация кислотой применяется для получения кремнегелей из жидкого стекла, для придания водостойкости затвердевшим жидкостекольным покрытиям.

Нейтрализация жидкого стекла кислыми газами, в том числе углекислым газом, используется в литейном деле для приготовления форм и стержней. Песок, очищенный от пыли, смачивается небольшим количеством жидкого стекла, из этой смеси формуется изделие, которое затем отверждается продувкой углекислым газом в течение 0,5—2 мин. Жидкого стекла требуется так мало, что оно не заполняет все пространство между зернами, но каждая песчинка обволакивается раствором. Таким образом, вся структура остается пористой, с большой поверхностью контакта с углекислым газом. Это создает идеальные условия для использования кислых газов: пористая структура и тонкий слой раствора силиката, покрывающий каждую песчинку. Однако если необходима высокая прочность системы, то она достигается, прежде всего, наиболее плотной упаковкой зерен песка, что, помимо давления формования, требует определенного распределения зерен по размерам и оптимальной вязкости жидкого стекла. При этом зависимость прочности от содержания стекла в системе проходит через острый максимум. Часть этой зависимости представлена

Рис. 44. Зависимость прочности на разрыв от содержания жидкого стекла (Na20 • 3,3 Si02, q= 1,39 г/см3) в смеси с песком после сушки до постоянного веса при 49 °С [13]

На рис. 44. Условие максимальной прочности иногда не согласуется с обеспечением необходимой пористости. При непродолжительной продувке, когда жидкое стекло сохраняет щелочную реакцию, процесс идет по уравнению: 20Н_+С02->-Н20+С0з, и карбонат-ион с ионом натрия образуют кристаллогидрат Ыа2СОз • 10Н20, который при стоянии на воздухе выветривается, а при нагревании до T= 32 °С плавится в собственной кристаллизационной воде.

Более продолжительная продувка приведет к менее щелочной, близкой к нейтральной, реакции жидкого стекла, и в этих условиях образуется бикарбонат натрия по реакциям:

Бикарбонат натрия начинает разлагаться при температуре выше 50 °С с выделением С02 и образованием Ыа2СОз.

После продувки углекислым газом литейные формы просушивают нагретым воздухом, после чего в вяжущей системе остаются частично гидратированный кремнезем и сода. Слабощелочная среда обусловливает адгезию вяжущего к песку, но при высокой температуре во время заполнения металлом литьевых форм ионы натрия способствуют спеканию и создают проблемы при отделений отливок от форм и при регенерации песка.

Прочность, Мла Г

22 23 24 25 Жидкое стекло, масс. %

При использовании вяжущих систем очень часто возникают два противоречивых требования. После приготовления система должна сохранять необходимые для укладки технологические свойства, т. е. обладать достаточно высокой жизнеспособностью; с другой стороны, после укладки вяжущее должно быстро набирать прочность. Продувка углекислым газом или дымовыми гз-
зами с последующей просушкой в этом отношении удобна, обеспе - іивая в нужный момент быстрое схватывание, но неприемлема для утверждения сплошных больших масс.

Когда вяжущие системы используются на потоке в непрерывном производстве, где время от одной операции до другой жестко регламентировано, удобно пользоваться жидкими отвердителями, которые смешиваются с жидким стеклом в виде раствора или тонкой эмульсии. К таким отвердителям относятся сложные эфиры легких органических кислот, а также эфиры угольной и кремневой кислот, омыляющиеся под действием щелочи жидкого стекла:

Различные эфиры имеют свои константы скорости этой реакции. Но большинство используемых эфиров-отвердителей весьма ограниченно растворимы и образуют самостоятельную фазу в виде капель эмульсии. Вокруг этих капель образуются силикатные полупроницаемые мембраны, которые разрываются осмотическим давлением, и механизм действия таких отвердителей оказывается сложным. Состав отвердителя смешением различных эфиров и замедляющих или ускоряющих добавок подбирается для данного технологического объекта, а также отрабатывается его необходимая дозировка.

Примерные скорости взаимодействия отдельных эфиров с жидКим стеклом приведены ниже;

Эфир Время, мнн

TOC o "1-3" h z Моноацетат этиленгликоля '

Диацетат этиленглнколя ~45

1,3-диацетат глицерина ~4

Триацетат глицерина ~90

Особое место среди отвердителей, повышающих модуль жидкого стекла, занимают фторсиликаты щелочных металлов. Их особенность заключается в том, что они не только взаимодействуют со щелочью, понижая ее содержание, но выделяют при своём разложении кремнекислоту, которая в твердеющей системе заметно уплотняет ее, понижая пористость. Реакция протекает между фторсиликатным ионом и ионами гидроксила

Это типичная реакция замены лиганда в комплексах, но* она сопровождается сменой координационного числа атома кремния и, как часто бывает в таких случаях, комплексы со смешанными •лигандами оказываются крайне неустойчивыми. Реакция обратима и в кислых средах протекает в обратном направлении.

Введение порошка Na2SiF6 в натриевое жидкое стекло, кац и в других случаях смешения с твердыми кислыми отвердителями сразу вызывает коагуляцию силиката и гелеобразование вокруг зерна. Поэтому порошок фторсиликата натрия обычно предвари, тельно смешивают с наполнителем, а затем уже с жидким стеклом Иногда, как например при приготовлении жидких самотвердеющих смесей в литейном деле, используют раствор кремнефтористой кислоты. Реакция в этом случае протекает очень быстро, и чтобы сохранить хоть на несколько минут живучесть системы, кислоту берут в количестве, нейтрализующем только часть (1/4 или 1/3) общей щелочи жидкого стекла. При получении кислотостойких бетонов и замазок кремнефторид натрия, в соответствии с отработанными на практике рецептурами, вводят в количестве большем, чем нужно для нейтрализации всей щелочи жидкого стекла [67]. Так например, для нейтрализации всей щелочи, содержащейся в натриевом жидком стекле (п=3, q=1,45 г/см3), кремне - фторида натрия требуется чуть меньше 16% от массы стекла, при п=2 и q=1,40 г/см3 необходимо 18 масс. % кремнефторида натрия. Рекомендуемые рецепты предлагают 25—30 масс. % Na2SiF6 для кислотостойких замазок. После нейтрализации всей щелочи жидкого стекла разложение фторсиликата натрия полностью прекратится, и это означает, видимо, что в затвердевшей системе практически целесообразно одновременное присутствие и Na2SiF6, и Si (ОН) 4- Полезно также отметить, что в кислой среде написанная реакция пойдет в обратном направлении, если NaF, образовавшийся при изготовлении замазки, будет присутствовать в системе в достаточной концентрации. Поэтому отмывка NaF после затвердевания будет способствовать увеличению кислото - стойкости как из-за удаления открытого для влаги NaF, так и вследствие вступления в реакцию еще части Na2SiF6 и забивки пор кремнегелем.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА АДГЕЗИОННУЮ ПРОЧНОСТЬ ПОКРЫТИЙ

Адгезионная прочность - многофакторный показатель, зависящий от природы полимера и субстрата и условий формирования покрытия. Наиболее высокой адгезионной прочностью обладают покрытия из мономерных и олигомерных пленкообразователей, превращаемые в полимерное (трехмерное) состояние непосредственно на подложке. Мономеры и олигомеры в ряде случаев способны хемо - сорбироваться на поверхности металлов; последующая их полимеризация или поликонденсация приводит к образованию привитых полимеров, химически связанных с металлом. В случае полимеров
нередко отмечается корреляция между адгезионной прочностью и когезией материала пленки.

Адгезионная прочность возрастает с увеличением в пленкообразо - вателе содержания полярных функциональных групп (—ОН, —СООН, —СОЫН2, —СОЫН, —ОСОЫН), энергия когезии которых составляет 25-65 кДж/моль. Она зависит от фазового и физического состояния материала пленки. Аморфные пленкообразователи образуют более адгезионнопрочные покрытия, чем кристаллические. В ряду кристаллических полимеров адгезионная прочность падает с уменьшением критического поверхностного натяжения; она также тем меньше, чем выше степень кристалличности ее. Например, для полиоле - финовых покрытий получены следующие значения адгезионной прочности на алюминии:

TOC o "1-5" h z Полиэтилен высокого давления 62 210

Сополимер этилена с пропиленом (СЭП-10) 77 170

Полиэтилен среднего давления 93 160

Наиболее низкую адгезионную прочность имеют покрытия из

Фторопластов, пентапласта, полиэтилена, поливинилхлорида, сополимеров винилхлорида, критическое поверхностное натяжение которых не превышает 30 мДж/м2. Для ее повышения проводят модификацию этих полимеров: смешивают с адгезионноактивными олигомерами и мономерами (эпоксидными, эпоксидно-новолачными, эпок - сидно-фурановыми, алкидными, диаллилфталатом, полиимидокис - лотами, каучуками и др.), прививают мономеры, окисляют путем химического, теплового или радиационного воздействия.

Пластификаторы, пигменты и наполнители по-разному влияют на адгезионную прочность покрытий. В большинстве случаев зависимость адгезионной прочности от концентрации пластификаторов имеет максимум, особенно если используют полярные пластификаторы и полимеры (рис. 4.11). Экстремальная точка приходится на концентрацию пластификатора, при которой Тс материала пленки близка к комнатной.

Рис. 4.11. Зависимость адгезионной прочности перхлорвиниловых покрытий к алюминию от массовой доли пластификатора:

1 - дибутилфталат; 2 - трикрезилфосфат; 3 - Совол

Увеличение адгезионной прочности - результат адсорбции пластификатора на активных центрах твердой поверхности и изменения ее природы, а также снижения внутренних напряжений в покрытии.

Одновременно встречаются случаи и уменьшения прочности адгезионных связей. Такое явление имеет место, когда пластификаторы вводят в адгезионноактивные олигомерные составы (эпоксидные, полиэфирные и др.) в больших количествах.

Введение наполнителей, как правило, положительно сказывается на адгезионной прочности покрытий. Так, многие металлы, оксиды металлов, тальк, аэросил, микроасбест, введенные в допустимых пределах, увеличивают адгезионную прочность эпоксидных, полиуретановых, пентапластовых и фторопластовых покрытий. Отмечается рост адгезионной прочности покрытий, получаемых из порошков полиэтилена, полипропилена, сополимеров этилена при добавлении 5-10 % оксида хрома, талька, оксида алюминия.

По данным М. М. Калниня, адгезионный эффект (А - Ао) в случае покрытий, формируемых при нагревании, зависит от объемного содержания V и сорбционной способности Р наполнителя по отношению к продуктам термоокислительной деструкции полимеров:

А-Ао = КУР,

Где К- постоянная, зависящая от природы полимера и наполнителя.

Более высокую адгезионную прочность наполненных покрытий по сравнению с ненаполненными объясняют усилением полимеров в адгезионном слое, каталитическим влиянием на процессы структурирования и окисления, уменьшением термических напряжений, направленным изменением структуры пленки. Следует иметь в виду, что тот или иной наполнитель, увеличивая адгезионную прочность одного пленкообразователя, может оставлять без изменения или ухудшать адгезионную прочность другого; в избирательном действии наполнителей немаловажное значение имеет и природа подложки.

Роль субстрата в адгезионном взаимодействии так же значительна, как и роль материала пленки. Наибольшую трудность представляет получение адгезионнопрочных покрытий на гладких непористых субстратах (металлы, стекло), а также материалах с низкой поверхностной энергией (некоторые полимеры). По адгезионной активности различные металлы ведут себя по-разному. Адгезионная прочность, как правило, уменьшается в ряду:

Медь > Углеродистая сталь > Легированная сталь > Алюминий >

> Цинк > Олово > Свинец

Прочность связи пленка - подложка определенным образом зависит от атомного объема металла: чем он выше, тем прочность связи меньше. Наибольший атомный объем (отношение атомной массы к плотности материала) 18,2 • 10-6 м3 имеет свинец. Практически нет покрытий, которые бы удовлетворительно удерживались на неподготовленной должным образом поверхности свинца. Причина низкой адгезии покрытий к ряду металлов (свинец, алюминий, цинк) кроется в слабой когезионной прочности оксидов этих металлов. В результате отслаивание пленок происходит преимущественно по оксидному слою. Модификация поверхности субстратов с целью улучшения их смачивания лакокрасочными материалами (см. раздел 2.2), как правило, благоприятно сказывается на повышении адгезионной прочности покрытий.

Поскольку в осуществлении прочной адгезионной связи важное значение имеют процессы микрореологического затекания жидкого адгезива в микропоры и трещины подложки, важным фактором в обеспечении адгезии является шероховатость поверхности. Механическое зацепление резко усиливается, если поверхность металла подвергнуть абразивной обработке, фосфатированию, оксидированию и т. д., а лакокрасочный материал применить с пониженной вязкостью.

Адгезия непосредственно связана с условиями формирования покрытий. Повышение температуры и длительности нагревания благоприятствует адгезии, она, однако, ухудшается, если тепловое воздействие приводит к деструкции материала пленки. Поэтому в отношении

Рис. 4.12. Зависимость адгезионной прочности полимерных покрытий от температуры (я) и от продолжительности формирования при 220 °С <6) на стальной поверхности:

1 - поливинилбутираль; 2 - поликапроамид; 3 - пентапласт; 4 - сэвилен 106

Адгезионных свойств для каждого покрытия существуют оптимальные температурные режимы пленкообразования (рис. 4.12). Под воздействием внешней среды (воздух, инертные газы, вакуум) изменяется степень окисления и трехмерного превращения покрытий, что сказывается на их адгезионной прочности. Обычно на воздухе формируются более адгезионнопрочные покрытия, чем в инертной среде, однако превышение оптимального значения степени окисления отрицательно влияет на адгезионную прочность. Адгезионная прочность зависит от режима охлаждения покрытий, особенно если их получают из расплавов кристаллических полимеров. Ниже показано влияние скорости охлаждения на адгезионную прочность полиэтиленовых покрытий к алюминию:

Скорость охлаждения, °С/мин 1,5 8 16 40 500

Адгезионная прочность, Н/м 160 220 274 527 1300

Аналогичное явление имеет место и в случае других полимеров (полипропилен, пентапласт), кристаллическая структура которых подвержена изменениям при закалке.

Эффективные пути увеличения адгезионной прочности - радиационное воздействие и применение магнитного и ультразвукового полей. Обработке могут быть подвергнуты как исходные композиции (жидкие или порошковые краски) перед нанесением на поверхность, так и покрытия в момент формирования. В последнем случае, варьируя дозу облучения, время и интенсивность УЗ-воздействия, напряженность магнитного поля, можно получать покрытия (эпоксидные, эпоксидно-фурановые, полиэтиленовые и др.) с адгезионной прочностью, превосходящей в несколько раз прочность необработанных покрытий.

Читайте также: