Адгезия покрытия к металлу

Обновлено: 17.05.2024

Ранее мы рассказали, что такое адгезия, описали типы адгезионных связей, а также вкратце рассмотрели специфику метода решетчатого надреза. Данная статья будет посвящена методу отрыва.

Метод отрыва заключается в том, что к окрашенной поверхности приклеивается цилиндрическая заготовка (так называемый «грибок» – название обусловлено формой заготовки), которая с помощью специального устройства (адгезиметра) отрывается от поверхности, при этом регистрируется усилие отрыва, необходимое для нарушения адгезии или когезии в испытуемом покрытии, которое и является мерой адгезии и результатом теста. Данный метод описывается в стандартах ISO 4624, ISO 16276-1 и ГОСТ 32299-2013. Кроме того, различные производители выпускают оборудование для проведения тестов на адгезию, прилагая к нему процедуры выполнения тестов на базе указанных стандартов. Метод отрыва является разрушающим, так как приклеенный грибок с покрытием физически отрывается от поверхности. Давайте рассмотрим основные факторы, влияющие на проведение и результат теста.

Время выдержки покрытия до проведения теста. Очевидно, что к моменту выполнения теста покрытие должно обладать необходимой прочностью, иначе тест будет бессмысленным. Сколько же времени нужно ждать, чтобы тест на адгезию был релевантным?

Принято считать, что нанесенное покрытие приобретает свою прочность после завершения отверждения. Продолжительность отверждения или время выдержки до начала испытаний, как правило, указывается производителем покрытия в технической документации. Таким образом, оптимальная продолжительность выдержки определяется в соответствии с рекомендациями производителя.

Для двухкомпонентных покрытий производители обычно устанавливают выдержку до проведения теста в течение 10-14 дней при нормальной температуре. При отсутствии рекомендаций от производителя, ISO 16276-1 рекомендует выдерживать покрытие в течение не менее 10 дней при наличии хорошей вентиляции, температуре поверхности более 15 0 С и относительной влажности не более 80%.

Для покрытий, находящихся в эксплуатации, вопрос выдержки перед тестом может также быть актуальным – в зависимости от того, в каких условиях эксплуатировалось покрытие. Например, покрытия судовых балластных танков эксплуатируются в условиях попеременного погружения в морскую воду и высокой влажности, что приводит к тому, что часть морской воды удерживается в пленке. Если выполнять тест на адгезию без вентилирования танка в течение достаточного времени, то результат теста будет заниженным.

Отдельного внимания заслуживает тема выдержки однокомпонентных покрытий, большинство из которых имеют физический или кислородный механизм отверждения (подробнее см. здесь). Отверждение таких покрытий в силу природы их физико-химических процессов происходит медленнее, чем у двухкомпонентных покрытий, соответственно, их выдержка перед началом тестов на адгезию должна быть более длительной.

Клей. Комплект оборудования, как правило, включает в себя клей, применяемый для теста. Обычно это высокопрочные клеи, обладающие большой адгезионной и когезионной прочностью. В некоторых случаях недостатком таких клеев является их долгое время отверждения – иногда производитель рекомендует выдерживать клей в течение суток или даже более перед проведением теста. Именно по этой причине для тестов часто применяют альтернативные клеи, также обладающие высокой прочностью на разрыв и широкодоступные для покупки в магазинах.

В целом, адгезионная и когезионная прочность клея должна быть выше, чем прочность покрытия, в противном случае разрыв будет происходить по клею, а не по покрытию, и оценить адгезию покрытия будет невозможно. Рекомендуется применять цианоакрилатные и эпоксидные клеи, в некоторых случаях также применяются полиэфирные составы.

На практике встречаются ситуации, когда клей оказывает химическое воздействие на покрытие – особенно часто такой эффект возникает при тестировании однокомпонентных покрытий, чувствительных к веществам, отверждаемым химическим способом (двухкомпонентные клеи как раз являются такими веществами). В этом случае покрытие размягчается, соответственно, его прочность будет ниже. При работе с такими покрытиями нужно особенно тщательно подходить к выбору клея. Отметим, что размягчение покрытия может также происходить при его обезжиривании сильными растворителями перед приклеиванием грибка.

Грибки. Изготавливаются из стали или алюминия. Обязательным требованием к грибкам является соответствие их диаметра требованиям стандартов: в подавляющем большинстве случаев используются грибки с номинальным диаметром 20 мм. Если диаметр грибка будет отличаться от установленного значения, то результат теста – усилие отрыва – будет ошибочным.

При отрыве часть тестируемого покрытия остается на поверхности грибка, соответственно, возникает необходимость в его удалении и очищении рабочей поверхности. Многие используют для очистки наждачную бумагу, т.е. удаляют покрытие «сошкуриванием». В этом случае нужно соблюдать осторожность, чтобы не нарушить плоскостность рабочей поверхности наждачной бумагой – если поверхность будет неровной, то результат теста опять же будет ошибочным. Более эффективным способом очистки грибка является его нагрев с последующим удалением покрытия: для нагрева можно использовать промышленные термощипцы или даже небольшой утюжок (прикладывать который нужно, разумеется, к чистой неокрашенной поверхности во избежание загрязнения утюга), и поскольку термостойкость большинства покрытий (эпоксидных и полиуретановых, в частности) ограничивается 120 0 С, то после достижения этой температуры покрытие можно будет легко соскрести шпателем или ножом.

Тип разрывного устройства. Существует несколько типов разрывных устройств (адгезиметров) в зависимости от их принципа действия: механические, гидравлические и пневматические. Наиболее популярными в настоящее время являются механические и гидравлические адгезиметры. В механическом адгезиметре сила отрыва создается за счет кручения (вручную или с помощью специальном ключа), в гидравлическом – за счет давления, создаваемого гидравлической жидкостью. При сравнивании приборов этих типов нужно понимать, что в идеальной ситуации сила отрыва должна быть аксиальной, то есть вектор этой силы должен совпадать с центральной осью грибка – только в этом случае результат теста будет наиболее точным. Из двух перечисленных типов адгезиметров этому условию лучше всего отвечают гидравлические адгезиметры, в то время как в механических адгезиметрах при скручивании образуется поперечное усилие, которое изменяет направление вектора силы отрыва. Клеи и покрытия не обладают большой прочностью при действии поперечных сил, таким образом, отрыв грибка при использовании механического метода происходит раньше, чем при использовании гидравлического метода – соответственно, усилие отрыва на механическом адгезиметре будет меньше. Таким образом, результат определения адгезии при использовании гидравлического адгезиметра будет выше, чем при использовании механического устройства. Некоторые окрасочные спецификации учитывают этот фактор, указывая требуемую адгезионную прочность отдельно для различных типов адгезиметров.

Адгезия поверхностей

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

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

Метод отрыва - адгезия

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

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.

Статьи по теме

Когезия

КОГЕЗИЯ (от лат. соhaesus — связанный, сцепленный * а. соhesion; н. Kohasion; ф. соhesion; и. соhesion) — сцепление частиц вещества (молекул, ионов, атомов), составляющих одну фазу. Когезия обусловлена силами межмолекулярного (межатомного) притяжения различной природы

Адгезиметр

При проведении некоторых видов работ необходимо определять уровень взаимодействия определенных элементов. Важно изначально знать насколько сильно они сцепляются друг с другом, чтобы конструкции была как можно более надежной.

Адгезия покрытий

При таком процессе адгезии осуществляется притяжение разных видов веществ на молекулярном уровне. Ей могут быть подвержены и твердые тела и жидкие.

Определение адгезии

Слово адгезия в переводе с латинского обозначает сцепление. Это процесс, при котором на два вещества притягиваются друг к другу. Их молекулы сцепляются между собой. В результате для того чтобы разъединить два вещества необходимо произвести внешнее воздействие.

Данное является представляет собой поверхностный процесс, который является типичным почти для всех систем дисперсного типа. Данное явление возможно между таким, комбинациями веществ:

жидкость +жидкость,
твердое тело+твердое тело,
жидкое тело + твердое тело.

Все материалы, которые начинают взаимодействовать друг с другом при адгезии, называются субстратами. Вещества, которые обеспечивают субстратам плотное сцепление получили название адгезивов. В большинстве своем все субстраты представлены твердыми материалами, которые могут быть металлами, полимерными материалами, пластмассой, керамическим материалом. Адгезивы представлены преимущественно жидкими веществами. Хорошим примером адгезива является такая жидкость, как клей.

Данный процесс может быть результатом:

механического воздействия на материалы для сцепления. В этом случае для того, чтобы вещества скрепились необходимо добавление определенных дополнительных веществ и использование механических методов сцепления.
появления взаимосвязи между молекулами веществ.
Образования двойного электрического слоя. Такое явление происходит, когда электрический заряд переносится с одного вещества на другое.

В настоящее время не редко встречаются случаи, когда процесс адгезии между веществами появляется в результате влияния смешанных факторов.

Прочность адгезии

Прочность адгезии представляет собой показатель того, как плотно сцепляются между собой те или иные вещества. На сегодняшний день прочность адгезионного взаимодействия двух веществ можно определить, используя три группы специально-выработанных методов:

Методы отрыва. Они подразделяются еще на множество способов определения адгезионной прочности. Для определении степени сцепления двух материалов необходимо постараться, используя внешнюю силу разорвать связь между вещества. В зависимости от скрепленных материалов здесь можно применять метод одновременного отрыва, или метод последовательного отрыва.
Метод фактической адгезии без вмешательства в конструкцию, созданную путем сцепления двух материалов.

При использовании разных методов могут получиться различные показатели, которые зависят во многом от толщины двух материалов. Берется во внимание скорость отслаивания и угол, под которым необходимо осуществлять разъединение.

Адгезия материалов

В современном мире встречаются различные виды адгезии материалов. Сегодня адгезия полимеров является не редким явлением. При смешивании разных веществ очень важно, чтобы их активные центры взаимодействовали друг с другом. На границе взаимодействия двух веществ образуются электрически заряженные частицы, которые обеспечивают прочное соединение материалов.

Адгезия клея представляет собой процесс притяжения двух веществ путем механического взаимодействия из вне. Клей применяется для склеивания двух материалов в целях создания одного предмета. Прочность скрепления материалов зависит от того, какой прочностью обладает клей при соприкосновении с отдельными видами материалов. Для склеивания материалов, которые плохо взаимодействуют друг с другом, необходимо усилить действие клея. Для этого можно просто использовать специальный активатор. Благодаря нему образуется прочная адгезия.

Очень часто в современном мире приходится иметь дело со скреплением таких материалов, как бетон и металлы. Адгезия бетона к металлу является достаточно не прочной. Чаще в строительстве применяются специальные смеси, которые обеспечивают надежное скрепление данных материалов. Также не редко применяется строительная пена, которая заставляет металлы и бетон образовывать устойчивую систему.

Метод адгезии

Методы определения адгезии представляют собой способы, при помощи которых устанавливается то, как различные материалы могут взаимодействовать между собой в пределах определенной специфики. Разные строительные объекты и бытовые приспособления созданы из материалов, которые скреплены между собой. Для того чтобы они функционировали в нормальном режиме и не нанесли вреда необходимо тщательно контролировать уровень адгезии между веществами.

Измерение адгезии осуществляется при помощи специализированных приборов, которые позволяют на производственном этапе определить, как прочно изделия прикрепляются друг к другу после использования тех или иных методов скрепления.

Адгезия лакокрасочных материалов

Адгезия лакокрасочных покрытий представляет собой сцепление краски с различными материалами. Чаще всего встречается адгезии лакокрасочного вещества и металла. Для того чтобы покрыть металлические изделия слоем краски изначально проводятся тесты взаимодействия двух материалов. Учитывается то, каким слоем необходимо нанести лакокрасочное вещество для того, чтобы определить его степень адсорбции. В последующем определяется уровень взаимодействия красящей пленки и материала, которым она покрывается.

Поливинилацетатная краска

Поливинилацетатная краска (или ПВА) представляет собой эмульсионный состав, принципом изготовления которого является «масло в воде». Поливинилацетатная краска нашла свое широкое применение при окрашивании интерьеров и экстерьеров как жилых, так и промышленных помещений.

Вещества ускоряющие высыхание красок

Сиккативы — соединения свинца, кобальта, марганца и цинка, которые, будучи добавлены в высыхающие масла, ускоряют их высыхание.

Антиадгезионное покрытие

На протяжении всей истории лакокрасочной промышленности ученые-химики пытаются создавать с каждым разом все лучшие лакокрасочные материалы, способные как можно дольше и надежнее защитить различные поверхности. В настоящее время рынок лакокрасочной продукции наполнен самыми разнообразными покрытиями, начиная от обычной водоэмульсионной краски, и заканчивая антивандальными, гидрофобными и антиадгезионными покрытиями. И каждое из существующего разнообразия лакокрасочных покрытий призвано защищать поверхность и придавать ей презентабельный вид. Поговорим об антиадгезионных покрытиях, что это такое и зачем они нужны.

Сначала давайте разберемся с тем, что такое адгезия. Согласно справочникам, «адгезия» с латинского adhaesio переводится как «прилипание». То есть это способность твердых или жидких тел крепко сцепляться друг с другом. Есть лакокрасочные покрытия, имеющие хорошие адгезионные свойства. В основном, они предназначены для качественного сцепления с другими покрытиями, которые наносятся поверх них. А вот антиадгезионное покрытие, наоборот, предназначено для того, чтобы предотвратить налипание на поверхности нежелательных веществ, включая краски, клеевые составы, полимеры и многое другое. Покрытие было создано по той причине, что адгезия ускоряет износ поверхностей и приводит к более быстрому ее приходу к непригодности. Антиадгезионные материалы также называются износостойкими.

Данные лакокрасочные материалы благодаря своим уникальным свойствам на сегодняшний день являются очень популярными. Они нашли широкое применение во многих сферах деятельности человека. Хорошо смогли себя зарекомендовать не только в химической и машиностроительной отрасли, но также в пищевой промышленности, и при производстве эмалированной посуды, имеющей антипригарное покрытие.

Таким образом, основной целью изобретения данного лакокрасочного материала является увеличение срока эксплуатации покрытия вместе с повышением качества его потребительских характеристик.

Антиадгезионное покрытие металла

Одним из наиболее популярных покрытий является антиадгезионное покрытие металла. Это связано с тем, что металл достаточно распространенный материал, из которого изготавливается огромное количество разнообразных конструкций и деталей, начиная от поручней и транспортировочных лент, заканчивая самолетами и автомобилями. В основном, антиадгезионное покрытие наносится на металлические изделия, которыми используются в агрессивных средах, или же те, которые соприкасаются с другими компонентами. Также антиадгезионное покрытие металлов наносится на:

внутреннюю поверхность бункеров, из которых пастообразные или сыпучие продукты поступают в расфасовочные автоматы;
транспортные ленты;
тесторазделочные линии в хлебопекарнях;
формы для выпечки и замораживания продуктов;
гальванические ванны;
железнодорожные цистерны;
воздуховоды;
электротурбины;

Антиадгезионные материалы

Достаточно распространенными антиадгезионными материалами выступают лаки и смазки, обладающие соответствующими свойствами.

К антиадгезионным смазкам относятся такие, которые имеют в своем составе парафин и смолы. Подобная андиадгезионная смазка отлично способствует предотвращению загрязнения поверхностей, на которые она нанесена.

Разновидностями данных антиадгезионных материалов являются:

пастообразный парафин восконосной пальмы;
аэрозольные композиции, содержащие этот парафин;
фторполимеры или силиконовые смолы;
полимерные пленки;
металлическая фольга.

Последние два компонента вместе с напыленными металлическими покрытиями являются отличной антиадгезионной смазкой в случае, если они являются одним целым с отвержденным материалом.

Антиадгезионные лаки, в свою очередь, представляют собой антиадгезионные фторопластовые покрытия. Основным их компонентом являются водорастворимые фторсодержащие полимеры. Фторполимерные лаковые покрытия имеют защитные, электроизоляционные, анифрикционные свойства, благодаря которым они отлично выдерживают воздействие агрессивных сред. Их рабочая температура колеблется в диапазоне от -60 градусов до +150 градусов Цельсия. Также могут выдержать кратковременное воздействие более высокой температуры, доходящей до 200 градусов Цельсия. Антиадгезионные лаки являются отличным решением в вопросе защиты поверхностей от коррозии. Таким образом, учитывая все данные свойства, антиадгезионные фторопластовые покрытия могут наноситься на металлы, стеклопластик, пластмассу, дерево, резину и многие другие материалы.

Антиадгезионные свойства, которыми обладают определенные лакокрасочные материалы, позволяют:

обеспечить долгосрочную защиту поверхностей от прилипания различных материалов;
обеспечить отличные свойства во время транспортировки продуктов;
сохранить на протяжении длительного времени презентабельны внешний вид поверхности, за счет защиты от внешних механических повреждений;
создать структуру, которая способна отводить воздух.

Таким образом, различные антиадгезионные композиции играют большую роль в различных производственных сферах. Ими обрабатываются рабочие поверхности механизмов машин, емкостей, бункеров, резервуаров, любого промышленного и транспортного оборудования с целью улучшения скольжения, устранения прилипания других компонентов, а также увеличения срока службы покрытий.

материалы по теме

На рынок вышли антикоррозионные нанопокрытия от компаний Tesla и SWeNT

Производство нанопокрытий Teslan, которые являются антикоррозионными покрытиями, предназначенными для металлоконструкций, будет расширено компанией Tesla NanoCoatings.

Инновационные порошковые покрытия от Valspar

Новая линия порошковых покрытий Valspar Valde Extreme Flex Cure (EFC) запущена корпорацией Valspar.

Адгезия: что это такое, для чего нужна, как её улучшить

Черновые материалы

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

Адгезия, что это такое – теоретические основы

Адгезия является одним из ключевых свойств материалов в следующих областях:

Металлургия – антикоррозионные покрытия.
Механика – слой смазки на поверхности элементов машин и механизмов.
Медицина – стоматология.
Строительство. В данной отрасли адгезия является одним из главных показателей качества выполнения работ и надёжности конструкций.

Практически на всех этапах строительства контролируются показатели адгезии для следующих соединений:

Существует три основных принципа адгезионного соединения материалов. В строительстве и технологии они проявляются следующим образом:

Механический — сцепление происходит путем прилипания наносимого материала к основанию. Механизм такого соединения заключается в проникновении наносимого вещества в поры внешнего слоя или соединении с шероховатой поверхностью. Примером, является окраска поверхности бетона или металла.
Химический — связь между материалами, в том числе различной плотности, происходит на атомном уровне. Для образования такой связи необходимо присутствие катализатора. Примером адгезии такого типа является пайка или сварка.
Физический — на сопрягаемых поверхностях возникает электромагнитная межмолекулярная связь. Может образоваться в результате возникновения статического заряда или под воздействием постоянного магнитного или электромагнитного поля. Пример использования в технологии — окрашивание различных поверхностей в электромагнитном поле.

Адгезионные свойства строительных и отделочных материалов

Адгезия строительных и отделочных материалов осуществляется, преимущественно, по принципу механического и химического соединения. В строительстве используется большое количество различных веществ, эксплуатационные характеристики и специфика взаимодействия которых кардинальным образом отличаются. Разделим их на три основные группы и охарактеризуем более подробно.

Лакокрасочные материалы

Адгезия ЛКМ к поверхности основания осуществляется по механическому принципу. При этом, максимальные показатели прочности достигаются в том случае, если рабочая поверхность материала имеет шероховатости или пористая. В первом случае существенно увеличивается площадь соприкосновения, во втором, краска проникает в поверхностный слой основания. Кроме того, адгезионные свойства ЛКМ увеличиваются благодаря различным модифицирующим добавкам:

органосиланы и полиорганосилоксаны оказывают дополнительное гидрофобизирующее и антикоррозионное действие;
полиамидные и полиэфирные смолы;
металлоорганические катализаторы химических процессов отвердения ЛКМ;
балластные мелкодисперсные наполнители (к примеру, тальк).

Строительные штукатурки и сухие клеящие смеси

До недавнего времени, строительные и отделочные работы велись с использованием различных растворов на основе гипса, цемента и извести. Зачастую, их смешивали в определённой пропорции, что давало ограниченное изменение их основных свойств. Современные готовые сухие строительные смеси: стартовые, финишные и мультифинишные штукатурки и шпаклевки, имеют гораздо более сложный состав. Широко применяются добавки различного происхождения:

минеральные — магнезиальные катализаторы, жидкое стекло, глиноземистый, кислотоустойчивый или безусадочный цемент, микрокремнезём и т.п.
полимерные — диспергируемые полимеры (ПВА, полиакрилаты, винилацетаты и т.п.).

Такие модификаторы существенно изменяют следующие основные характеристики строительных смесей:

Важно! Использование полимерных модификаторов даёт более выраженный эффект усиления адгезии. Однако образование устойчивых соединений полимерных плёнок на границе разнотипных материалов (основание — твердеющая штукатурка) возможно только при определённой температуре. Этот термин называется минимальной температурой плёнкообразования – МТП. У разных штукатурок она может быть различной от +5°С до +10°С. Во избежание расслоения, необходимо точно придерживаться рекомендаций производителя относительно температуры, как окружающей среды, так и основания.

Герметики

Герметики, использующиеся в строительстве, различают по трём различным типам, каждый из которых требует определённых условий для высокопрочной адгезии с материалом основания. Рассмотрим каждый тип подробнее.

Высыхающие герметики. В состав входят различные полимеры и органические растворители: бутадиен-стирольные или нитрильные, хлоропреновый каучук и т.п. Как правило, имеют пастообразную консистенцию с вязкостью 300-550 Па. В зависимости от вязкости, наносятся либо шпателем, либо кистью. После их нанесения на поверхность, необходимо определённое время для высыхания (испарения растворителя) и образования полимерной плёнки.

Невысыхающие герметики. Состоят, как правило, из каучука, битума и различных пластификаторов. Имеют ограниченную устойчивость к высокой температуре, не более 70 0 С-80 0 С, после чего начинают деформироваться.

Отверждающиеся герметики. После их нанесения, под воздействием различных факторов: влага, тепло, химические реагенты, происходит необратимая реакция полимеризации.

Из всех перечисленных разновидностей, отверждающиеся герметики обеспечивают максимальную надёжность сцепления с микронеровностями поверхности основания. Кроме того, они устойчивы к высоким температурам, механическим и химическим воздействиям. Они имеют оптимальное сочетание жёсткости и вязкости, позволяющее сохранять первоначальную форму. Однако, являются наиболее дорогостоящими и сложными в использовании.

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/см 2 , 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.

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

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.

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.

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.

Химические факторы, снижающие адгезию, представлены различными материалами загрязняющими поверхность: бензин и масла, жиры, кислотные и щелочные растворы и т.п.

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:

Механический – поверхности основания придают шероховатость, чтобы увеличить площадь соприкосновения. Для этого её обрабатывают различными абразивными материалами, наносят насечки и т.п.
Химический – в состав наносимых защитно-отделочных материалов добавляют различные вещества. Это, как правило, полимеры, образующие более прочные связи и придающие материалу дополнительную эластичность.
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.

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:

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.

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.

Видео: что такое адгезия

Читайте также: