|
|
|
Главная --> Справочник терминов Поверхность субстрата Этот процесс вызывает закоксование стенок, в результате чего их поверхность становится неровной и в низких местах могут скапливаться гликоль и углеводороды, которые под действием высоких температур разлагаются. Образующиеся кислоты могут вызывать коррозию. Особенно серьезные осложнения вызывает углерод, образующийся при разложении тяжелых углеводородов, который быстро накапливается в жаровых трубах и создает на их поверхности пленки. С увеличением толщины пленки температура стенок повышается, что нередко вызывает образование трещин. ~а — регулярные складки; б — нерегулярные складки, перемежающиеся с петлями и свободными концами цепей; из-за них поверхность становится бахромчатой. При хранении и переработке полимерных материалов, а также при эксплуатации изделий из них полимеры подвергаются воздействию различных факторов — тепла, света, проникающей радиации, кислорода, влаги, агрессивных химических агентов, механических нагрузок. Эти факторы, действуя раздельно или в совокупности, вызывают в полимерах развитие необратимых химических реакций двух типов: деструкции, когда происходит разрыв связей в основной цепи макромолекул, и структурирования, когда происходит сшивание цепей. Изменение молекулярной структуры приводит к изменениям в эксплуатационных свойствах полимерного материала: теряется эластичность, повышается жесткость и хрупкость, снижается механическая прочность, ухудшаются диэлектрические показатели, изменяется цвет, гладкая поверхность становится шероховатой, а иногда на ней появляется налет порошкообразного вещества. Изменения во времени свойств полимеров и изделий из них называют старением. а-Пиррилазокрасители могут быть идентифицированы с помощью своеобразной «пробы на образование пятна» с диазотированным /т-нитроанили-ном. При этой пробе раствор а-азокрасителя обрабатывается карбонатом и наносится на фильтровальную бумагу. Затем прибавляется диазотированный л-нитроанилин. Вначале образуется пурпурная кайма, а спустя некоторое время вся поверхность становится интенсивно синей. (З-Пиррилазокрасители не дают этой реакции. а-Пиррилазокрасители могут быть идентифицированы с помощью своеобразной «пробы на образование пятна» с диазотированным /т-нитроанили-ном. При этой пробе раствор а-азокрасителя обрабатывается карбонатом и наносится на фильтровальную бумагу. Затем прибавляется диазотированный л-нитроанилин. Вначале образуется пурпурная кайма, а спустя некоторое время вся поверхность становится интенсивно синей. (З-Пиррилазокрасители не дают этой реакции. Переработка пластизолей в различные изделия происходит при нагревании с большой скоростью повышения температуры. При этом вязкость золя сначала снижается, затем, пройдя минимум, повышается до потери текучести. Температура, при которой золь теряет текучесть и превращается в гель, называется температурой желатинизации. При дальнейшем нагревании гель сначала становится хрупким, потом при повышении температуры его прочность постепенно повышается, а поверхность становится глянцевой. Температура, при которой прочность геля достигает определенного уровня, называется температурой плавления [68]. Снижение начальной вязкости пластизоля при повышении температуры соответствует уменьшению вязкости пластификатора (дисперсионной среды). Для травления пластмасс используют различные химические реакции: окисления-восстановления, гидролиза, дегидрирования и деструкции, С технологической точки зрения можно выделить несколько случаев травления (рис. 13): 1 — гладкое травление, когда с поверхности удаляется слой материала одинаковой толщины; 2 — чистое травление, когда с поверхности стравливается и удаляется слой материала неодинаковой толщины и поверхность становится шероховатой; 3 — конверсионное травление, когда на поверхности остаются продукты травления,образуя налет в виде рыхлого или плотного слоя. ходимо очистить от нежелательных продуктов травления и остатков травителя. Обычно операция «послетравлеиия» состоит из промывки или нейтрализации и обезвреживания поверхности растворами кислот, восстановителей, промоторов адгезии. После такой обработки поверхность становится более восприимчивой к активации, и прочность сцепления металлического покрытия с ней увеличивается. Для сенсибилизирования — вспомогательной операции при активации поверхности обычно применяют кислые или щелочные растворы солей олова (II), в которые погружают сенсибилизируемую поверхность на несколько минут и промывают водой. При промывании водой соли олова гид-ролизнруются и на поверхность оседают довольно значительные количества (до десяти миллимолей на 1 м2) малорастворимых продуктов гидролиза, образующих сплошной слой толщины в несколько сот нанометров. Поверхность становится гидрофильной и способной связывать ионы благородных каталитически активных металлов, восстанавливая их или образуя малорастворимые соединения, которые крепятся к сенсибилизированной поверхности (от 0,5 до десятков миллиграммов на 1 м2). Если для образования электропроводного подслоя использовать эмали, содержащие легковосстанавливаемые оксиды цинка, индия, кадмия или свинца, то на них можно осадить гладкие и блестящие металлические гальванопокрытия. Восстановление оксидов в таких эмалях проводят в щелочных электролитах, поглаживая поверхность эмали металлической щеткой, присоединенной к катоду. При этом поверхность становится электропроводной (язЮОО Ом^-см^1) и на нее можно наращивать гальванические металлопокрытия. Для травления пластмасс используют различные химические реакции: окисления-восстановления, гидролиза, дегидрирования и деструкции, С технологической точки зрения можно выделить несколько случаев травления (рис. 13): 1 — гладкое травление, когда с поверхности удаляется слой материала одинаковой толщины; 2 — чистое травление, когда с поверхности стравливается и удаляется слой материала неодинаковой толщины и поверхность становится шероховатой; 3 — конверсионное травление, когда на поверхности остаются продукты травления,образуя налет в виде рыхлого или плотного слоя. Жидкий адгезив, наносимый на поверхность субстрата, должен равномерно и плотно покрыть ее. Однако при этой операции многочисленные трещины, поры и бороздки микрорельефа остаются заполненными воздухом, удаление которого происходит в основном за счет термодинамических явлений на поверхности (смачивания и капиллярных сил) и тормозится вязкостью (или в общем случае консистенцией) жидкости. Полимер, используемый как адгезив (как в растворе, так и в расплаве) должен прежде всего хорошо и равномерно смачивать поверхность субстрата и быть настолько поверхностно-активным, чтобы вытеснять с поверхности адсорбированные ранее загрязнения, газы, жидкости. / В случае применения клеевого подслоя перед нанесением герметика на поверхность субстрата наносят клей. При использовании цементного клея для уменьшения различия в значениях деформации адгезива и субстрата и уменьшения вызванного этим различия напряжений поверхность субстрата (например, бетона) тщательно смачивают водой [7, с. 14, 15]. При достаточном насыщении водой старый бетон набухает, происходит более согласованное изменение объемов адгезива и субстрата. В новом бетоне релаксация напряжений за счет ползучести происходит тем полнее, чем медленнее он твердеет. Замедляя твердение нового бетона, можно повысить прочность сцепле- Своеобразные явления наблюдаются при нанесении жидких адгезивов на поверхность субстрата с помощью кисти или других приспособлений, создающих высокие скорости сдвига [13]. При высоких скоростях сдвига вязкость растворов полимеров может существенно снижаться. Например, вязкость 18%-ного раствора полистирола в декалине [70] снижается с 25 П при малых скоростях сдвига до 5 П при скоростях сдвига порядка 10"* с"1. При нанесении кистью слоя адгезива толщиной 50 мкм скорость сдвига наносимого слоя [13] может составить 10~4 с"1 при скорости движения кисти 50 см-с"1. Понижение эффективной вязкости адгезива при нанесении его кистью способствует образованию равномерного слоя, а восстановление высокой вязкости после снятия напряжения уменьшает стекание и образование наплывов [13]. Особенно велика роль этого фактора при использовании полимерных лаков, красок и покрытий [13]. Процессы, протекающие при нанесении жидкого адгезива на поверхность субстрата, заключаются, разумеется, не только в капиллярных явлениях — смачивании и растекании. Формирование адгезионного соединения сопровождается постепенным испарением растворителя, переходом слоя адгезива из жидкого в вязкотекучее, затем — в высокоэластическое и наконец в стеклообразное состояние. Все эти стадии превращения жидкого адгезива в пленку клеевого слоя играют в технологии склеивания большую роль. После частичного удаления растворителя при открытой выдержке поверхности, покрытой жидким адгезивом, производят склеивание. Система подложка — клей — подложка должна обладать способностью оказывать сопротивление внешним механическим воздействиям, хотя отверждение клеевого слоя еще не закончилось [13, с. 328]. Вязкость жидкого адгезива и кинетику процессов его высыхания регулируют, применяя соответствующие комбинации растворителей. Эти вопросы пока решаются эмпирическим путем и не являются, как и вообще вопросы рецептур, предметом нашего анализа. Заметим только, что образование слоя нилась. Полиамидное моноволокно, обработанное этим адгезивом, по значению адгезии к резине практически не уступает (особенно по динамическим показателям) кордной нити (см. табл. IV.1). В данном случае влияние механического фактора фактически отсутствует. Система полиамидное моноволокно — адгезив на основе СКД-1 — резина обладает высокой выносливостью к многократным деформациям и разрушается по когезионному механизму (по резине) или по границе адгезив — резина (рис. IV.9, см. вклейку). Разрушения по границе адгезив — моноволокно, несмотря на гладкую поверхность субстрата, не происходит. В качестве наполнителей эластомеров и пластмасс иногда при-меняют минеральные вещества: белую сажу, аэросил, кварцевый песок, стеклянный порошок, каолин, тальк, бентонит, слюду. Наличие гидроксильных групп на поверхности перечисленных субстратов определяет особенности процессов, протекающих на границе раздела. Необходимо напомнить, что связь Si—О в перечисленных минералах сильно поляризована. Поэтому взаимодействие полимеров с данными субстратами нельзя объяснить только реакциями функциональных групп. Мы уже отмечали это выше и считаем необходимым подчеркнуть опять, что поверхность субстрата может оказаться активной даже и по отношению к инерт- Практические рекомендации, вытекающие из анализа приведенного выше материала с позиций молекулярной теории адгезии, сводятся к следующему. Для направленного воздействия на адгезионную прочность необходимо, во-первых, выбрать оптимальный тип адгезива для данного субстрата и заданных условий эксплуатации адгезионного соединения; во-вторых, подготовить поверхность субстрата к нанесению адгезива; в-третьих, выбрать оптимальные условия формирования адгезионного соединения. Наконец, часто приходится выбирать оптимальную форму и размеры адгезионного соединения, допустимые пределы нагруже-ния, т. е. решать вопросы, связанные с механикой адгезионного соединения. Подготовка поверхности субстрата включает, естественно, не только ее очистку, но зачастую и модификацию, причем модификация может заключаться в окислении поверхности для повышения ее полярности, в прививке на поверхность соответствующих мономеров, в обработке поверхностно-активными веществами и т. д. Выбор оптимального адгезива для данного субстрата также может быть решен по-разному: изменением дозировки компонентов с активными функциональными группами, введением специальных добавок (с учетом особенности применяемого субстрата), введением в адгезив пластификаторов, подбором растворителя и т. д. Кроме того, выбирая оптимальный тип адгезива, следует постоянно иметь в виду когезионную прочность адгезива. Часто достижение интенсивного взаимодействия адгезива с субстратом и создание возможно более прочного адгезива достигаются компромиссным путем, так как эти проблемы оказываются трудно совместимыми. - Имеется много методов модификации поверхности субстрата. Поверхность малоактивных субстратов, например таких, как полиэтилен, полипропилен, фторопласт, для повышения адгезии подвергают окислению [5—15, 64, 67], действию электрических разрядов [7—11, 16—26, 52—61, 68, 130, 133, 134], пламени [9— 11, 17, 19, 27, 66], ультрафиолетового света [7, 11, 28, 63, 137], газообразного хлора [7, 11, 29, 30], ионизирующего излучения [7, 8, 10, 31,32], а также действию некоторых других агентов [33—35, 62, 65, 131, 143, 144]. Природа процессов, протекающих при этих видах обработки, различна. Так, под действием галогенов, галогенводородов, органических галогенсодержащих соединений происходит прививка к поверхности субстрата, главным образом по двойным связям. Воздействие на поверхность субстрата электрического поля, ионизирующего излучения, ультрафиолетового света сопровождается деструкцией макромолекул, их окислением и образованием на поверхности функциональных групп, что можно обнаружить, например, по ИК-спектрам [5, 37—40]. Перечисленные методы модификации поверхности инертных субстратов — это по существу методы повышения поверхностной энергии. Напомним, что необходимым условием смачивания поверхности субстрата адгезивом является соблюдение неравенства Нанесение на поверхность субстрата адсорбционных слоев и применение поверхностно-активных веществ — также распространенные и достаточно эффективные методы воздействия на адгезию. При этом важно, чтобы адсорбат был способен  Повышенную эластичность Повышенную реакционную Повышенную устойчивость Получения резиновых Поведения растворов Поведение некоторых Поведение различных Переносом электронов Поверхностью субстрата |
- |
Навигация