Факторы, влияющие на прочность клеевого соединения

Прочность клеевого соединения обусловлена адгезионным взаимодействием соединяемых поверхностей с клеевой прослойкой, а также негезионной прочностью этой прослойки и соединяемого материала к конструкцией соединительного шва.
Прочность клеевого соединения, его качество зависит от ряда факторов, многие из которых являются взаимоисключающими или одновременно изменяющими несколько характеристик клеевого соединения. К этим факторам относятся: свойства склеиваемого материала (структура и полярность его макромолекул, растворимость и смачиваемость, состояние поверхности и др.), а также форма соединяемых деталей и площадь контакта, режим склеивания.

Адгезионное взаимодействие

Молекулярная теория адгезии, согласно которой, сцепление между разнородными телами обусловлено действием межатомных (химических) и (или) межмолекулярных (физических) сил, имеющих электрическую природу.
В соответствии с этой теорией, для обеспечения высокой адгезионной прочности необходимо присутствие в клее и на склеиваемых поверхностях химически активных, полярных или способных поляризоваться групп. В этом случае между соединяемыми поверхностями возникают соответственно химические, ориентационные связи.
Положительное влияние полярности на прочность склеивания подтверждается тем, что хорошими клеящими свойствами по отношению к полярным полимерам и пластмассам на их основе обладают полимеры, макромолекулы, которых содержат уретановые, изоцинатные, гидроксильные, эпоксидные, карбоксильные, и другие полярные группы (полиуретаны, карбоксилсодержащие каучуки и др.)
Повышение полярности клея приводит к росту его адгезии, но повышение полярности клея при неполярном или слабополярном склеиваемом материале приводит к снижению прочности соединения. Основной путь повышения адгезии к таким неполярным полимерам, как полиэтилен, полиизобутилен, политетрафторэтилен, - применение клеев менее полярных, чем склеиваемые материалы.
Высокая прочность сцепления клея со склеиваемым материалом, различающихся полярностью, достигается, если поверхностная энергия первого равна или меньше поверхностной энергии второго. При соединении материалов различной полярности высокая прочность достигается при использовании клея на основе полимера, макромолекулы которого содержат различные по полярности и реакционной способности группы.
Одной из причин снижения прочности после достижения максимального значения можно считать повышение хрупкости клеевой прослойки. Таким образом, усиление внутри и межмолекулярного взаимодействия в пределах одной фазы препятствует взаимодействию на границе раздела фаз. Следовательно, применение клея, в состав которого входят соединения с оптимальным содержанием активных групп, - один из эффективных способов регулирования прочности клеевых соединений.
Клеевые соединения в большинстве случаев эксплуатируются в условиях действия высоких температур, а межмолекулярные связи в этих условиях оказываются недостаточно устойчивыми. Наиболее высокую прочность соединения достигают с помощью такого клея, который обеспечивает образование межатомных связей между ним и склеиваемым материалом.
Если скорость растекания клея оказывается ниже, чем скорость его отверждения, то на склеиваемых поверхностях остаются незаполненные клеем полости.
При склеивании, например, отвержденных реактопластов желательно, чтобы поверхность была по возможности более гладкой.
Адгезия, которая была достигнута на стадии формирования клеевого шва, может изменяться в процессе отверждения и (или) затвердевания клеевой прослойки. Усадка полимера в этом случае может привести к увеличению расстояния между взаимодействующими молекулами или атомными группами и снижению в результате этого адгезионной прочности или к возникновению остаточных напряжений.
В процессе эксплуатации соединения адгезионная прочность может изменяться под влиянием окружающей среды (агрессивные среды, температура, постоянно действующие нагрузки и др.), а также в результате различия деформационных теплофизических и других характеристик клеевой прослойки и соединяемых материалов или химических и физических процессов, протекающих внутри клеевого шва и на поверхности его контакта с соединяемыми материалами.

Кагезионная прочность соединяемых материалов

Прочность клеевого соединения, зависит от состояния склеиваемых поверхностей. В общем случае свойства поверхности полимеров корригирует с их когезионной прочностью. Однако возможны и отклонения в случае соединения полимеров, поверхность которых либо покрыта веществами с низкой поверхностной энергией и (или) низкой кагезионной прочностью.
Существенное влияние на прочность клеевых соединений деталей из термопластов оказывает морфология их поверхности, которая, в свою очередь, определяется технологией изготовления деталей.
Прочность склеивания полимерных материалов, считающихся плохо склеивающимися – таких, как полиамид, можно в десятки раз увеличить, если пленки этих полимеров получать на подножках из материалов с высокой поверхностной энергией(например, на алюминии), а затем металл удалять не механически, а растворением, поскольку при этом образуется пленка с высокой прочностью поверхностного слоя.
Аморфные не ориентированные термопластичные полимеры склеиваются легче, чем частично ил полностью кристаллические, так как у последних остается больше функциональных групп, способных взаимодействовать с функциональными группами клея. Кроме, того поскольку диффузия компонентов клея возможна только в более разрыхленные аморфные участки, повышение степени кристалличности снижает суммарную эффективную площадь контакта клея со склеиваемым материалом.
Прочность склеивания полимеров с низкой адгезией и поверхности полимерных материалов возрастает в десятки и сотни раз при увеличении степени шероховатости последней.
Если полимер набухает в растворителе или пластификаторе клея, то их действие на склеиваемую поверхность может привести к ее растрескиванию. В свою очередь, пластификатор из пластика может мигрировать и границе раздела, следовательно, влиять на процесс отверждения или затвердения клея.