Aderenta la metale, rășini epoxidice
rășini epoxidice sunt utilizate ca adezivi pentru metale în modele non-putere, și ca adezivi structurali.
În reacția rășinii epoxi cu metalul pentru a forma un adeziv de contact afectează temperatură. Rășina ar trebui să aibă un anumit grad de mobilitate pentru a umple numeroase caneluri pe suprafața metalului. Prin urmare, creșterea temperaturii la momentul formării adezivului de contact determină o scădere a viscozității și mai favorabile pentru a obține rezistență de aderență ridicată.
În funcție de cantitatea de adeziune cantitatea de întăritor de rășini epoxidice, de obicei, variază în funcție de o curbă maximă. La un conținut scăzut de aderență intaritor datorită interacțiunii cu o suprafață metalică fără grupe epoxi. Cu cantitatea de numărul întăritor de grupe epoxidice libere scade în creștere. Deoarece, în acest caz, se reduce și adeziunea, se poate concluziona că gruparea hidroxil legăturii formate și grupările amino, cu metalul suprafața filmului de oxid este mai slabă decât legătura dintre grupările epoxidice. grupare epoxi îmbunătățește aderența eficientă în mod special în condiții care favorizează deschiderea unui ciclu epoxidic (atunci când se administrează substanțe care conțin atomi de hidrogen activi, cum ar fi benzidină). Ciclul oxiran Dezvăluirea însoțită de formarea de legături chimice cu pelicula de oxid metalic.
Cu toate acestea, presupunerea că proprietățile adezive ale rășinilor epoxidice se datorează în principal prezenței grupărilor epoxi, nu sunt împărtășite de toate studiile. Există experimente în funcție de higroscopicitatea suprafețelor polare ale conținutului de rășină epoxidică grupărilor hidroxil rășină. Rezistența la forfecare a probelor de rășini epoxidice din aluminiu lipite este direct proporțională cu conținutul grupărilor hidroxil din rășini epoxidice întărite cu anhidridă ftalică.
Epoxidice, și gruparea hidroxil, fiind destul de polar și reactivă, joacă un rol important în adeziunea rășinii epoxidice la diferite substraturi, inclusiv metale. Rolul unora dintre aceste grupuri este mai important, nu poate fi răspuns fără echivoc. Aceasta depinde de condițiile specifice - tipul și cantitatea de agent, natura suprafeței substratului de întărire și de alți factori.
Atunci când aderența polimerului la partea metalică a naturii chimice a adezivului este critică. Este important ca adezivul să nu conțină numai o anumită cantitate de grupe polare, iar aceste grupuri au capacitatea de a se angaja într-o interacțiune intensivă cu grupurile de suprafață a substratului, de exemplu, a servit ca donori de electroni. Proprietățile de electroni mai pronunțate ale grupărilor funcționale, mai mare adeziunea lor la metal. Între atomii metalici și hidrocarburii în adeziv substratul poate fi sistem de comunicație chimică. Între hidrocarbura și metalul poate fi o legătură covalentă.
În ciuda posibilității de interacțiune chimică între metal și hidrocarburile mai mare interes pentru sistemele adezive este mecanismul interacțiunii adezivilor de polimer cu un strat de oxid format pe aproape orice suprafață metalică. Datorită acestui fapt, în multe cazuri, la legăturile ionice polimer-metal pot să apară. In cele mai multe cazuri, acest tip de conexiune este realizată prin contactul metalelor cu carboxil și polimeri care conțin hidroxil. Între suprafața metalică acoperită cu pelicula de oxid hidratat, iar grupările funcționale ale polimerilor pot fi diferite legături chimice. Rășina epoxidică reacționează cu suprafața metalică în conformitate cu schema:
Este cunoscut faptul că filmele de oxid pe metale, cum ar fi aluminiu, zinc și staniu sunt compacte, durabile, au o grosime mică, au proprietăți bune de barieră și o bună aderență la metal. Filmul de oxid pe cupru, dimpotrivă, caracterizată printr-o grosime mare, un număr semnificativ de defecte și legăturii slabe cu metalul. Prin urmare, influența filmelor de oxid de pe metale duce la rezultate diferite de adeziune. În legătură cu aceste metode folosesc diferite tratamente chimice ale suprafețelor metalice.
Experimentele pe lipirea metalelor adeziv polimeric aplicat în vopsele metalice, electroizolant și alte acoperiri indică faptul că comunicarea durabilitate polimer - Metalul depinde în multe cazuri, de asemenea proprietăți de polimeri ca rezistenta la caldura, coeficientul de dilatare termică, rezistența la apă, rezistența la ozon, rezistenta la rece, durabilitate, . modul, etc. mai mică diferența dintre coeficienții de dilatare termică ai metalului și polimerul, mai stabil polimerul este un compus adeziv - metal OMS temperaturi ridicate. Subliniază care apar în cursul formării acoperirilor și a compușilor adezive, de asemenea, afecta durabilitatea unei conexiuni polimer-substrat.
Adeziunea la sticlă rășină epoxidică
Secțiunea va fi considerată adeziune a rășinilor epoxidice la sticla de silice al cărui component principal este SiO2. Tetraydery siliciu-oxigen de sticlă de silicat zăbrele conțin și oxizi ai metalelor mono-, di- și trivalenți. Deoarece siliciu-oxigen grila tetrayderami înrudită structural grupe hidroxil de suprafață. De asemenea, grupări hidroxil pe suprafața sticlei există un strat de umiditate adsorbită, atingând valori ridicate - de ordinul a sute de angstromi. Această umiditate greu îndepărtat în vid, în timpul încălzirii până la 400-500 ° C
Având în vedere aceste caracteristici, este de așteptat ca o înaltă aderență la sticlă posedă polimeri conținând grupări polare capabile să formeze legături de hidrogen cu hidroxili de suprafață, precum ion-dipol și interacțiune în particular chimică. Prin urmare, pentru rășini epoxidice la observat ridicat de siliciu adeziune sticlă 300-370 kg / cm2, la o forfecare.
Adeziunea rășinii epoxidice pentru fibrele
La determinarea rezistenței adezive a fibrei de sistem - polimer al tuturor tipurilor de încercări mecanice se poate realiza numai la forfecare sau torsiune. Folosit pentru a determina puterea adezivă în astfel de sisteme, metoda de separare nu este posibilă, pentru a determina rezistența de aderență în separarea fibrelor lipite într-o față de capăt, practic imposibilă, și în separarea fibrelor lipite în cruce, este imposibil să se determine cu suficientă precizie zona de contact. Măsurarea rezistenței de adeziune sub torsiune nedesfasurate primit. Compusul adeziv se produce pe suprafața fibrei, cufundat în stratul de adeziv. Compus Geometrie caracterizat printr-o lungime l, definită de grosimea stratului de polimer, și o suprafață S =. dl, unde d - diametrul fibrei. (Valoarea S poate fi, de asemenea, numită zona de contact). Odată cu distrugerea probelor a fost măsurată forța F, necesară pentru desfacerea fibrelor din stratul adeziv, t. E. Determinarea rezistenței adezive la forfecare.
O întrebare foarte importantă este, ceea ce este sensul definit de această formulă valorile rezistenței de adeziune. Pentru îndeplinirea strictă cu formula (2), respectiv și, pentru valoarea „absolute“. Este necesară: 1) secțiune transversală cu fibre a fost circulară; 2) diametrul fibrelor imersate într-un complot matrice - constantă; 3) fibre uniform (fără discontinuități), a fost acoperit cu un polimer; 4) suprafața aparentă și adevărat contactul între fibrele și polimer au fost identice; 5) Tensiunile de forfecare la interfața dintre liant și fibrele au fost distribuite uniform. Ipoteza de distribuție uniformă a tensiunilor în legăturile cu fibrele din polimeri, de obicei, nu este îndeplinită, iar din acest motiv valoarea aderentei determinată prin împărțirea forței în zonă, o valoare medie caracteristică. și din acest motiv, este o valoare condiționată, deoarece majoritatea valorilor utilizate pentru a evalua rezistența.
Adeziunea matricei epoxi la fibre de carbon
compozite carbon - Materiale compozite polimerice pe bază de fibre de carbon. Posedă proprietăți valoroase: o combinație de foarte mare rigiditate, rezistență și rezistență la căldură și o densitate scăzută. În același timp, se știe că compozite de carbon au o rezistență la forfecare scăzută. Adesea, acest lucru este asociat cu aderenta slaba a liantului la suprafața fibrei de carbon, și, prin urmare, determinarea aderenței polimerilor la suprafața fibrelor prezintă un interes deosebit.
Efectuarea unor astfel de experimente este foarte dificil, în primul rând datorită diametrului mic al fibrelor și fragilitatea acestora a crescut. În același timp, dificil să se obțină compuși cu astfel de dimensiuni încât distrugerea a fost un adeziv. In experimentele cu fibrele de carbon, împreună cu probe distrug adhesively un număr mare de probe care, atunci când o sarcină externă este aplicată de-a lungul pauza de fibre, t. E. coeziv. Cu toate acestea, atunci când este efectuată cu atenție experimentului, iar acestea sunt fibre foarte fragile, se pot realiza o bună reproductibilitate.
Măsurătorile au fost fibre de carbon substrat britanic Modmor-2 și PAN pe bază de interne. Secțiunea transversală a acestor fibre în mod substanțial circulară, care simplifică foarte mult calculul rezistenței adezive, și face o eroare mai mică în valoare de determinare? 0. Caracteristicile mecanice ale fibrelor sunt prezentate mai jos:
La fabricarea de materiale compozite de carbon sunt utilizate pe scară largă matrice diferite epoxi, și de asemenea lianți cu rezistență la căldură îmbunătățită. Următoarele sunt date cu privire la rezistența de adeziune a interacțiunii dintre lianți termorigide cu fibre de carbon Modmor-2 și (pentru comparație) sticla alcalii cu un diametru de 9 microni (S = 6 mm2 de 10-3?) (0, MPa):
Se poate observa că lianții testați au o aderență ridicată la fibre de carbon și aproape adeziune valoarea puterii. Surface Modmor 2-fibre este de obicei acoperit cu lubrifiant. Prin urmare, se pare foarte probabil ca distrugerea nu apare pe interfața, și stratul de lubrifiant aplicat. Este firesc ca valorile rezistenței aderenței substanțial nu variază pentru diferite compoziții.
dovada indirectă a ipotezei sunt rezultatele studierii aderenței oligomeri la aceeași ognepolirovannoy suprafață netă extras direct din cuptor la fibrele de sticlă și fibrele de bor: în acest caz valoarea t0 schimbă semnificativ.
Este cunoscut faptul că pentru a crește puterea de forfecare CFRP folosesc adesea metode între straturi diferite pentru tratamentul oxidativ umplere: Oxidarea cu aer cald, tratament cu ozon, activate prin oxidare anodică electrochimice. Mai mult, suprafața fibrelor de carbon tratate cu agenți de cuplare speciali [7].
Luați în considerare efectul tratamentului asupra fibrei de carbon suprafață reacția interfacială pentru fibre PAN pe bază. Puterea adezivului prin reacția cu aceste fibre de legare, dacă suprafața nu este supus unui tratament chimic, este scăzut:
Rezistența în acest caz este semnificativ mai mică decât interacțiunea cu filamentele de sticlă. De exemplu, liantul valoarea EDT-10? Din interacțiunea cu filamente de sticlă (cu același compus geometrie) egală cu 55 MPa.
Activarea tratamentului oxidativ suprafeței electrochimice a fibrelor are ca rezultat o creștere substanțială a rezistenței la interfață. Aceasta se manifestă în primul rând, în faptul că, dacă geometria comună crește drastic numărul de probe de colaps fibre. Prin urmare, este necesar pentru a reduce în mod semnificativ aria medie; cu succes pentru a determina valoarea? despre posibile numai atunci când Scp = (1,5-2)? 10-3 mm2. (? S = 2 de 10-3 mm2) Efectul tratamentului de suprafață asupra rezistenței de adeziune Ilustrează următoarele date:
Modificarea oxidativă suprafața fibrei duce la o creștere substanțială a rezistenței de adeziune. Deci, pentru liantul EDB-10 valori? De creștere cu 28%. Adeziune crescută atât o structură de suprafață de fibră de schimbare și cu modificarea chimică a acestuia. Oxidarea conduce la o creștere a rugozitate de suprafață, de a crea pori și goluri suplimentare, și, prin urmare - pentru a mări suprafața specifică a fibrelor. În același timp, oxidarea poate avea loc pe suprafața grupărilor oxigenați polare (carbonil și carboxi) mărește semnificativ activitatea acelei suprafețe.
Tratamentul oxidativa duce la o anumită creștere a suprafeței specifice, cu toate acestea, ea continuă să fie scăzut, indicând un minim de date de porozitate și de suprafață defecte ale fibrelor de carbon. Acest lucru confirmă faptul că rezistența firelor după tratament variază ușor.
Când tratamentul la temperatură ridicată a fibrelor cu suprafața modificată este alocată de două ori mai mult gaz (CO + C02), decât atunci când aceleași fibre sursă de tratament, adică. Activitatea E. chimică a suprafeței după creșterile de tratament de oxidare. Odată cu creșterea în creștere a activității asociate în sistemele de fibre de carbon cu rezistență de aderență - liant. tratarea suprafeței fibrelor de carbon într-un gaz pentru a crește rezistența de aderență cu matrici epoxidice nu.
Adeziunea matricei polimerice la fibrele organice cu rezistență ridicată
Adeziunea matrici polimerice la bor fibre
Adeziunea matricei polimerice la fibrele de carbură de siliciu
Materiale polimerice compozite care conțin fibre de modul ridicat, cel mai puțin compozite studiate bazate pe filamente continue de carbură de siliciu, cu toate că aceste materiale au o serie de proprietăți valoroase. Proprietăți mecanice ale compozitelor epoxidice armate cu fibre de carbură de siliciu și bor, sunt aproximativ egale și mai mari în materialele de stabilitate termică umplute cu fibre SiC.
Ca lianți utilizați compoziție epoxi EDT-10 și K-21 având proprietăți de prelucrare bune și adecvate pentru fabricarea compozitelor prin înfășurare. Sa constatat că interacțiunea acestor lianți cu valori ale fibrelor SiC sunt comparabile cu valorile rezistenței de aderență a interacțiunii cu fibrele de oțel și bor. Puterea adezivului atunci când se utilizează un liant K-21 este ceva mai mic decât în cazul EDT-10. Acest lucru se observă și în interacțiunea cu fibra SiC, și atunci când sunt combinate cu sârmă de oțel.
Pentru a îmbunătăți aderența fibrelor SiC cu lianți folosind diferite tehnici de modificare a suprafeței - oxidare de dimensionare. Acesta a investigat efectul asupra rezistenței adezive a matricei din fibre sistem epoxidic SiC prelucrarea fibrelor într-o plasmă de evacuare a gazelor.
NSS în tratament cu plasmă crește puterea de adeziune. Pentru fibrele tratate timp de 15 min, valorile de? A crește de la 58 la 90 MPa (la S = 0,2 mm2) t. E. 50%. Creșterea observată în puterea de adeziune a fibrei după tratament în plasmă ca urmare a formării de grupări reactive de pe suprafața de carbură de siliciu. Condițiile experimentale ale acțiunii complexe a componentelor active din plasmă RFD - ioni (cu 50eV de energie) electroni, particule excitați, radiația electromagnetică - poate oferi bine formarea pe suprafața siturilor reactive din fibre SiC și grupe funcționale, cum ar fi OH, NH2, etc., care pot forma. solide (chimice) legăturile dintre liant epoxi și carbură de siliciu.