ИССЛЕДОВАНИЕ АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ ПОЛИМЕРОВ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

DOI: 10.24937/2542-2324-2021-1-S-I-338-340 УДК 621.792:678.7

А.В. Стукач, А.И. Динцер

СПбГМТУ, Санкт-Петербург

ИССЛЕДОВАНИЕ АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ ПОЛИМЕРОВ

В работе рассмотрены вопросы адгезионной прочности полимеров. Проанализированы конструкции образцов для исследований. Получены результаты лабораторных испытаны адгезионной прочности полиамидов П-54 и П-6/66-3. Определена оптимальная температура нагрева образов, обеспечивающая максимальную адгезионную прочность. Ключевые слова: адгезия, прочность, образцы нагрев, соединение, полимеры. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

DOI: 10.24937/2542-2324-2020-1-S-I-338-340 UDC 621.792:678.7

A.V. Stuckach, A.I. Dintcer

St. Petersburg State Marine Technical University, St. Petersburg

INVESTIGATION OF THE ADHESIVE STRENGTH OF POLYMERS

The paper deals with the issues of adhesive strength of polymers. The designs of samples for research are analyzed. The results of laboratory tests of the adhesive strength of polyamides P-54 and P-6/66-3 were obtained. The optimal heating temperature of the samples, which provides maximum adhesive strength, is determined. Key words: adhesion, strength, heat samples, compound, polymers. Authors declare lack of the possible conflicts of interests.

Понятие адгезии полимеров возникает при сцеплении поверхностей, и характеризуется появлением механической прочности фаз сред, называемых адгезивом и субстратом [1]. Адгезивом называется клеящий агент в адгезии, а субстратом - некое твердое тело. Причиной этого явления служит химическая реакция между активными компонентами полимера с контактирующей поверхностью. Основными параметрами прочности адгезии являются: работа, усилие и время разрушения соединений, по которым и оценивают характер изменения прочности.

Определяется адгезия, основываясь на теории макро- и микромеханических методов разрушения металлополимерных соединений [1]. В случае макромеханических методов объектов является, например, слоистый пластик, на который действует напряжение (изгиб, кручение), разрушающее полимер. В случае методики микромеханического

определения адгезии выделяется элементарная ячейка волокнистого композита, причем в реальных условиях, последние, будут наиболее точно и с наименьшей погрешностью определять прочность сцепления наполнителя со связующим (рис. 1).

Усилия, действующие с внешней стороны, затрачиваются как на преодоление адгезии, так и на побочные процессы. Получается истинную адгезию определить вышеперечисленными способами не получится. В данной ситуации величина приложенных в опытах напряжений, возникающих при нарушении сцепления между адгезивом и субстратом, принимается равной адгезионной прочности [3].

Природа связи полимера с подложкой, базируется на представлении о механическом заклинивании полимера в микродефектах субстрата. Воспользовавшись количественной характеристикой - работа адгезии (1), легко показать, что в достаточно

Для цитирования: Стукач А.В., Динцер А.И. Исследование адгезионной прочности полимеров. Труды Крыловского государственного научного центра. 2021; Специальный выпуск 1: 338-340.

For citations: Stuckach A.V., Dintcer A.I. Investigation of the adhesive strength of polymers. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2021; Special Edition 1: 338-340 (in Russian).

A.V. Stuckach, A.I. Dintcer Investigation of the adhesive strength of polymers

а) d

в)

О"

T3

3

^ , I

Рис. 1. Схемы образцов для микромеханических испытаний методом выдергивания: а) классический метод pull-out: 1 - слой полимера толщиной /; 2 - волокно диаметром d; б) метод трех волокон: 1 - «тонкое волокно», адгезия к которому определяется, 2 - слой полимера, 3 - два «толстых волокна», на которые наносится адгезив; в) метод microbond: 1 - волокно, 2 - капля связующего, 3 - лезвия бритвы

полной мере объясняет взаимодействие поверхностей с рельефом, содержащим микродефекты,

Жа = Я • N, (1)

где Я - средняя энергия единицы связи, обеспечивающей адгезию, N - число связей, приходящихся на единицу площади контакта адгезива и субстрата.

Анализируя выражение, делаем вывод, что величина адгезии зависит не только от наличия, но и от числа связей между контактирующими телами, свойств поверхности субстрата и адгезива (присутствие и размеры выступов - выемок неровной поверхности подложки). В свою очередь, число связей определяется площадью фактического контакта между адгезивом и субстратом.

Для подбора необходимых, в конкретной задаче, параметров созданы образцы для исследования адгезионной прочности полимеров [4]. На рис. 2 отображены наиболее распространённые из них.

Технологический процесс подготовки поверхностей перед нанесением полимера заключается в предварительном обезжиривании ацетоном и нагревании до 240-360 °С. Нагрев осуществлялся для того, чтобы взаимодействующие с полимером площадки склеивались. После этого образцы охлаждались и испытывались на прочность в лабораторных условиях.

На рис. 3 приведены опытные результаты адгезионной прочности полиамидов П-54 и П-6/66-3 в зависимости от различной температуры нанесения на металлическую подложку.

Исследованные полиамидные смолы П-54 и П-6/66 имеют температуру плавления 170-175 °С. Исследования показали, что оптимальная температура равна 290 °С.

Нельзя не отметить начальную часть графика, отображающую начало адгезии полимера, ей соот-

©

с

□

□

□ с

t

I

и

Д

I-1

□ с

I-1

ж

к

Рис. 2. Методы определения адгезионной прочности

cd 40

^ 35

I 30

I 25 н

У 20

и

о

10

и —+—

-г /

П-54 П-6/66-3

к

240 260 280 300 320 340 360

Температура, град. С

Рис. 3. Зависимость изменения адгезионной прочности от температуры предварительного нагрева подложки

ФГУП «Крыловский государственный научный центр»

339

ветствуют низкие температуры и повышенная вязкость, что, бесспорно, ухудшает заполнение неровностей подложки, не происходит деструкция полимера, из-за этого не образуются функциональные группы, которые создают химические, наиболее прочные связи полимера с металлом.

Список использованной литературы

1. Бартенев Г.М. Трение и износ полимеров / Г.М. Бартенев, В.В. Лаврентьев. Л.: Химия, 1972. 240 с.

2. Буше Н.А. К вопросу о процессах, происходящих на поверхности трения металлических материалов // О природе трения твердых тел. Минск, 1971. С. 75-77.

3. Веттегрень В.И. / В.И. Веттегрень. Автореферат докт. дис. Л.: ФТИ им. А.Ф. Иоффе. 1987. 32 с.

4. Стукач А.В., Соловьев А.А. Прочность и адгезия наполненных порошками и фуллереном С60 полиамидов. СПб.: Издательско-полиграфическая ассоциация высших учебных заведений. 2020. С. 218.

Поступила / Received: 15.11.21 Принята в печать / Accepted: 08.12.21 © Стукач А.В., Динцер А.И., 2021