Адгезия материалов: Что такое адгезия? Когезия и аутогезия. Адгезия в строительстве.

Адгезия простыми словами, виды и использование

Адгезия, что это такое простыми словами 

Для соединения пористых поверхностей или с высокой шероховатостью используют полимерные составы клея со способностью кристаллизоваться. Гладкий полимер и стекло лучше соединять адгезивом с высокой пластичностью, липкостью. Такое вещество не превращается в жесткую прослойку при застывании. 

Если нужно склеить фольгу, пленку, дополнительно используют грунтовку – базовый слой повышает сцепление материалов. Разные способы и виды адгезии используются во всех промышленных, производственных направлениях, строительстве. Отдельные материалы применяются в пищепроме, медицине, быту. Выбрать нужный клей адгезив можно в ООО Полар на выгодных условиях. Для этого просто оставьте заявку или позвоните по номеру +7(8443)53-05-33

Адгезия — это простыми словами, когда склеивают поверхности двух однородных или разных по плотности материалов, этот процесс так и называют адгезией . При этом само клеящее вещество называется адгезив, а поверхность, на которое наносится клей – субстрат. Сам способ соединения может быть жестким или пластичным, а его вид – физическим, химическим, механическим.

Виды адгезии

Понятие адгезии дословно обозначает прилипание разных по плотности и составу поверхностей. Это «прилипание» обеспечивают клейкие составы, которые изготавливаются на синтетической или натуральной основе, бывают односоставными или многокомпонентными. Представляют собой полимерные и неполимерные системы с разной прочностью связи, сопротивлением расслаиванию.

Обратите внимание! Соединять поверхности можно разными способами. Эти способы определяют виды адгезии.

• Механическая — самая простая. Происходит путем проникновения молекул адгезива (вещества) в верхний слой субстрата (поверхности). Здесь важно, чтобы поверхность была шероховатой для обеспечения хорошего сцепления или предварительно покрывалась грунтовкой (праймером).
  Тогда клей попадает в поры, чем увеличивает площадь покрытия и прочность воздействия на момент своего застывания.
• Химическая – считается самой прочной. Происходит на уровне атомной связи клея с поверхностью материала. Позволяет соединять разные по плотности вещества, выполнять сварку или пайку.
• Физическая – работает по принципу электромагнитной связи между молекулами адгезива и субстрата. Противоположно заряженные частицы клейкого вещества и поверхности притягиваются по принципу действия магнита. Примером соединения будет заклеивание скотчем картонных коробок.
• Диффузионная – когда вещество проникает в молекулы полимера, словно вплетаясь в них и создавая прочные цепи. По такому принципу склеивают полимерные материалы с гладкими поверхностями.

Все перечисленные виды адгезии применяются в разных видах промышленности. Чаще всего – это полимерные составы, способные обеспечивать соединение, как однородных материалов (жестких, пластичных, жидкообразных, сыпучих), так и разных по плотности, составу.

Причем процесс «склеивания», «прилипания» наблюдается уже на стадии подготовки сырья, его транспортировки. Используется в момент упаковки продукции, а также в период ее хранения.

Современные клеящие материалы позволяют добиваться разного рода фиксации:

• жесткой – когда адгезив проникает в поры и кристаллизуется; применяется по отношению к шероховатым поверхностям;
• пластичной – особый вид сцепления, когда клейкий состав не отвердевает, а остается эластичным и одновременно прочным на разрыв.

В них содержится меньше добавок в виде пластификаторов, растворителей, которые не всегда хорошо сказываются на способности материалов «прилипать». Пищевая промышленность вообще использует безопасные клейкие составы нового поколения на водной основе. Например, это касается изготовления упаковок – после употребления их можно повторно пускать в переработку для производства ликвидной вторичной продукции.

Что касается металлургии, здесь важно учитывать адгезивную способность металла. Она влияет на силу прилипания защитных красок и смесей. Такие покрытия предотвращают процесс коррозии, снижают контакт стальных, алюминиевых изделий с кислородом, водой, кислотами, щелочами. Эффективно защищают металлопродукцию от преждевременного разрушения.

Это же свойство адгезии применяет автомобильная, кораблестроительная промышленность, заводы по изготовлению приборов, станков, оборудования. В последнем случае к адгезии красок, грунтовок добавляется способность масла проникать в поры металла. Ведь большинство механизмов работает именно благодаря хорошей смазке металлических элементов.

Принципы работы, качество соединения

Подведем итоги о понятии адгезив: что это такое, как работает? Адгезивом называют сам клей, а его способность прилипать – адгезией. На липкость влияет не только состав вещества, тип поверхности, но и температура окружающей среды, показатель влажности, толщина нанесенного слоя. От всех перечисленных параметров зависит качество, долговечность будущего соединения.  

Природную основу имеют клейкие составы на основе крахмала, вытяжки водорослей. Они представляют собой системы органических компонентов, безопасных для природы и человека. Но, не считаются долговечными, поскольку подвержены воздействию биологических бактерий (грибка, плесени).

Синтетическая продукция получается на основе растворимых полимеров. Отличается способом кристаллизации, силой склеивания, периодом полимеризации, прочностью на разрыв. Например, одни составы сразу же схватываются, а другие – долгое время остаются пластичными, обеспечивая многократный процесс приклеивания-отклеивания. В каждом случае остаются инертными по отношению к воздействию бактерий, имеют стойкость к ультрафиолету, влажности. Благодаря таким характеристикам являются более популярными и востребованными среди потребителей.

АДГЕЗИЯ | ЛКМ Портал

(от лат. adhaesio — прилипание) одна из основных характеристик лакокрасочного материала, обозначает сцепление лакокрасочного покрытия с окрашенной поверхностью.

Адгезия может иметь механическую, химическую или электромагнитную природу и измеряется силой отрыва на единицу площади. Для улучшения адгезии применяют два метода: 1) используют промежуточный слой адгезива; 2) вводят в состав полимерной пленки специальные функциональные группы.

Адгезия в физике — сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел. Адгезия обусловлена межмолекулярным взаимодействием (вандерваальсовым, полярным, иногда — образованием химических связей или взаимной диффузией) в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей. В некоторых случаях адгезия может оказаться сильнее, чем когезия, т. е. сцепление внутри однородного материала, в таких случаях при приложении разрывающего усилия происходит когезионный разрыв, т. е. разрыв в объёме менее прочного из соприкасающихся материалов.

Адгезия существенно влияет на природу трения соприкасающихся поверхностей: так, при трении поверхностей с низкой адгезией трение минимально. В качестве примера можно привести политетрафторэтилен (тефлон), который в силу низкого значения адгезии в сочетании с большинством материалов обладает низким коэффициентом трения. Некоторые вещества со слоистой кристаллической решёткой (графит, дисульфид молибдена), характеризующиеся одновременно низкими значениями адгезии и когезии, применяются в качестве твёрдых смазок.

Адгезия полимеров происходит лучше в том случае, если макромолекулы полярны и имеют большое число химически активных функциональных групп. Для улучшения адгезии в состав клея или плёнкообразующего полимера вводят активные добавки, молекулы которых одним концом прочно связываются с плёнкой, другим — с подложкой, образуя ориентированный адсорбционный слой. При контакте двух объёмов одного и того же полимера может произойти автогезия (самослипание), когда имеет место диффузия макромолекул или их участков из одного объёма в другой. При этом прочность связи со временем увеличивается, стремясь к пределу — когезионной прочности.

Наиболее известные адгезионные эффекты — капиллярность, смачиваемость/несмачиваемость, поверхностное натяжение, мениск жидкости в узком капилляре, трение покоя двух абсолютно гладких поверхностей. Критерием адгезии в некоторых случаях может быть время отрыва слоя материала определенного размера от другого материала в ламинарном потоке жидкости.

Адгезия имеет место в процессах склеивания, пайки, сварки, нанесения покрытий. Адгезия матрицы и наполнителя композитов (композиционных материалов) является также одним из важнейших факторов, влияющих на их прочность.

В биологии клеточная адгезия — не просто соединение клеток между собой, а такое их соединение, которое приводит к формированию определённых правильных типов гистологических структур, специфичных для данных типов клеток. Специфичность клеточной адгезии определяется наличием на поверхности клеток белков клеточной адгезии — интегринов, кадгеринов и др.

Клей | Определение, типы, использование, материалы и факты

Связанные темы:

цемент жвачка миномет клей клей-расплав

См. все сопутствующие материалы →

клей , любое вещество, способное скреплять материалы функциональным способом за счет прикрепления к поверхности, препятствующей разделению. «Клей» в качестве общего термина включает цемент, слизь, клей и пасту — термины, которые часто используются взаимозаменяемо для любого органического материала, образующего адгезионную связь. Неорганические вещества, такие как портландцемент, также могут считаться клеями в том смысле, что они скрепляют такие объекты, как кирпичи и балки, посредством прикрепления к поверхности, но эта статья ограничивается обсуждением органических клеев, как натуральных, так и синтетических.

Натуральные клеи известны с древних времен. Египетская резьба, датируемая 3300 годами, изображает приклеивание тонкого куска шпона к тому, что кажется доской платана. Папирус, ранний нетканый материал, содержал волокна похожих на тростник растений, скрепленных мучной пастой. Битум, древесная смола и пчелиный воск использовались в качестве герметиков (защитных покрытий) и клеев в древние и средневековые времена.

Сусальное золото освещенных рукописей приклеивалось к бумаге яичным белком, а деревянные предметы приклеивались клеем из рыбы, рога и сыра. Технология животных и рыбных клеев развивалась в 18 веке, а в 19появились цементы на основе каучука и нитроцеллюлозы. Решительные достижения в технологии клеев, однако, ждали в 20-м веке, когда натуральные клеи были улучшены, и многие синтетические вещества вышли из лаборатории, чтобы заменить натуральные клеи на рынке. Быстрый рост авиационной и аэрокосмической промышленности во второй половине 20-го века оказал глубокое влияние на технологию клеев. Потребность в клеях, обладающих высокой структурной прочностью и устойчивых как к усталости, так и к суровым условиям окружающей среды, привела к разработке материалов с высокими эксплуатационными характеристиками, которые в конечном итоге нашли свое применение во многих промышленных и бытовых целях.

Эта статья начинается с краткого объяснения принципов адгезии, а затем переходит к обзору основных классов натуральных и синтетических клеев.

Адгезия

Принцип работы клея и других клеев

Посмотреть все видео к этой статье

При выполнении клеевых соединений физические и химические свойства клея являются наиболее важными факторами. Также важными для определения того, будет ли клеевое соединение работать должным образом, являются типы клея (то есть соединяемые компоненты, например, металлический сплав, пластик, композитный материал) и характер предварительной обработки поверхности или грунтовки. Эти три фактора — клей, адгезия и поверхность — влияют на срок службы склеиваемой конструкции. На механическое поведение склеиваемой конструкции, в свою очередь, влияют детали конструкции соединения и способ передачи приложенных нагрузок от одного соединения к другому.

Неотъемлемым условием формирования приемлемой адгезионной связи является способность клея смачиваться и растекаться по соединяемым склеиваемым поверхностям. Достижение такого межфазного молекулярного контакта является необходимым первым шагом в формировании прочных и устойчивых клеевых соединений. Как только смачивание достигнуто, собственные адгезионные силы генерируются через поверхность раздела с помощью ряда механизмов. Точная природа этих механизмов была объектом физических и химических исследований, по крайней мере, с 19 века.60-х годов, в результате чего существует ряд теорий адгезии. Основной механизм адгезии объясняется адсорбционной теорией, утверждающей, что вещества прилипают прежде всего за счет тесного межмолекулярного контакта. В клеевых соединениях этот контакт достигается за счет межмолекулярных или валентных сил, действующих между молекулами в поверхностных слоях клея и адгезива.

В дополнение к адсорбции были предложены четыре других механизма адгезии. Первая, механическая блокировка, возникает, когда клей затекает в поры склеиваемой поверхности или вокруг выступов на поверхности. Второй, взаимодиффузионный, возникает, когда жидкий клей растворяется и диффундирует в слипшиеся материалы. В третьем механизме, адсорбции и поверхностной реакции, связывание происходит, когда молекулы клея адсорбируются на твердой поверхности и химически реагируют с ней.

Из-за химической реакции этот процесс несколько отличается от описанной выше простой адсорбции, хотя некоторые исследователи считают химическую реакцию частью общего процесса адсорбции, а не отдельным механизмом адгезии. Наконец, электронная или электростатическая теория притяжения предполагает, что электростатические силы возникают на границе раздела между материалами с различной структурой электронных зон. Как правило, более чем один из этих механизмов играет роль в достижении желаемого уровня адгезии для различных типов адгезива и адгезива.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подписаться сейчас

При образовании адгезивной связи на границе между адгезивом и адгезивом возникает переходная зона. В этой зоне, называемой межфазной, химические и физические свойства клея могут значительно отличаться от таковых в неконтактных частях. Обычно считается, что межфазный состав определяет долговечность и прочность клеевого соединения и в первую очередь отвечает за передачу напряжения от одного склеиваемого материала к другому.

Межфазная область часто является местом воздействия окружающей среды, что приводит к разрушению соединения.

Прочность клеевых соединений обычно определяется разрушающими испытаниями, при которых измеряются напряжения, возникающие в точке или на линии излома испытуемого образца. Используются различные методы испытаний, в том числе испытания на отрыв, растяжение внахлестку, скалывание и испытания на усталость. Эти испытания проводятся в широком диапазоне температур и в различных условиях окружающей среды. Альтернативный метод характеристики клеевого соединения заключается в определении энергии, затраченной на расщепление единицы площади межфазной границы. Выводы, полученные из таких энергетических расчетов, в принципе полностью эквивалентны выводам, полученным из анализа напряжений.

Клеящие материалы

Практически все синтетические клеи и некоторые натуральные клеи состоят из полимеров, которые представляют собой гигантские молекулы или макромолекулы, образованные путем соединения тысяч более простых молекул, известных как мономеры. Образование полимера (химическая реакция, известная как полимеризация) может происходить во время стадии «отверждения», на которой полимеризация происходит одновременно с образованием адгезионной связи (как в случае с эпоксидными смолами и цианоакрилатами), или полимер может быть формируется до того, как материал наносится в качестве клея, как и в случае термопластичных эластомеров, таких как блок-сополимеры стирола, изопрена и стирола. Полимеры придают прочность, гибкость и способность растекаться и взаимодействовать на склеиваемой поверхности — свойства, необходимые для формирования приемлемых уровней адгезии.

Натуральные клеи

Натуральные клеи в основном животного или растительного происхождения. Хотя спрос на натуральные продукты снизился с середины 20-го века, некоторые из них продолжают использоваться с изделиями из дерева и бумаги, особенно в производстве гофрированного картона, конвертов, этикеток для бутылок, книжных переплетов, картонных коробок, мебели, а также ламинированной пленки и фольги. . Кроме того, в связи с различными природоохранными нормами повышенное внимание уделяется натуральным клеям, полученным из возобновляемых ресурсов. Наиболее важные натуральные продукты описаны ниже.

Клей для животных

Термин «клей для животных» обычно ограничивается клеями, приготовленными из коллагена млекопитающих, основного белкового компонента кожи, костей и мышц. При обработке кислотами, щелочами или горячей водой обычно нерастворимый коллаген медленно становится растворимым. Если исходный белок чистый, а процесс конверсии мягкий, продукт с высокой молекулярной массой называется желатином и может использоваться для пищевых продуктов или фотографических продуктов. Материал с более низким молекулярным весом, полученный в результате более интенсивной обработки, обычно менее чистый и имеет более темный цвет и называется животным клеем.

Клей для животных традиционно использовался для соединения древесины, переплетного дела, производства наждачной бумаги, плотных гуммированных лент и в подобных целях. Несмотря на преимущество высокой начальной липкости (липкости), многие клеи животного происхождения были модифицированы или полностью заменены синтетическими клеями.

Казеиновый клей

Этот продукт производится путем растворения казеина, белка, полученного из молока, в водном щелочном растворителе. Степень и тип щелочи влияют на поведение продукта. При склеивании древесины казеиновые клеи обычно превосходят настоящие животные клеи по влагостойкости и характеристикам старения. Казеин также используется для улучшения адгезионных характеристик красок и покрытий.

Клей с кровяным альбумином

Клей этого типа изготавливается из сывороточного альбумина, компонента крови, который можно получить либо из свежей крови животных, либо из высушенного растворимого порошка крови, к которому добавлена ​​вода. Добавление щелочи к белково-водным смесям улучшает адгезионные свойства. Большое количество клеевых продуктов из крови используется в фанерной промышленности.

Крахмал и декстрин извлекаются из кукурузы, пшеницы, картофеля или риса. Они представляют собой основные типы растительных клеев, растворимых или диспергируемых в воде и получаемых из растительных источников по всему миру. Крахмальные и декстриновые клеи используются в производстве гофрированного картона и упаковки, а также в качестве клея для обоев.

Вещества, известные как натуральные камеди, которые извлекаются из их природных источников, также используются в качестве клеев. Агар, коллоид морских растений (суспензия очень мелких частиц), экстрагируется горячей водой и затем замораживается для очистки. Альгин получают путем переваривания морских водорослей в щелочи и осаждения либо соли кальция, либо альгиновой кислоты. Гуммиарабик собирают с деревьев акации, которые искусственно ранят, чтобы камедь выделялась. Другим экссудатом является латекс натурального каучука, который собирают из Гевея деревья. Большинство жевательных резинок используются главным образом в продуктах, увлажняемых водой.

Адгезия: определение, теория и типы

Содержание

Адгезия является одним из важных свойств материала, которое необходимо учитывать для понимания влияния взаимодействий между различными материалами в природе. Эти знания также применяются в случае искусственных материалов различного назначения. Адгезионное соединение — еще одна важная область исследований в области материаловедения, направленная на создание новых материалов или композитов.

Рис-1 Схематическое изображение адгезии клея на поверхности [1]

Адгезия — это не что иное, как притяжение между двумя разнородными фазами материалов. Существуют различные теории, объясняющие адгезию, и также считается, что адгезия возникает из-за различных факторов, таких как механическая блокировка, физическая связь, химическая связь и т. д. Существуют различные силы, ответственные за межмолекулярные взаимодействия, такие как слабые силы Ван-дер-Ваальса, ковалентные связи, так и за счет диполь-дипольных взаимодействий и др. [2].

Различные факторы, влияющие на адгезию [3]:

1. Чистота поверхности: Чистые поверхности имеют тенденцию к большей адгезии, поскольку в случае нечистых поверхностей присутствие поверхностных оксидов и абсорбированных газов может не способствовать надлежащей адгезии . Следовательно, поверхность идеально очищается, чтобы потерять вещество.
2. Физические факторы: Различные физические факторы, такие как время режима приемки, температура и давление, также играют жизненно важную роль в определении адгезии на поверхности, поэтому скорость адгезии зависит от этих факторов.
3. Контактный угол: Контактный угол является мерой смачиваемости поверхности, поэтому поверхность лучше смачивается при более низких углах контакта. Это способствует лучшему сцеплению с поверхностью.

1. Механическая адгезия : Этот тип адгезии происходит из-за механического сцепления между двумя разнородными фазами, которые соединяются друг с другом только механическими силами. Обычно его можно найти в полимерах, когда прилипший полимер затекает в пустоты подложки, вызывая взаимное зацепление, как кусочки головоломки, затвердевание жидкости вызывает прочную механическую связь. Механическая адгезия показана на рис. 2.

Рис-2 Представление механической адгезии [4]

2. Электростатическая адгезия : Этот тип возникает из-за электростатически заряженной двойной связи, образующейся на границе склеивания из-за взаимодействия клея и адгезива, что в значительной степени способствует прочности связи. Это создает притягивающую электростатическую или кулоновскую силу между двумя материалами, как две пластины конденсатора. Электростатическая адгезия показана на рис. 3.

Рис-3 Представление электростатической адгезии [4]

3. Химическая адгезия: Это тип адсорбции в тех материалах с более сильными химическими связями (ионными, ковалентными металлическими) через поверхность соединения . Химическая адгезия является подвидом специфической адгезии. Атомы/молекулы двух сцепляющихся материалов образуют химические связи, которые могут иметь ионный или ковалентный характер. Обычно это самая сильная форма адгезии. Химическая адгезия показана на рис. 4.

Рис-4 Представление химической адгезии [4]

4. Дисперсионная адгезия: Это тип адгезии, при котором силы притяжения между двумя материалами объясняются межмолекулярными взаимодействиями между молекулами каждого материала. Механизм дисперсионной адгезии широко рассматривается как наиболее важный из пяти механизмов адгезии из-за его присутствия во всех типах адгезивных систем и его относительной прочности. Дисперсионная адгезия показана на рис. 5.

Рис-5 Представление дисперсионной адгезии [4]

5. Диффузионная адгезия : Слияние материалов посредством диффузии – когда молекулы обоих материалов подвижны и растворимы друг в друге. Механическая адгезия на молекулярном уровне: когда молекулы с одной поверхности могут проникать на противоположную поверхность, оставаясь при этом связанными с фазой своей поверхности (полимер-полимер). Диффузионная адгезия показана на рис. 6.

Рис-6 Представление диффузионной адгезии [4]

Дальнейшее чтение:

Адгезивный износ

[1] https://www.buehnen.de/en/service-en/glossary/adhesion

[2] Packham, DE, 2011. Теории фундаментальной адгезии. Справочник по технологии склеивания , стр.9-38.

[3] https://roymech.org/Useful_Tables/Adhesives/Adhesive_Bond.html

[4] Ebnesajjad, CF (nd). Обработка поверхности материалов для склеивания при содействии Copyright © 2006 by William Andrew, Inc.

Манодж Раджанкунте Махадешвара

В настоящее время я работаю аспирантом в Университете Лидса. Ранее я закончила магистратуру по престижной совместной магистерской программе Erasmus Mundus (магистр трибологии). Я также получил степень бакалавра в области машиностроения в ВТУ, Белгаум, Индия. Я работаю менеджером по социальным сетям в Tribnet, а также у меня есть свой канал на YouTube Tribo Geek.