Молекулярный механизм образования клеевого соединения

Клеевое соединение при отверждении клея образуется в результате затвердевания прослойки жидкого клея, находящегося между двумя поверхностями. Для склеивания необходимо чтобы клей хорошо смачивал поверхности, прилипал к ним и образовывал прочную прослойку. Смачивание и прилипание обусловлено действием межмолекулярных сил, проявляющихся при тесном контакте жидкости и твердого тела.

Клеем, вообще говоря, может быть любое вещество, смачивающее поверхности и переходящее в твердое со­стояние (происходит отверждение клея, которым можгут являться: природные и синтетические смолы, расплавы минералов, растворы полимеров и солей, расплавы ме­таллов, вода и др.). Наибольшее применение в качестве клеев получили синтетические полимеры, используемые в виде растворов, расплавов, полупродуктов (олигоме­ров) и исходных соединений — мономеров. Применение полимеров для склеивания обусловлено прежде всего их высокими адгезионными свойствами - способностью прочно прилипать к различным поверхностям. Благода­ря ориентированию (упорядочению) молекул при кон­такте с поверхностью различных материалов полимеры образуют прочную клеевую прослойку, обладающую необходимым для клеевого соединения комплексом вязкоупругих свойств.

Согласно молекулярной (адсорбционной) теории адгезионное взаимодействие полимера с поверх­ностью происходит в две стадии: сначала макромолеку­лы мигрируют к поверхности, затем адсорбируются на ней и ориентируются. При склеивании олигомерами и мо­номерами ориентация молекул происходит в процессе их роста (при отверждении клея). Все это приводит к тому, что в клеевом слое образуются три зоны:

 1) про­слойка ориентированных молекул, удерживаемых у по­верхности твердого тела силами межмолекулярного взаимодействия (адгезионный слой);

2) прослойка мо­лекул е промежуточной ориентацией, обусловленной переходом от плотного адгезионного слоя к менее упо­рядоченной структуре полимера в блоке (переходный слой);

3) основной слой с более или менее равномерной по объему концентрацией межмолекулярных связей.

Механизм образования трехслойной структуры (при отверждение клея) в до­статочной степени условен, однако он помогает объяс­нить некоторые свойства клеевых соединений, например зависимость прочности от толщины клеевой прослойки. Чем тоньше клеевая прослойка, тем, по-видимому, больше в ней удельное содержание ориентированных слоев и тем, следовательно, прочнее клеевое соедине­ние. При разрушении редко удается получить истинно адгезионное отслаивание, что также, вероятно, объяс­няется многослойной структурой клеевой прослойки.

Прочное удержание адгезионного слоя, после отверждения, клея на поверх­ности твердого тела возможно только при очень тесном контакте, когда расстояние между молекулами меньше 5А. В обеспечении плотного контакта существенную роль играют диффузионные процессы на границе разде­ла. Благодаря подвижности звеньев и гибкости цепей макромолекул клей глубже внедряется в поверхность; при этом число межмолекулярных связей увеличивается. Такие явления возможны в системах «полимер — металл, полимер — стекло», но наибольший эффект достигается в системах «полимер — полимер», где наблюдается взаимная диффузия. Например, взаимная диффузия на глубину 5—10 А, соответствующую длине не­скольких звеньев макромолекул, увеличивает площадь молекулярного контакта в 3—5 раз.

Результатом поверхностной ориентации макромоле­кул при контакте полимера с твердым телом может быть образование двойного электрического слоя.

Действующие при этом электростатические силы убы­вают с расстоянием значительно медленнее, чем межмолекулярные, и могут обеспечить связь (притяжение) на расстоянии сотен А. Они, в частности, могут стяги­вать микротрещины, появляющиеся в клеевом соедине­нии при отверждении или нагружении.

Таким образом, адсорбционные процессы, обуслов­ливающие адгезионную связь при отверждение клея, сопровождаются диффу­зионными и электрическими явлениями, дополняющими наше представление о молекулярном механизме образования клеевого соединения.