В результате усадки клеевых пленок в процессе их отверждения возникают внутренние напряжения, существенно влияющие на прочность клеевых соединений. Так как при отверждении пленки объем ее может только уменьшиться, то внутренние напряжения, как правило, являются напряжениями растяжения.


Сущность оптического метода заключается в определении напряжений, возникающих в стекле (подложке) и пленке клея в зоне контакта в момент отделения клея от стекла. Если прочность адгезионных связей между клеем и подложкой достаточна, то усадочные напряжения, возникающие в клее, воспринимаются подложкой как механические нагрузки. Если подложка сделана из оптически активного материала, в ней проявляется двойное лучепреломление, по величине которого и определяют возникающие напряжения.


химический состав клеев


Исследование химического состава клеев является необходимым при установлении правильности рецептуры клея, а также при определении химической природы неизвестного клеящего материала.


Исследование химического состава клеевых композиций затруднено тем, что в большинстве случаев в состав клея входит несколько компонентов, химическая природа которых совершенно различна. Изучение химической природы уже отвержденных клеев является еще более сложной задачей, так как в процессе отверждения клея (в частности, термореактивного) его компоненты во многих случаях претерпевают необратимые превращения.


Исследование должно быть начато с разделения композиции на составные части с тем, чтобы потом подвергнуть анализу выделенные -компоненты. Если клеевая композиция представляет собой раствор полимера или смеси полимеров в каком-либо органическом растворителе или в смеси растворителей (что встречается наиболее часто), то прежде всего необходимо по возможности полно отогнать растворитель и установить концентрацию клея. Удалять растворитель нужно осторожно, чтобы избежать воздействия повышенной температуры на компоненты клея. Если растворитель имеет высокую температуру кипения, то его отгонку следует вести под вакуумом.


При наличии в составе клея нерастворимых органических (сажа, древесная мука, молотые отходы фенопластов и др.) или минеральных (цемент, слюда, кварцевая или фарфоровая мука, белая сажа, порошкообразные металлы и др.) наполнителей они должны быть отделены центрифугированием или другими методами и исследованы самостоятельно.


После отделения наполнителя и отгонки основной массы растворителя остаток растворителя удаляют путем высушивания клея в вакуум-сушилке при комнатной или возможно более низкой температуре. Отогнанный растворитель также исследуется самостоятельно.


Оставшееся после отгонки растворителя вещество (так же, как и не содержащие растворителя клеящие материалы) проходит следующие предварительные испытания:


исследование поведения вещества в пламени;
сухая перегонка вещества;
проведение качественных реакций на определение хлора, азота, серы и кремния;
определение числа омыления.


Если исследуемый клей представляет собой смесь полимеров, то разделить его на составляющие иногда удается путем переосаждения или фракционирования.


Если на основании данных предварительного анализа можно предположить, что исследуемый клей представляет собой один полимер, или если сложную композицию удалось разделить на составляющие, то в качестве вспомогательных методов анализа можно применить определение относительной плотности, молекулярного веса, растворимости, коэффициента рефракции, флуоресценции под влиянием ультрафиолетового излучения, а также элементный анализ вещества и определение содержания функциональных групп (ОН, СООН, С1 и др.).


Для этих исследований требуется тщательная очистка вещества от минеральных загрязнений, примесей мономеров, низкомолекулярных продуктов, остатков катализаторов и т. д. путем переосаждения (или разделения на небольшое число фракций), отгонки с водяным паром, промывки растворителями или водой и т. д. Очищенное вещество высушивают до постоянной массы.


Результаты предварительных исследований во многих случаях могут оказаться достаточными для определенного суждения о химической природе исследуемого клея.


адгезионные свойства клеев


Испытания адгезионных свойств клеев сводятся к определению силы, необходимой для разделения двух склеенных поверхностей. Характер разрушения склеенных поверхностей при этом может быть различным. При полном отслаивании клеевой пленки от подложки имеет место адгезионный отрыв; если разрушение идет по клеевому слою или по склеиваемому материалу, отрыв является когезионным. Существует также третий тип отрыва — смешанный (адгезионно-когезионный), при котором расслаивание происходит частично с отслаиванием клеевого слоя от подложки и частцчно по клею или подложке.


Количественно адгезионная способность того или иного полимера может быть определена при разрушении клеевого соединения при отслаивании (отдире и неравномерном отрыве) или равномерном отрыве. Силу, которую приходится преодолевать при равномерном отрыве, отнесенную к единице площади, называют адгезионным давлением или давлением прилипания, а также удельным прилипанием и выражают в дин/см2 или г/см2. Сила, затрачиваемая при отслаивании, называется сопротивлением отслаиванию и выражается в дин/см или г/см. Иногда работу, затрачиваемую на отслаивание, отнесенную к единице склеенной поверхности, называют удельной работой отслаивания, работой адгезии или просто адгезией и выражают в эрг/см2.


Метод отслаивания применяют при определении прочности соединения тонкой пленки с твердой подложкой, т. е. в тех случаях, когда разрушение начинается с краев пленки. При исследовании прочности склеивания двух массивных тел более целесообразно применять метод равномерного отрыва. Весьма распространенным для определения адгезионных свойств является также метод определения прочности при сдвиге.


Определение адгезионных свойств может быть осуществлено на динамометрах обычного типа или же с применением специальных приборов — адгезиометров. Известны различные типы адге-зиометров. Прибор для определения адгезии методом неравномерного отрыва, так называемый угловой адгезиометр (рис. IV.6), пригоден для определения адгезионных свойств некоторых клеевых пленок с относительно невысокой адгезией (главным образом на основе термопластичных полимеров). При испытании на пластинку 1, которая может вращаться вокруг горизонтальной оси, наносят слой клея. Высохшую пленку 2 разрезают на полоски определенной ширины и нижний конец полоски, слегка отделенный лезвием бритвы от поверхности, натягивают грузом 3. Пока пластинка с пленкой находится в вертикальном положении, отрыва пленки не происходит. При осторожном вращении пластинки вокруг оси при определенном угле между пластинкой и вертикальной осью происходит отрыв пленки от пластинки.


Описанный метод является достаточно простым и дает воспроизводимые результаты, однако получающиеся результаты зависят от скорости отрыва, которая меняется при изменении веса груза и угла отрыва.


Существенным преимуществом усовершенствованного прибора подобного типа [11] является то, что отрыв пленки производится при помощи электромотора, причем скорость, сила и угол отрыва (90°) постоянны. Прибор непригоден и для испытания пленок, обладающих высокой адгезией.


Для определения влияния скорости отрыва на прочность прилипания полимеров [12] сконструирован специальный роликовый адгезиометр. Определение адгезионных свойств на этом приборе можно проводить на различных подложках (сталь, стекло и др.).


По методу НИИЛК [1] адгезия полимеров определяется силой, которую нужно приложить к ножу в направлении его движения, чтобы отделить пленку от подложки. Этот же принцип лежит в основе работы адгезиометра, пригодного только для испытания полимеров с относительно небольшой адгезией.


Предложена видоизмененная конструкция этого прибора [13], пригодная для испытания различных полимеров с большей адгезионной способностью. В ней клинообразное приспособление для снятия пленки заменено куском лезвия безопасной бритвы шириной 4 мм. Для укрепления резца сконструировано специальное приспособление, обеспечивающее возможность регулирования равномерности соприкосновения резца с подложкой, а также возможность изменения угла наклона и поворота резца к подложке. Для обеспечения плотного прилегания ножа к пластинке на головке предусмотрено приспособление для помещения груза. Передвижение платформы производится с помощью мотора. Этим прибором, который назван адгезиометром ГИПИ-4, можно с большой точностью измерять адгезию различных материалов, нанесенных на стеклянную пластинку.


Исследования, проведенные с помощью этого адгезиометра, показали, что на адгезию полимера не влияет ширина испытуемой пленки, но большое влияние оказывает ее толщина: с уменьшением толщины клеевой пленки адгезия возрастает.


Для исследования «самослипания» пленок полимеров (в частности, каучуков) предложен метод скрещенных нитей, сущность, которого сводится к измерению силы, с которой прилипают две скрещенные нити (из кварца), покрытые пленками исследуемого полимера [14].


Описаны и другие методы испытания адгезионной способности клеев [15], в том числе метод штифтов, который заключается в, том, что в подложке просверливают отверстия, в которые устанавливают по скользящей посадке штифты. После этого на поверхность торцов штифтов наносят пленку полимера. По окончании формирования пленки штифты выдергивают и определяют силу отрыва штифта от покрытия. Для устранения искажения результатов испытания вследствие прогиба пленки предложено применять метод скручивания штифтов; по усилию скручивания определяется прочность склеивания полимера с подложкой (штифтом) [16].


Описаны методы измерения адгезии с помощью ультразвуковых, колебаний [17], с применением ультрацентрифуги [18], пневмо-гидравлические, инерционные и другие методы [19].