Методы равномерного отрыва

Методом равномерного отрыва измеряют величину усилия, не­обходимого для отделения адгезии от субстрата одновременно по всей площади контакта. Усилие при этом прикладывается пер­пендикулярно плоскости клеевого шва, а величина адгезии харак­теризуется силой, отнесенной к единице площади контакта (в Г/см2 или кГ/см2). Некоторые из этих методов стандартизованы.

Резино-металлические образцы для определения адгезии резины к металлам.

Чаще всего для измерения адгезии пользуются образцами гриб­кового типа, между торцовыми поверхностями которых находится адгезия. Таким способом измеряют, например, адгезию резины к металлам. Формы грибков и прослоечной резины весьма различны.

Чтобы избежать образования шейки при испытании, предло­жены образцы с диаметром резинового диска, превышающим диа­метр металлического грибка. В последнее время рекомендованы грибки конической формы. Однако ценность такой модифика­ции сомнительна: концентрация усилий у вершины конуса, а также сочетание сдвига с отрывом создают весьма сложное распределе­ние напряжений. Образцы грибкового типа или просто склеен­ные торцами цилиндры используются также для определения адге­зии клеев к металлам. Клеевая прослойка в этом случае имеет толщину нескольких сотен микрон.

Для измерения адгезии лакокрасочных покрытий два грибка или цилиндра, имеющие на торцовой части уже сформиро­ванное покрытие, склеивают специально подобранным клеем, адгезия которого к покрытию должна быть выше, чем адгезия покрытия к подложке. К поверхности покрытия, нанесенного на подложку, иногда приклеивают отрывающее приспособление, а затем прикладывают усилие, направленное перпендикулярно по­верхности покрытия. Применение этого метода ограничено из-за трудности подбора соответствующего клея.

Схемы измерений адгезии полимеров к метал­лам:

а—цилиндрические образцы—гриб­ки; б—цилиндрические или призма­тические образцы с осевым крепле­нием; в—то же, с резьбовым креп­лением.

Адгезию резины к ткани также иногда определяют этим мето­дом. Образцы приготавливают следующим образом. Ткань приклеивают к торцовым поверхностям деревянных цилиндров, выступающие края ткани загибают и крепят проволокой в выточке на ци­линдре. Сырую резину накладывают на ткань и проводят вулканизацию. Подобным методом иногда измеряют адгезию заливочных компаундов к металлам, полимеров к стеклу, определяют прочность связи между слоями в стеклопластиках и т. д. На рисунках показаны некоторые схе­мы испытаний по этим методам. Ино­гда вместо склеенных встык цилинд­ров для измерения адгезии методом отрыва применяют образцы в виде крестовины. Таким ме­тодом измеряют адгезию клеев к ме­таллам, дереву и стеклу.

В образцах типа грибков и крестовин под действием нагрузки возникают сложные и неоднородные напряжения. Адгезия растя­гивается сильнее, чем субстрат, и в большей степени подвергается поперечному сжатию. Вследствие этого возникают сдвиговые на­пряжения. Результирующие напряжения в слое адгезии оказы­ваются неодинаковыми в различных местах площади контакта. Кроме того, растягивающее усилие не всегда прикладывается точно по оси образца. Все это вызывает наряду с отрывом появ­ление расслаивания. Ускоренная киносъемка показала отсутствие параллельности поверхностей склейки непосредственно в момент отрыва.

Схемы измерений адгезии полимеров к различным материалам методом отрыва:

а—резина к ткани (1 — ткань, укрепленная на деревянном грибке; 2— резина);
б — смола к стеклу (1-металлические цилиндры; 2 - стеклянные пластинки;
3 — клей; 4 — слой смолы); в — заливочные компаунды к металлам (1— метал­лическая подложка; 2—компаунд; 3— держатели).

Более равномерного распределения напряжений можно до­биться увеличением длины цилиндрического образца и уменьше­нием площади склеивания, что снижает влияние расслаивания при отрыве. В образцах типа крестовин особенно велика неоднородность напряжений. Так как нагрузка прикладывается к кон­цам брусков, они стремятся изогнуться, поэтому приходится поль­зоваться массивными образцами. При переходе к более толстым блокам сопротивление отрыву возрастает, что объясняется снижением гибкости блоков и соответственно более равномерным рас­пределением напряжений.

Определение адгезии клеев к различным материалам на образцах в форме крестовины;  1 — клеевой шов; 2 — захват для крепления образца при испытании; 3— бруски.	Принципиаль­ная схема измерения адге­зии методом штифтов:  1—планка с отверстиями; 2—штифт; 3— пленка покрытия.

Метод скрещенных нитей, в котором две кварцевые нити, покрытые пленками полимеров, приводятся в контакт, а затем отрываются друг от друга, позволяет измерить работу отрыва, по которой судят об адгезии. Этот метод оказался весьма эффектив­ным для изучения кинетики прилипания тел в самых различных условиях. Метод скрещенных нитей основан на том предположе­нии, что имеет место точечный контакт (поскольку применяются нити диаметром 20—100 мк) и нарушение контакта происходит мгновенно по всей площади путем равномерного отрыва. В дей­ствительности получить точечный контакт не удается, а определить истинную площадь контакта не представляется возможным. Это является одной из причин плохой воспроизводимости результа­тов. В тех случаях, когда адгезия и субстрат после приведения их в контакт подвергают полимеризации, вулканизации или ка­кому-либо другому необратимому химическому превращению, этот метод вообще неприменим.

Интересный метод определения адгезии покрытий к под­ложкам основан на отделении подложки от покрытия путем отрыва. Впервые он был разработан для определения сцепляемости электролитических осадков металлов с основой, а затем использован для определения адгезии полимерных покрытий к ме­таллам. Сущность метода сводится к следующему. В планке-под­ложке прямоугольного сечения просверливаются отверстия, в ко­торые вставляют цилиндрические или конические штифты по скользящей посадке. Торцы штифтов шлифуются вместе с план­кой, затем на эту плоскость наносится покрытие. После формиро­вания покрытия штифты выдергиваются. Однако ме­тод штифтов может оказаться непригодным при использовании покрытий в виде растворов с низким поверхностным натяжением: трудно будет избежать затекания раствора в зазор между штиф­том и стенкой отверстия. Кроме того, пленка покрытия должна обладать определенной механической прочностью, чтобы не произо­шло вместо отслаивания штифта разрушения пленки.

Имеется несколько методов отрыва адгезии от субстрата (или наоборот) путем сообщения адгезии или субстрату ускоре­ния.