Прочность адгезионного соединения

18 Апреля в 10:03 1980 0


Требуемая прочность адгезии может быть достигнута за счет согласованного взаимодействия нескольких адгезионных механизмов, таких как большая площадь поверхности близкого контакта между адгезивом и субстратом, обеспечивающая множество участков для образования слабых вторичных связей, поверхностные поднутрения, создающие условия для микромеханического сцепления.

 

Теоретическая прочность

 

Имеется возможность определить приблизительной значение теоретической прочности адгезионного соединения между жидкостью и твердым телом.

 

Предположим единицу площади поверхности твердого тела, находящуюся в контакте с жидкостью. Энергия, которая потребуется для разделения этих материалов, будет представлять собой разницу между любой, определенной в практических условиях. Например, две стеклянных пластины, удерживаемые находящейся между ними жидкостью, трудно отделить друг от друга путем отрыва, однако их легко разделить сдвигая одну пластину по отношению к другой, поскольку сопротивление сдвигу определяется только вязкостью находящейся между ними жидкости.

 

Таким образом, для жидкого адгезива недостаточно смачивать поверхность субстрата и обеспечивать химическую связь между ними. Он должен также противостоять действию растягивающих и сдвигающих усилий, которые могут вызвать разрушение внутри самого адгезива. Повышение вязкости может увеличить сопротивление сдвигу, и на этом основан принцип действия односторонних клейких лент.

 

Когда две круглые пластины соединены вместе находящейся между ними вязкой жидкостью (Рис. 1.10.11), то при попытке их разделить соотношение между силой, которая потребуется для их разделения, и вязкостью жидкости можно выразить следующим образом:

 

F =3/2 (nr|R/ri)(oiT./5t),

 

где г| — это вязкость, R — радиус пластин, h — толщина адгезива.

 stomatologicheskoe materialovedenie_1.10.11.jpg

Рис. 1.10.11. Две пластины удерживаются вместе слоем вязкой жидкости между ними

 

 

Не рассматривая каким образом было выведено это уравнение, отметим, что в основе его было принято допущение, заключающееся в добавлении дополнительного количества жидкости для заполнения увеличивающегося пространства между двумя пластинами по мере их отдаления друг от друга при разделении. Это уравнение показывает, что сила зависит от вязкости и толщины слоя адгезива. Чем выше вязкость адгезива, и чем меньше его толщина, тем более высоким должно быть усилие, требуемое для разделения двух пластин. Это выражение также показывает, что требуемое усилие зависит от скорости отделения одной пластины от другой.

 

При высоких скоростях разделения пластин возникающее сопротивление будет намного большим, чем при низких. Адгезионная связь не способна сопротивляться длительному воздействию низких нагрузок, поскольку в конце концов она разрушится из-за вязкого течения. Следовательно, лучшее сопротивление сдвигу может оказывать жидкость, которая превращается в твердое вещество, поскольку это существенно повышает ее устойчивость к сдвигу.

 

Реальная прочность связи

 

Было установлено, что реальная прочность адгезионного соединения, как минимум, на порядок меньше, чем полученная путем теоретических расчетов. Кроме того, нередко наблюдают, что разрыв связи происходит чаще всего не по поверхности раздела между адгезивом и субстратом, а внутри адгезива, что является не адгезионным, а когезионным разрушением.

 

Там же, где разрушение действительно носит адгезионный характер, наиболее вероятной причиной его возникновения можно считать неспособность адгезива обеспечить близкий контакт с субстратом, и поэтому взаимодействие на молекулярном уровне оказывается невозможным. Препятствиями для хорошего контакта могут быть загрязнения субстрата, или захват воздуха или иного газа на поверхности раздела. В этом случае разрушение адгезионного контакта может происходить по поверхности раздела, возникающее в результате образования и роста пустот в ослабленных участках вдоль границы адгезионного соединения. Здесь следует еще раз подчеркнуть важность чистоты поверхностей для получения прочного адгезионного соединения.

 

В действительности, прочность многих адгезионных связей зависит в большей степени от концентраций напряжения в адгезиве или на поверхности раздела между адгезивом и субстратом, чем от локальных сил притяжения, действующих на поверхности раздела. Особенно это относится к таким случаям, когда адгезионное соединение подвергается воздействию агрессивных веществ, содержащихся в окружающей среде, или концентрации высоких напряжений. Обычно адгезивы обладают более низкими механи ческими свойствами (т.е. пределами прочности на растяжение и на сдвиг), чем субстраты, с которыми  они связаны, следовательно, важнейшую роль могут играть поверхностные и внутренние дефекты адгезива, от которых и будет зависеть прочность адгезионного соединения. 

 

Например, если на поверхности или внутри адгезива, связанного с субстратом, имеются многочисленные дефекты, то вероятность обнаружения дефекта критического размера будет возрастать по мере увеличения площади поверхности адгезива. По той же причине следует стремиться к минимальной толщине нанесенного слоя адгезива. Пленка наносимого адгезива должна быть очень тонкой, но этому мешает введение в адгезив частиц наполнителя для повышения его прочности.

 

Существует еще одна причина, по которой количество наносимого адгезива должно быть минимальным. Это — усадка при твердении адгезива. При усадке адгезива возникают силы сжатия, которые действуют в направлении от поверхности субстрата. Если силы сжатия будут достаточно высокими, то это может привести к отрыву адгезива от субстрата сразу же после его отверждения. Но даже, если в начальный период после отверждения адгезива, несмотря на действие усадочных сил сжатия, связь будет сохраняться, со временем накопление напряжений может привести к разрушению адгезионного соединения. Чем тоньше слой адгезива. тем меньше будет его усадка.

 

Клиническое значение

 

Нередко в совместимых с субстратами системах адгезивов, таких, как протравленная кислотой эмаль H полимер, происходит разрушение связи. Это связано с неправильным выполнением или невыполнением каких-то процедур, поскольку при тщательном выполнении условий обеспечения адгезии прочность связи между адгезивом и субстратом будет очень высокой.

Основы стоматологического материаловедения
Ричард ван Нурт

Похожие статьи
показать еще
 
Стоматология и ЧЛХ