Дипломная работа: Исследование зависимости прочности клеевых соединений от технологических параметров склеивания при изготовлении верхней одежды

2 адсорбционная теория высокополимерных материалов;

3 электронная;

4 реологическая (теория пограничных слоев и промежуточных фаз);

5 поглощения (термодинамическая);

6 диффузии;

7 химических связей;

8 склеивания текстильных материалов.

Каждая из перечисленных теорий имеет преимущественное значение для определенного вида твердых тел в зависимости от условий склеивания. Поэтому они не отвергают друг друга, а формируют общее многостороннее явление, которое называют адгезией.

Почти все основные теории были разработаны не для текстильных материалов, а для твердых тел, поэтому при использовании их в применении к текстильным материалам необходимо учитывать, что все компоненты адгезионного взаимодействия (клеи и текстильные материалы) представляют собой высокополимерные материалы.

Механическая теория. Общепризнанным фактом является то, что адгезия определяется не только межмолекулярным взаимодействием на границе фаз, но и механическим поведением материалов.

Механическая связь между клеем и субстратом с этой точки зрения подобна шиповому или заклепочному соединению. Наиболее наглядный пример механического сцепления представляет собой пара "каучук — текстильный материал". Проникновение концов волокон в каучук является наиболее важным фактором, влияющим на прочность клеевого соединения. Для расчета силы разрушения клеевого соединения используют следующее выражение:

, (1.1)

где — постоянный коэффициент;

— компонент механического взаимодействия (пора, трещина и т.п.);

— площадь взаимодействия компонентов поверхностей склеенных тел.

Согласно уравнению (1.1) сильное сцепление может быть достигнуто путем регулирования формы поверхности и показателей ее физико-механических свойств, т.е. величины S. В частности, увеличение шероховатости поверхности способствует повышению прочности клеевого соединения. Шероховатость поверхности текстильных материалов может быть повышена как механическими способами, в частности ворсованием, так и физико-химическими способами с применением плазмы. Оба способа пригодны для повышения прочности клеевых соединений текстильных материалов и используются на практике. Шероховатость поверхности текстильных материалов, описываемая с помощью специальных материаловедческих терминов, влияет на площадь адгезионного контакта [4].

Адсорбционная теория высокополимерных материалов наиболее полное развитие получила в 1944—1947 гг. Образование адгезионного соединения согласно этой теории происходит в две стадии.

На первой стадии после нанесения жидкого адгезива на поверхность субстрата происходит миграция макромолекул адгезива из раствора к поверхности субстрата вследствие броуновского движения. Полярные группы макромолекул адгезива приближаются к полярным участкам (активным центрам) субстрата. Действие внешнего давления и высокая температура ускоряют этот процесс.

На второй стадии имеет место сорбция. При расстоянии между молекулами адгезива и субстрата менее 5 нм начинают действовать молекулярные силы, энергия которых составляет (кДж/моль), до: водородные – 50; диполь-дипольные – 20; дисперсионные - 41,8; индуцированные дипольные – 2.

Слабость этой теории обычно видят в несовпадении значений фактической работы расслаивания клеевого соединения и теоретически рассчитанной энергии всех межмолекулярных сил, которые могут возникнуть: первая всегда больше второй.

Применительно к объектам швейного производства данная теория не объясняет, почему возникает адгезионное соединение между неполярным полиэтиленом и некоторыми видами неполярных волокон. Использование ее в практических целях, например для прогнозирования прочности клеевых соединений деталей одежды, невозможно [4].

Электронная теория впервые была выдвинута группой российских ученых под руководством Б.В.Дерягина в 1948 г. В ее основе лежит физическое явление — выравнивание уровней Ферми за счет передачи электронов от адгезива к твердому телу при их контакте. Это явление может способствовать появлению на промежуточной поверхности двойного слоя электронов, в котором возникшие электростатические силы могут существенно увеличить адгезию. По этой теории соединение адгезива и твердого тела можно рассматривать как конденсатор.

При разрушении такого клеевого соединения, т.е. при отделении двух пластинок конденсатора друг от друга, происходит увеличение разности потенциалов на всем протяжении существующих зарядов, что обычно экспериментально подтверждается. Сцепление между адгезивом и твердым телом образуется благодаря силам электростатического притяжения, действующим в двойном электрическом слое. Энергия отделения G_e зависит от потенциала разряда V_e следующим образом:

, (1.2)

где h — расстояние, на котором происходит разряд;

— диэлектрическая постоянная.

В соответствии с таким подходом адгезия может изменяться при изменении давления газа, в атмосфере которого происходит измерение величины G_e .В этой теории не учитывается энергия, которая выделяется при изменении вязкости или пластичности адгезива во время его плавления.

Вместе с тем необходимо отметить, что применительно к соединениям текстильных материалов зависимость прочности клеевых соединений от эмиссии электронов при нарушении соединений существует. При разрушении прочных клеевых соединений электрические явления наиболее выражены.Реологическая теория (теория пограничных слоев и промежуточных фаз). При образовании клеевых соединений возникают промежуточные зоны, показатели свойств которых отличны от аналогичных показателей компонентов клеевого соединения. Принцип этой теории формулируют следующим образом, если нарушение клеевого соединения происходит в пограничных зонах, то работа разрушения будет зависеть от силы адгезии наиболее слабого пограничного слоя. Поэтому сила адгезии G всегда равна энергии адгезии в наиболее слабом промежуточном слое G_c .

Соединения бывают слабыми в том случае, когда возникают слабые адгезионные связи (или недостаточное число связей). На поверхности субстрата образуется слой адсорбированных молекул газа, воды, низкомолекулярных продуктов из клея. Этот слой ослабляет адгезионное взаимодействие; под его влиянием формируется слабая зона, которая и обусловливает малую прочность всего клеевого соединения. Эти слои называют переходными. Соединение субстрата с клеем следует рассматривать как систему, состоящую из нескольких слоев (рисунок 1.1).