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

Сила сопротивления срезу измеренная на промежуточном участке между волокном и матрицей из клея, находится в прямой зависимости от свободной энергии адгезии W. Работа сопротивления срезу G эквивалентна:

, (1.9)

где к — постоянная, равная 0,5 нм, что соответствует среднему расстоянию между молекулами при протекании физических явлений;

Е_m , E_f — соответственно модули упругости матрицы (адгезива) и волокна.

Влияние образованных промежуточных слоев, свойства которых резко отличаются от свойств адгезива, на упрочнение клеевого соединения подтверждено многочисленными экспериментами [4].

Теория диффузии основана на том, что возникновение адгезии между полимерами происходит из-за взаимной диффузии макромолекул в пограничные области. В результате образуется промежуточная фаза. Такой подход предложен С.С.Воюцким на основе изучения подвижности цепей макромолекул высокополимеров и их растворимости друг в друге. Теория диффузии предполагает проникновение как молекул жидкого адгезива в субстрат, так и молекул субстрата в адгезив в результате его набухания. Оба процесса приводят к исчезновению границы между фазами и образованию зоны, в которой один высоко полимер постепенно переходит в другой. В этом случае адгезия рассматривается не как поверхностное, а как объемное явление.

Диффузия макромолекул полимеров через поверхность раздела при ее большой протяженности возможна только при температуре выше температуры их плавления. Для развития диффузии в области раздела полимеры должны иметь термодинамическую совместимость. Кроме того, большинство полимеров не предрасположено к образованию однородных смесей друг с другом, это объясняется тем, что суммарная энтропия смеси двух полимеров значительно меньше, чем исходных низкомолекулярных компонентов. Вместе с тем энтальпия раствора выступает в качестве движущего фактора для его образования.

Следует отметить, что для клеевых соединений деталей одежды смешиваемость невозможна из-за сохранения каждым текстильным материалом своих собственных свойств. Сила адгезии будет зависеть, в частности, от продолжительности контакта, температуры, свойств и молекулярной массы полимеров. Такие зависимости установлены для многих пар полимеров и характерны для процесса склеивания текстильных материалов.

Р.М.Васенин создал количественную модель теории, в соответствии с которой количество материала, диффундирующее в направлении х через единицу площади поверхности, зависит от соотношения концентрации и температуры t:

, (1.10)

где D_f — коэффициент диффузии;

с — концентрация материала.

Для определения глубины проникновения диффундируемых молекул в области контакта за время t_c . P.M.Васенин предложил, что изменение коэффициента диффузии со временем определяется по формуле:

, (1.11)

где D_d — постоянная, характеризующая подвижность цепей макромолекул полимеров.

Глубину проникновения 1_р , а также число молекулярных цепей N_c , пересекающих поверхность раздела, определяют по формулам:

; (1.12)

, (1.13)

где к, — постоянные;

N — число Авогадро;

— плотность полимера;

М — молекулярная масса полимера.

Энергия адгезии G пропорциональна глубине проникновения и числу цепей, пересекающих промежуточную поверхность между адгезивом и твердым телом. Из предыдущих уравнений (1.11 — 1.13) получено выражение:

, (1.14)

где к — постоянная, зависящая от молекулярных особенностей полимеров, соприкасающихся друг с другом.

Теория и результаты экспериментов полностью соответствуют друг другу в случае соединения полимеров одного состава, но с разными молекулярными массами.

Существенная критика предложенных моделей сводится к невозможности определить количественно к и D_d .

Подтверждено, что коэффициент диффузии D_f , характеризующий диффузию центра массы, пропорционален М^-2 .

Данная теория подтверждает, что явление диффузии для многих соединений полимеров существенно влияет на адгезию. Однако эта теория не объясняет, почему склеиваются материалы, взаимно не диффундирующие. Последнее обстоятельство не позволяет уверенно использовать ее для объяснения склеивания текстильных материалов.