Разработка методики экспресс-оценки адгезионных свойств термореактивных материалов изоляции электрических машин
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
а адгезива с подложкой.
Интерес, проявляемый в последние годы к диффузионным явлениям в зоне контакта полимеров, связан с представлениями о сегментальной растворимости, сущность которых сводится к тому, что на границе раздела двух полимеров сегменты макромолекул способны образовывать равновесный раствор друг в друге, представляющий собой диффузионный слой. Дело в том, что многие мономеры неограниченно смешиваются друг с другом. Увеличение взаимной растворимости полимеров происходит при уменьшении их молекулярной массы и особенно сильно возрастает в той области молекулярных масс, которая соизмерима с сегментом макромолекулы. На основе этого сделан вывод о том, что большинство полимеров, несовместимых на уровне макромолекул, оказываются совместимыми на уровне сегментов. Сегментальное растворение происходит достаточно быстро. При этом нужно иметь в виду, что сегментальное растворение касается не только концевых сегментов, но и любых других сегментов, независимо перемещающихся в процессе теплового движения.
В тех случаях, когда диффузионный механизм исключен, формирование контакта заключается в заполнении полимером микродефектов, углублений, пор на поверхности подложки. На кинетику и полноту этого микрореологического процесса влияют давление, температура, продолжительность. Эта концепция развивается в работах Гуля. Учитывая факторы, влияющие на полноту адгезионного контакта, а также факторы, определяющие разрушение адгезионного соединения, можно записать уравнение адгезионной прочности (измеренной методом отслаивания):
,(1.3)
где Р - давление; tк - продолжительность контакта; б - параметр вязкости; U - энергия активации вязкого течения; Тк - температура контакта; х - скорость расслаивания; Ua - энергия активации адгезионного разрушения; Тр - температура расслаивания.
Согласно молекулярно-кинетической теории в зоне контакта полимера с подложкой идет непрерывный процесс образования и разрыва связей. В конечном итоге адгезионная прочность определяется разностью энергий активации процесса разрушения и образования связей (ДU), а также зависит от соотношения общего числа сегментов, принимающих участие в образовании связей (n0) и среднего числа молекулярных связей, приходящих на единицу площади контакта (n). Для оценки значения А предложена зависимость:
,(1.4)
где г - константа, характеризующая размер кинетического сегмента.
Молекулярно-кинетическая теория углубляет представление о роли подвижности макромолекул, а также о влиянии на адгезионную прочность температуры. Сложный характер влияния температуры на время релаксации и скорость преодоления энергетического барьера приводит в общем случае к немонотонной зависимости адгезионной прочности от температуры.
В последние годы получила распространение и дальнейшее развитие термодинамическая концепция, в рамках которой основная роль отводится соотношению поверхностных натяжений адгезива и подложки, а также смачиванию. Следует напомнить, что вопрос о влиянии смачивания на адгезионную прочность имеет давнюю историю. Вывод о том, что даже полный контакт не обеспечивает достаточно сильного взаимодействия между поверхностями, привел впоследствии к неоправданному принижению роли смачивания. В настоящее время ясно, что смачивание - важнейший фактор, определяющий совершенство адгезионного соединения. Поэтому в последние годы в работах многих исследователей большое внимание уделяется выяснению причин влияния на адгезионную прочность соотношения поверхностных натяжений адгезива и подложки. Необходимым условием адгезионной прочности является
,
где гж и гт - поверхностные натяжения адгезива (жидкости) и подложки (твердого тела).
Если поверхностное натяжение жидкого адгезива может быть измерено достаточно просто, то определение поверхностного натяжения подложки (твердого тела) затруднено. В работах Шарпа и Шонхорна для оценки гт применен условный показатель гкр - критическое поверхностное натяжение. Этот параметр был введен Зисманом и нашел широкое применение, однако правомерность равенства гт = гкр подвергается сомнению, поэтому вопрос о корректном измерении гт остается открытым.
Имеются попытки использовать при анализе адгезионной прочности энергетический подход, развитый в свое время Гриффитом для анализа хрупкого разрушения твердых тел. В этом случае энергия разрушения приравнивается к энергии, необходимой для образования новых поверхностей, и зависит от поверхностной энергии соединяемых материалов. В соответствии с этим сопротивление разрыву (ур) хрупкого тела определяется соотношением:
,(1.5)
где Е - модуль упругости материала; гт - поверхностные натяжения материала; l - половина критической длины микротрещины, вызывающей разрыв.
В подходе Гриффита заключается интересная возможность приложения энергетической концепции к адгезионным соединениям, поскольку адгезионная прочность непосредственно определяется уровнем поверхностной энергии.
Итак, за период, прошедший с начала 40-х годов, когда появились систематические работы в области адгезии полимеров, было выдвинуто более десяти теорий адгезии: механическая, адсорбционная, электрическая, электронная, электрорелаксационная, диффузионная, микрореологическая, реологическая, молекулярно-кинетическая и некоторые другие. Однако все эти теории и концепции рассматривают, по существу, частные вопросы и не о?/p>