Полярными, иногда - взаимной диффузией) в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей. В некоторых случаях адгезия может оказаться сильнее, чем когезия , то есть сцепление внутри однородного материала, в таких случаях при приложении разрывающего усилия происходит когезионный разрыв, то есть разрыв в объёме менее прочного из соприкасающихся материалов.
Адгезия существенно влияет на природу трения соприкасающихся поверхностей: так, при взаимодействии поверхностей с низкой адгезией трение минимально. В качестве примера можно привести политетрафторэтилен (тефлон), который в силу низкого значения адгезии в сочетании с большинством материалов обладает низким коэффициентом трения. Некоторые вещества со слоистой кристаллической решёткой (графит , дисульфид молибдена), характеризующиеся одновременно низкими значениями адгезии и когезии , применяются в качестве твёрдых смазок .
Наиболее известные адгезионные эффекты - капиллярность , смачиваемость /несмачиваемость, поверхностное натяжение , мениск жидкости в узком капилляре, трение покоя двух абсолютно гладких поверхностей. Критерием адгезии в некоторых случаях может быть время отрыва слоя материала определенного размера от другого материала в ламинарном потоке жидкости.
Адгезия имеет место в процессах склеивания, пайки, сварки, нанесения покрытий. Адгезия матрицы и наполнителя композитов (композиционных материалов) является также одним из важнейших факторов, влияющих на их прочность.
1 / 5
Адгезия представляет собой крайне сложное явление, с чем связано существование множества теорий, трактующих это явление с различных позиций. В настоящее время известны следующие теории адгезии:
Адгезия представляет собой обратимую термодинамическую работу сил, направленных на разделение приведённых в контакт две разнородные (гетерогенные) фазы. Описывается уравнением Дюпре :
W a = σ 13 + σ 23 − σ 12 {\displaystyle {Wa=\sigma _{13}+\sigma _{23}-\sigma _{12}}}
W a = − Δ G o {\displaystyle {Wa=-\Delta G^{o}}}
Отрицательное значение ΔG° указывает на снижение работы адгезии в результате образования межфазного натяжения.
Изменения энергии Гиббса системы в процессе адгезии:
Δ G 1 o = σ 13 + σ 23 {\displaystyle {\Delta G_{1}^{o}=\sigma _{13}+\sigma _{23}}}
Δ G 2 o = σ 12 {\displaystyle {\Delta G_{2}^{o}=\sigma _{12}}}
Δ G o = Δ G 2 o − Δ G 1 o {\displaystyle {\Delta G^{o}=\Delta G_{2}^{o}-\Delta G_{1}^{o}}}
σ 12 − σ 13 − σ 23 = Δ G o {\displaystyle {\sigma _{12}-\sigma _{13}-\sigma _{23}=\Delta G^{o}}} .
На границе раздела двух фаз (жидкость-газ), cosθ - краевой угол смачивания, Wa - обратимая работа адгезии.
АДГЕЗИЯ (от латинского adhaesio - прилипание, сцепление, притяжение), связь между разнородными конденсированными телами при их молекулярном контакте. Частный случай адгезии - аутогезия, проявляется при соприкосновении однородных тел. При адгезии и аутогезии сохраняется граница раздела фаз между телами, в отличие от когезии, определяющей связь внутри тела в пределах одной фазы. Наибольшее значение имеет адгезия к твёрдой поверхности - субстрату. В зависимости от свойств адгезива (прилипшего тела) различают адгезию жидкости и твёрдых тел (частиц, плёнок и структурированных масс, например теста, расплавов, битумов). Аутогезия возникает между твёрдыми плёнками в многослойных покрытиях и между частицами дисперсных систем и композиционных материалов (порошков, грунта, бетона и др.), определяя их прочность.
Адгезия зависит от природы контактирующих тел, свойств их поверхностей и площади контакта. Адгезия определяется силами межмолекулярного притяжения и усиливается, если одно или оба тела электрически заряжены, если при контакте тел образуется донорно-акцепторная связь, а также вследствие капиллярной конденсации паров (например, воды). Адгезия может изменяться при возникновении химической связи между молекулами адгезива и субстрата, в процессе диффузии и при взаимном проникновении молекул контактирующих тел, при адсорбции на границе раздела фаз и образовании адсорбционных слоёв, а также за счёт подвижности полимерных цепей. В результате этих процессов в зоне контакта адгезива и субстрата может образовываться граничный слой, определяющий адгезию. Между твёрдыми телами в жидкой среде формируется тонкий слой жидкости и возникает расклинивающее давление, препятствующее адгезии. Истинная площадь контакта между адгезивом и субстратом (определяется шероховатостью поверхностей, упругой и пластической деформацией в зоне контакта твёрдых тел, а в случае жидкости - смачиванием выемов шероховатой поверхности) меньше номинальной.
Равновесная работа адгезионных капель определяется краевым углом смачивания и поверхностным натяжением жидкости. Адгезия твёрдых тел измеряется величиной внешнего воздействия при отрыве адгезива, адгезия и аутогезия отдельных частиц - средней силой (рассчитывается как математическое ожидание), порошка - удельной силой. При отрыве плёнок и структурированных тел измеряется адгезионная прочность, которая, кроме адгезии, включает усилие на деформацию и течение образца, разрядку двойного электрического слоя и другие побочные явления. При адгезии, слабой по сравнению с когезией, имеет место адгезионный отрыв, при относительно слабой когезии - когезионный разрыв адгезива. Адгезия полимерных, лакокрасочных и других плёнок определяется смачиванием и условиями формирования площади контакта жидким адгезивом, при его затвердевании - внутренним напряжением и релаксационными процессами, прочность клеевых соединений - ещё и когезией отвердевшей клеевой прослойки.
Мельчайшие наноразмерные частицы обладают повышенной адгезией за счёт значительного избытка поверхностной энергии, микрошероховатости, дефектов поверхностей и особенностей их образования (диспергированием, напылением атомного металла, конденсацией паров или растворённых веществ, термическим распадом и др.) и свойств самих частиц (кристаллы, аморфные тела, полимеры и др.). Адгезия наночастиц определяет возможность создания принципиально новых каталитических и сенсорных систем, композитов и материалов для микроэлектроники и носителей информации.
В зависимости от требований практики адгезию можно увеличивать (например, для лакокрасочных покрытий) или снижать (например, при выпечке хлеба) путём введения добавок, способствующих модификации и изменению свойств контактирующих поверхностей, формированию граничного слоя, а также варьирования внешних условий (давление, температура) и воздействия электромагнитного, лазерного и других форм излучения.
Повышенная адгезия необходима для клеевых соединений, лакокрасочных покрытий и металлических плёнок, в процессе обогащения руды (в том числе при флотации), в ксерографии, при очистке воды и воздуха в фильтрах (в том числе электрофильтрах), в процессе формирования строительных и композиционных материалов (в том числе с использованием наночастиц) и др. Пониженная адгезия необходима для предотвращения загрязнений (в том числе радиоактивных) различных поверхностей, прилипания грунта и материалов к рабочим частям машин, в ходе добычи и транспортировки нефти, при смазке, для смачивания различных поверхностей, пропитки пористых материалов. Пониженная аутогезия необходима для предотвращения слёживаемости и др., а повышенная - для снижения эрозии почв и отрицательных последствий русловых процессов.
Совокупность методов определения адгезии называется адгезиометрией; приборы, их реализующие, - адгезиометрами. Адгезия может быть измерена при помощи прямых (усилия при нарушении адгезионного контакта), неразрушающих (по изменению параметров ультразвуковых и электромагнитных волн вследствие поглощения, отражения или преломления) и косвенных (характеризующих адгезию в сопоставимых условиях, например, отслаиванием плёнок после надреза, наклоном поверхности для порошков и др.) методов. Адгезия наночастиц определяется моделированием и путём сопоставления с силой трения.
Лит.: Дерягин Б. В., Кротова Н. А., Смилга В. П. Адгезия твердых тел. М., 1973; Зимон А. Д. Адгезия пыли и порошков. 2-е изд. М., 1976; он же. Адгезия пленок и покрытий. М., 1977; он же. Что такое адгезия. М., 1983; он же. Коллоидная химия. 4-е изд. М., 2003; Помогайло А. Д., Розенберг А. С., Уфлянд И. Е. Наночастицы металлов в полимерах. М., 2000; Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем. М., 2002; Сергеев Г. Б. Нанохимия. М., 2003.
Каждый человек, работающий в области строительства или ремонта квартир, прекрасно разбирается в терминах и особенностях различных материалов.
Если краска достаточно жидкая, а стена имеет поры, то ремонт пройдет без проблем и будет радовать жильцов долгие годы. В противном случае наносимая смесь просто станет скатываться с гладкой поверхности.
Когда рабочая смесь ( краска, ) схватываются, в ней происходит целый ряд сложных процессов, в результате которых физические свойства значительно изменяются. Например, когда краска сохнет и дает усадку, поверхность контакта с окрашиваемой стеной немного сокращается. Возникает растягивающее напряжение, нередко приводящее к появлению микротрещин. Из-за этого сцепление двух поверхностей значительно ослабевает.
К сведению: Когезия является частным случаем адгезии – этим термином называется возможность молекул одного вещества прилипать друг к другу, создавая монолитную массу.
У отдельных веществ изначальное сцепление различается.
К примеру, если наносить слой свежего бетона поверх старого, то оно будет составлять не более 1 МПа.
Соответственно, при засыхании слой бетона будет просто осыпаться или же держаться не крепко и не долго. А вот строительные смеси, содержащие в себе сложные химические компоненты, улучшающие связь с гладкой поверхностью, могут похвастать куда лучшим показателем – 2 МПа и даже больше.
Поэтому при схватывании они образуют надежную и долговечную связь.
Разобравшись, что такое адгезия в строительстве, будет полезно понять, для каких материалов она является особенно важной в сфере строительства. В первую очередь это:
Как видите, без высокой адгезионной способности материалов нельзя построить дом, не говоря уж про то, чтобы сделать его привлекательным.
Это бывает необходимо в самых разных случаях. Важнее всего – адгезия к бетону. Строителям нужно обеспечить хорошее сцепление нескольких слоев бетона или же качественную покраску.
Соответственно и методы достижения желаемого результата значительно различаются. Сегодня доступно несколько вариантов обработки поверхности:
Совет: Щелочной раствор цемента обычно плохо соединяется с гладкой поверхностью бетона. Поэтому, работая с последним желательно применять многослойные составы для улучшения адгезии.
Лучшего результата при проведении ремонтно-строительных работ можно достичь, если две контактирующие поверхности имеют не только разный химический состав, но и условия образования.
Чтобы работа адгезии была качественной, обеспечивая надежное соединение слоев строительных и отделочных материалов, необходимо регулярно осуществлять контроль качества. Лучше всего использовать для этого специальный адгезиметр. Современные образцы позволяют точно устанавливать эффективность адгезии с усилием до 10 кН.
При этом измеряется усилие, необходимое для отделения слоя от рабочей поверхности. Причем отделение нужно производить строго перпендикулярно рабочей плоскости. Адгезиметр имеет доступную цену и при этом имеет небольшие размеры, что упрощает процесс использования, позволяя моментально получать результаты. Прибор укомплектован несколькими “грибками” – металлическими цилиндрами с основанием разной площади, что дает возможность выбрать подходящий. Измерение проходит в несколько этапов:
Принцип использования современных адгезиметров прост, благодаря чему использовать их могут даже непрофессионалы.
Начиная ремонт, не все знают, что такое адгезия краски, и в результате сталкиваются с большими проблемами – отделочные работы затягиваются и не приносят желаемого результата.
Аутогезия – частный случай адгезии, демонстрирующий возможность частиц однородного материала сцепляться между собой, обычно в результате высокого давления или температуры. Применяется при изготовлении ДВП, ДСП, OSB.
На самом деле здесь всё просто. Адгезия краски это её возможность фиксироваться на окрашиваемой поверхности. Материал должен обладать высокой химической активностью, чтобы проникать в поры голого бетона, а вот на шпаклевку или штукатурку он ложится легко и имеет хорошее сцепление с ними.
Если необходимо получить хороший результат, нужно наносить краску в несколько слоёв. Но он стоит довольно дорого, поэтому можно использовать специальные адгезивные материалы, например, обычную грунтовку. Она стоит дешевле краски, но при этом позволяет гарантировать прекрасный результат.
Бетон является на сегодняшний день самым востребованным строительным материалом. Но не всегда бывает легко обеспечить качественное сцепление отделочных материалов (плитки, обоев, краски) с таким основанием. Особенно это касается высокопрочных марок с низкой пористостью и гладкой поверхностью. К счастью, есть способы улучшить адгезионный слой.
В некоторых случаях это не требуется – краски, а также обойные и плиточные клеи премиум класса и без того обеспечивают прекрасное соединение благодаря специальным добавкам (полиамидные смолы, эфир канифоли, органосиланы и прочие). Чтобы добиться хорошего результата при работе с более дешевыми аналогами приходится использовать дополнительные материалы – грунтовку и прочее.
Разобравшись с тем, что представляет собой адгезия, частными случаями и способами улучшения, вы без труда справитесь даже с самым сложным ремонтом.
Адгезия, что это такое? И для чего она важна? Давайте попробуем разобраться в нашей статье.
Термин адгезия в переводе с латинского означает «прилипание» и характеризует свойство сцепления поверхностей твердых или жидких тел. Довольно часто характеристики строительных составов, используемых для штукатурных и лакокрасочных работ, оцениваются адгезионными свойствами.
Склеивание тел обеспечивает клеющее вещество – адгезив, представляющее собой полимерную систему. Однако полимер может образоваться в результате химических реакций между склеиваемыми поверхностями после нанесения адгезива. Неполимерные адгезивы представляют органические вещества, к которым относят цементы и припои.
Вещество, на который наносят адгезив, называется субстратом. Глубина проникновения зависит от вида и параметров адгезива, который после отвердения снять без разрушения невозможно. Адгезия – прилипание только верхних слоев материалов. Если процесс проникает во внутрь тел, то происходит когезия.
В строительстве адгезия гарантирует качество и надежность почти во всех видах работ. Это свойство особенно важно для:
Важно знать: только что нанесенный цементный раствор бетона плохо прилипает к старому. Работая со старым бетоном, необходимо применять адгезионные многослойные составы.
Металлургическое производство нуждается в агнезии специальных антикоррозийных составов и смесей. И, кроме того, требуются плохие адгезийные свойства с водой.
В медицине, например, в стоматологии необходима адгезия пломбируемого материала и зуба, чтобы обеспечить его качественную защиту и герметизацию.
По взаимодействию с поверхностями различают три адгезии:
Суть физической агнезии в электромагнитном взаимодействии соприкасаемых поверхностей на молекулярном уровне. Всем известно притягивание магнитом частиц, заряженных статическим электричеством.
Химическая связь взаимодействие адгезива с субстратом на атомном уровне с участием катализатора. Она отличается от физической возможностью сцепления поверхностей материалов разной плотности.
Механическая – проникновение адгезива в верхний слой соприкасаемой поверхности с последующим сцеплением. Такой процесс происходит, например, при окрашивании или лакокрасочном покрытии различных материалов.
Обратите внимание: улучшают агнезию мерами, которые обеспечивают сцепляемость: шпаклеванием, грунтовкой, обезжириванием субстрата, шлифованием.
Кроме того, исключают условия, ухудшающие агнезию. К ним относится наличие пыли, смазки или веществ, которые уменьшают пористость поверхности.
Основной принцип измерения адгезии – определение внешнего усилия, под воздействием которого разрушается адгезийная связь: равномерно, неравномерно или со сдвигом. Под виды разрушения разработаны методы испытаний.
Тестовые испытания проводят прибором адгезиметром по методикам международного и государственного уровня, разработанных для каждого способа разрушения.
Измерение адгезии лакокрасочного покрытия проводится согласно международному стандарту ISO 2409 «Метод решетчатых надрезов» прибором Адгезиметр РН.
В отечественном ГОСТе 15140-78 установлены методы определения адгезии при лакокрасочном покрытии металлических поверхностей. Нормативный документ дает определение сущности каждого метода, перечень аппаратуры для испытаний, описывает подготовку и проведение испытаний.
Значения адгезионных показателей покрытий необходимы для определения трудоемкости работы, обеспечения заданной прочности и надежности. Особенно они важны в строительстве, где часто встречаются контактирующие материалы, разнородные как по химическому составу, так и по условию образования.
Адгезиметры для определения внешнего усилия разными способами представлены в приборостроительном каталоге в разделе Приборы и оборудование контроля качества защитных покрытий.
Что такое адгезия или сцепление материалов, смотрите пояснения в следующем видео:
Отправим материал вам на e-mail
Это сцепление различных по своему составу и структуре материалов, обусловленное их физическими и химическими свойствами. Термин адгезия произошёл от латинского слова adhesion – прилипание. В строительстве дают более узконаправленное и специфическое обозначение тому, что такое адгезия – это способность декоративно-отделочных покрытий (ЛКМ, штукатурки), герметизирующих или клеящих смесей к прочному и надёжному соединению с внешней поверхностью материала основания.
Впечатляющая демонстрация эффекта адгезии современных клеевых составов
Важно! Следует различать понятия адгезии и когезии. Адгезия соединяет разнотипные материалы, затрагивая только поверхностный слой. К примеру, краска на металлической поверхности. Когезия - это соединение однотипных материалов, в результате которого образуются межмолекулярные взаимодействия.
Адгезия является одним из ключевых свойств материалов в следующих областях:
Практически на всех этапах строительства контролируются показатели адгезии для следующих соединений:
Пример химической адгезии — реакция соединения силиконового герметика со стеклом
Существует три основных принципа адгезионного соединения материалов. В строительстве и технологии они проявляются следующим образом:
Адгезия строительных и отделочных материалов осуществляется, преимущественно, по принципу механического и химического соединения. В строительстве используется большое количество различных веществ, эксплуатационные характеристики и специфика взаимодействия которых кардинальным образом отличаются. Разделим их на три основные группы и охарактеризуем более подробно.
Адгезия ЛКМ к поверхности основания осуществляется по механическому принципу. При этом, максимальные показатели прочности достигаются в том случае, если рабочая поверхность материала имеет шероховатости или пористая. В первом случае существенно увеличивается площадь соприкосновения, во втором, краска проникает в поверхностный слой основания. Кроме того, адгезионные свойства ЛКМ увеличиваются благодаря различным модифицирующим добавкам:
Краска с тальковым наполнителем — не вспучивающийся антипирен
До недавнего времени, строительные и отделочные работы велись с использованием различных растворов на основе гипса, цемента и извести. Зачастую, их смешивали в определённой пропорции, что давало ограниченное изменение их основных свойств. Современные готовые сухие строительные смеси: стартовые, финишные и мультифинишные штукатурки и шпаклевки, имеют гораздо более сложный состав. Широко применяются добавки различного происхождения:
Такие модификаторы существенно изменяют следующие основные характеристики строительных смесей:
Важно! Использование полимерных модификаторов даёт более выраженный эффект усиления адгезии. Однако образование устойчивых соединений полимерных плёнок на границе разнотипных материалов (основание - твердеющая штукатурка) возможно только при определённой температуре. Этот термин называется минимальной температурой плёнкообразования – МТП. У разных штукатурок она может быть различной от +5°С до +10°С. Во избежание расслоения, необходимо точно придерживаться рекомендаций производителя относительно температуры, как окружающей среды, так и основания.
Герметики, использующиеся в строительстве, различают по трём различным типам, каждый из которых требует определённых условий для высокопрочной адгезии с материалом основания. Рассмотрим каждый тип подробнее.
Из всех перечисленных разновидностей, отверждающиеся герметики обеспечивают максимальную надёжность сцепления с микронеровностями поверхности основания. Кроме того, они устойчивы к высоким температурам, механическим и химическим воздействиям. Они имеют оптимальное сочетание жёсткости и вязкости, позволяющее сохранять первоначальную форму. Однако, являются наиболее дорогостоящими и сложными в использовании.
Технология измерения адгезии, способы испытания, а также все показатели прочности соединения материалов указаны в следующих нормативах:
Информация! Адгезия измеряется в кгс/см 2 , МПа (мегапаскали) или кН (килоньютоны) - это показатель силы, которую необходимо приложить, для разделения материалов основания и покрытия.
Если раньше адгезионные характеристики материалов можно было измерять только в лабораторных условиях, то на данный момент существует множество приборов, которые можно использовать непосредственно на строительной площадке. Большинство методов измерения адгезии, как «полевых», так и лабораторных связаны с разрушением внешнего, покрывающего, слоя. Но есть несколько устройств, принцип действия которых основан на ультразвуке.
На снижение адгезии оказывают влияние различные физические и химические факторы. К физическим относится температура и влажность окружающей среды в момент нанесения декоративно-отделочных или защитных материалов. Также снижают адгезионные взаимодействия различные загрязнения, в частности, пыль покрывающая поверхность основания. В процессе эксплуатации влияние на прочность соединения лакокрасочных материалов может оказывать ультрафиолетовое излучение.
Химические факторы, снижающие адгезию, представлены различными материалами загрязняющими поверхность: бензин и масла, жиры, кислотные и щелочные растворы и т.п.
Также адгезию отделочных материалов могут снижать различные процессы, возникающие в строительных конструкциях:
Информация! Вещество, наносимое на поверхность для увеличения силы сцепления между основанием и отделочным материалом, называется адгезивом. Основание, на которое наносится адгезив, называется субстратом.
В строительстве существует несколько универсальных способов повышения адгезии декоративных отделочных материалов с поверхностью основания:
Более подробно остановимся на методах повышения адгезии для различных материалов, применяемых в строительстве.
Бетонные стройматериалы и конструкции повсеместно применяются в строительстве. За счёт высокой плотности и гладкости поверхности их потенциальные адгезионные показатели довольно низкие. Для увеличения прочности соединения отделочных составов необходимо учесть следующие параметры:
Ключевую роль в прочности соединения лакокрасочных материалов с металлической поверхностью играет способ и качество подготовки поверхности. В домашних условиях рекомендуется выполнить следующие действия:
Важно! Адгезия свинца, алюминия и цинка намного ниже, чем у чугуна и стали. Причина заключается в том, что эти металлы образуют на своей поверхности оксидные плёнки. Поэтому отслаивание лакокрасочных покрытий происходит по оксидному слою. Окрашивание этих материалов рекомендуется осуществлять сразу после удаления плёнки механическим или химическим способом.
Древесина является пористой поверхностью с большим количеством неровностей и не испытывает особых проблем с прочностью соединения отделочных материалов. Но нет предела совершенству, поэтому были разработаны различные технологии для улучшения адгезии в сочетании с сохранением защитных и декоративных свойств самой отделки. Их использование, к примеру, в сочетании с акриловыми красками, значительно улучшает атмосферостойкость, устойчивость к ультрафиолетовому выцветанию, придает биологическую защиту материалу. Поверхность древесины обрабатывается самыми разнообразными грунтовками, чаще всего, на основе боразотных соединений и нитроцеллюлозы.
Сварка является одним из наиболее прочных методов соединения металлических конструкций. Это сцепление молекул двух элементов без использования промежуточных или вспомогательных веществ — клея или припоя. Происходит данный процесс под воздействием термической активации. Внешний слой соединяемых элементов нагревают выше температуры плавления, после чего происходит межмолекулярное сближение и соединение материалов.
Препятствием к качественной адгезии при сварке могут служить следующие факторы:
