1.1.Адгезия - определения и понятия

Крепление резин к армирующим материалам представляет собой один из частных вопросов крайне важной сферы знаний - адгезии и адгезионного взаимодействия на границе раздела разнородных поверхностей. Соответственно, прежде всего, необходимо дать определение адгезии и рассмотреть ряд важных терминов.Понятие адгезии довольно обширно. Существует несколько широко распространенных определений данного явления:

-адгезия - склеивание, сцепление между разнородными телами;

-адгезия - молекулярная связь между поверхностями приведенных в контакт разнородных тел;

-адгезия - термодинамическая работа, которую необходимо совершить для разделения в равновесных условиях двух приведенных в контакт тел;

-адгезия - явление, которое позволяет клеевому слою передавать нагрузку от субстрата клеевому соединению.

Разнообразие формулировок подчеркивает неоднозначность адгезии, как явления, необходимости рассматривать ее с разных позиций, что обуславливает существование множества различных теорий, описывающих само явление и его причины. На практике обычно используют первое, наиболее доступное для понимания сути определение, подразумевая под термином «адгезия» соединение (склеивание, сцепление) между разнородными телами.

Помимо, собственно, адгезии необходимо ввести еще несколько определений, важных при рассмотрении вопросов крепления резин к армирующим материалам:

-когезия - адгезия тела самого к себе;

-аутогезия - адгезия между одинаковыми по природе телами;

-адгезионная прочность (практическая адгезия) - прочность адгезионного соединения, зависит также еще от когезионных характеристик субстрата и даже от метода испытания;

-субстрат (подложка) - соединяемый (склеиваемый) материал;

-адгезив - вещество обеспечивающее адгезию (клей, пропиточный состав и т.д.);

-адгезионное соединение - соединение двух или более материалов за счет адгезии.

Наиболее важным принципом обеспечения высокой адгезии и, соответственно, работоспособность композиционного материала является достижение равнопрочности всех частей адгезионного соединения. В этом случае в адгезионном соединении отсутствуют «слабые» места, которые наиболее легко разрушаются. Следствием равнопрочности является смешанный характер разрушения адгезионного соединения. Варианты разрушений (в т.ч. смешанного характера) приведены ниже, на рисунке.

Для целенаправленного регулирования прочности адгезионного соединения необходимо понимать сложные механизмы его формирования, работы и разрушения. Эти механизмы формируют базу многочисленных теорий адгезии (механической, электрической, теории слабых граничных слоев, молекулярной, адгезионной, диффузионной и др.). Однако углубление в суть указанных теорий не является предметом изучения данного профессионального модуля. В целом же, существует четыре основных принципа, позволяющих обеспечить высокую адгезионную прочность:

-обеспечение разнообразия связей на границе раздела адгезив-субстрат, характеризующихся величиной энергии (от слабых - межмолекулярных, до сильных - химических, ковалентных);

-обеспечение максимального количества этих связей на границе раздела (что обеспечивается за счет смачивания субстрата адгезивом, высокой удельной поверхностью субстрата, интенсификации диффузионных процессов и т.п.);

-обеспечение минимальной дефектности границы раздела (за счет правильной конструкции и минимизации концентраторов напряжений);

-обеспечение соответствующей структуры поверхности раздела (как на молекулярном уровне, так и на макроскопическом).

1.2.  Модификация - определения и понятия

Одним из магистральных направлений регулирования характеристик полимерных материалов является разработка новых компонентов полимерных композиций, улучшающих отдельные характеристики или комплекс свойств материала. Использование подобных веществ, часто именуемых модификаторами, позволяет значительно улучшить эксплуатационные и технологические характеристики полимеров без значительных перестроек в технологическом процессе. В качестве одного из положительных эффектов данного подхода можно отметить расширение сырьевой базы. Данный подход является наиболее широко применяемым вследствие довольно высокой эффективности и существенно меньшей сложности в реализации по сравнению с синтезом новых полимеров.

Модификация существенно расширяет область применения полимеров, придает им новые свойства, позволяет получить полимеры, которые невозможно синтезировать путем проведения полимеризации или поликонденсации, позволяет обойтись без энергоемких производств новых видов полимеров, снизить себестоимость конечной продукции. Меняя тип модифицирующего соединения, можно достичь различных эффектов, целенаправленно улучшая те или иные характеристики материала, и, что крайне важно, применяя при этом традиционное сырье: эластомеры или пластмассы на основе крупнотоннажных полимеров.

Модификаторы зачастую оказывают влияние на комплекс свойств, обладая широким диапазоном действия. К эффектам, достигаемым при модификации можно отнести улучшение физико-механических характеристик, таких как прочность, напряжения при заданном удлинении, улучшение технологических свойств, проявляющееся во влиянии на кинетику влуканизации и вязкость эластомерных композиций. Однако одним из наиболее важных эффектов применения модифицирующих систем является, без сомнения, повышение прочности адгезионных соединений, что улучшает работоспособность композиционных материалов. Поскольку значительная часть изделий на основе полимеров представляет собой композиты, включающие армирующие материалы (текстиль, металл), одним из наиболее востребованных направлений модификации является разработка соединений, улучшающих адгезию полимеров к арматуре. Часто подобные модификаторы называют промоторами адгезии. Именно граница раздела полимер-армирующий материал зачастую является слабым местом во всей конструкции и определяет ее устойчивость под действием нагрузок, деформаций, повышенных температур, агрессивных сред. В связи с чем, разработка новых промотирующих комплексов в составе полимерных материалов длительное время является одним из самых актуальных и востребованных направлений работы научных коллективов, как в России, так и за рубежом. Разработка отечественных модифицирующих систем на основе доступного сырья является крайне актуальным направлением научных исследований.

В связи с указанным, данное направление модификации является одним из наиболее важных с точки зрения технико-экономического эффекта, что обуславливает высокую интенсивность научных изысканий по созданию новых модифицирующих соединений и систем для повышения прочности на границе раздела полимерная композиция - армирующий материал. Учитывая важность и актуальность модификации, связанной с повышением адгезионных характеристик полимерных композиций, данный этап проводимой работы во многом посвящен изучению состояния научных исследований в данной области, хотя приведены материалы и по другим направлениям модификации.

Значительная часть исследований в области модификации была реализована во второй половинеXXвека, что обуславливает большое количество научных публикаций в 1970-1990 гг.