Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Механические свойства полимерных покрытий

В общем случае, они зависят от структуры, условий формирования и приро-

ды полимера и металла. В числе общих закономерностей, характерных для по- лимерных материалов, можно отметить следующее.

Прочность покрытий возрастает с увеличением молекулярной массы поли- мера, степени кристаллизации.

Увеличение степени кристалличности достигается либо повышением плот- ности кристаллитов, либо увеличением их размера при сохранении плотности.

В первом случае прочность падает при повышении степени кристаллизации, во втором – возрастает. Это объясняется тем, что при увеличении размеров кристаллитов возрастает плотность дефектов, образующихся на границе разде- ла. Этот процесс и вызывает снижение механических свойств.


 

Механическая прочность покрытия очень сильно зависит от пористости по- крытия и природы среды, в которой оно эксплуатируется. В воде, как правило, прочность резко падает.

Ряд полимерных покрытий имеют низкий коэффициент трения. В качестве

антифрикционных покрытий используют покрытия из полиамида, ПТФЭ, ПЭ. Износостойкость значительно возрастает при использовании полимерных сме- сей в определенном соотношении: полиамид +ПТФЭ, полиамид +ПЭ и т.д.).

ПТФЭ имеет самый низкий коэффициент трения, но он и течет при малых напряжениях, поэтому его часто используют в смеси с другими полимерами.

Наиболее высокой стойкостью к абразивному изнашиванию обладают по- крытия из полиуретанов.

Основным параметром, характеризующим работоспособность полимерных покрытий, является адгезионная прочность, которая в общем случае определя- ется межфазным взаимодействием и структурой граничного слоя.

На границе раздела фаз в зависимости от природы взаимодействующих ато- мов, возможно образование молекулярных (ван-дер-ваальсовых), химических связей и в ряде случаев возможно электростатическое взаимодействие.

Образование молекулярного контакта происходит в результате миграции мо- лекул из объема на границу раздела и последующего адсорбционного взаимо- действия.

В соответствии с адсорбционной теорией адгезия взаимодействие на молекулярном уровне и определяет прочность адгезионных соединений. На основании данных пред- ставлений предлагаются следующие техно- логические приемы повышения адгезии:

1. Изменение химической природы полимера, введение в состав макро- молекул полярных групп.

2. Повышение подвижности макромолекул, что может быть достигнуто

повышением температуры, снижением молекулярной массы. При этом следует учитывать, что снижение молекулярной массы ведет к уменьшению механической прочности полимера.

3. Повышение полярности поверхности подложки, например, её окис- ление, фосфатирование.

Хемосорбционное взаимодействие на границе раздела фаз протекает в значи- тельно меньшем числе случаев. Химическое взаимодействие наблюдается меж- ду реакционно-способными группами полимера и оксидами и (или) гидроокси- дами металлов.

Электростатическое взаимодействие на границе осуществляется в результате образования

двойного электрического слоя (поверхности полимера и подложки рассматриваются как об- кладки конденсатор). Энергия адгезионного взаимодействия рассматривается как энергия плоского конденсатора.

В ряде случаев, электростатическому взаимодействию отводится основная роль. Данная теория подтверждается следующими экспериментальными факта- ми:


 

1. При разрушении адгезионных соединений происходит электризация образующихся поверхностей.

2. При разрушении соединения возникают электрические разряды, имеет место эмиссия электронов; в ряде случаев даже наблюдается свечение.

Существенное влияние на свойства соединений, структуру межфазных слоев оказывают диффузионные процессы. Идея об определяющем влиянии диффу- зионных процессов положена в основу диффузионной теории адгезии. Эта тео- рия достаточно корректно описывает соединения полимеров, когда вследствие взаимной диффузии (взаимной растворимости макромолекул полимеров) на границе образуется специфический диффузионный слой, размер которого влия- ет на значение адгезионной прочности.

В соединениях металл-полимер установлено протекание интенсивной диф- фузии металла в полимер. Следы металла экспериментально установлены на расстоянии 80-40 мкм от поверхности. Для ряда систем характерна корреляция между адгезионной прочностью и количеством продиффундированного в объ- ём полимера металла. Максимальная адгезионная прочность достигается при формировании диффундирующего слоя, содержащего определенное количество

металла.

В общем случае, на основании анализа большого числа экспериментальных данных можно предложить следующие технологические приемы, способст- вующие повышению адгезионной прочности:

1. Увеличение полярности полимера.

2. Введение в объем полимеров пластификаторов - низкомолекулярных веществ, уменьшающих межмолекулярное взаимодействие.

 
Введение пластификатора повышает под- вижность макромолекул и, как следствие этого, способствует снижению внутренних механических напряжений. Влияние кон- центрации пластификатора С на адгезион-

ную прочность неоднлзначна. При С > С0 происходит снижение прочности адгезион- ного соединения, что объясняется снижени- ем механической прочности полимера (рис.3).

 

Рис. 3. Влияние концентрации пластификатора на адгезию.

 

 

3. Снижение степени кристалличности пленок. Аморфные покрытия имеют более низкие внутренние напряжения.

4. Введение наполнителей, которые при малых значениях концентрации

вызывают значительное повышение адгезионной прочности (порошков металлов и их оксидов, талька). Эффект повышения адгезии объясняет- ся дисперсным упрочнением полимерной матрицы и катализом окисли-


 

тельных процессов, которые при определенном их уровне способствуют повышению адгезии.

5. Правильный выбор метода и режима поверхностной обработки под- ложки. Известно, например, что увеличение шероховатости ведет к

повышению адгезии.

6. Оптимальный выбор природы металлической подложки. Нанесение, если это необходимо, промежуточных металлических слоев. Адгези- онная прочность полимерного покрытия на металлической подложке снижается в ряду: медь, углеродистая сталь, легированная сталь, алюминий, цинк, олово, свинец.

7.Воздействие на полимер электромагнитного излучения, магнитных полей, ультразвуковых колебаний. Влияние этих факторов неоднознач- но (см., например, рис. 4), поэтому необходимы дополнительные иссле- дования.

 

 

 
Рис. 4. Влияние дозы гамма-излучения на адгезионную прочность.

 

 

В числе факторов, отрицательно влияющих на адгезионную прочность, следует отме- тить:

1. Протекание процессов кристаллизации в тонких покрытиях, приводящих к образованию внутренних механических напряжений и в итоге даже к самопроизвольному отслаиванию.

2. Появление внутренних тепловых напряжений из-за разности коэффици- ентов теплового расширения материала покрытия и подложки. Повыше- ние толщины покрытия также, как правило, ведет к повышению уровня этих напряжений.

3. Диффузия низкомолекулярных наполнителей полимера на границу раз- дела фаз.

Одним из эффективных приемов повышения механических свойств полимера является ориентационное упрочнение. Оно реализуется в случае, когда полимер переводят в высокоэластическое или вязкотекучее состояние и подвергают воз- действию внешних силовых полей, приводящему к ориентации молекулярных


 

цепей. При ориентации макромолекул прочность в направлении ориентации возрастает в 2-5 раз, а в направлении, перпендикулярном ориентации, она сни- жается на 30-50%.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Осаждение покрытия на предварительно нагретую поверхность | Поняття інформації
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2013-12-12; Просмотров: 931; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.012 сек.