Технологические методы повышения адгезии покрытий

Механические свойства полимерных покрытий

В общем случае, они зависят от структуры, условий формирования и природы полимера и металла. В числе общих закономерностей, характерных для полимерных материалов, можно отметить следующее.

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

Увеличение степени кристалличности достигается либо повышением плотности 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 раздела. Этот процесс и вызывает снижение механических свойств.

Механическая прочность покрытия очень сильно зависит от пористости покрытия 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 смесей 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 покрытия из полиуретанов.

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

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

Образование молекулярного контакта происходит в результате миграции молекул из объема на границу раздела и последующего адсорбционного взаимодействия.

В соответствии с адсорбционной теорией адгезия взаимодействие на молекулярном уровне и определяет прочность адгезионных соединений. На основании данных представлений предлагаются следующие технологические 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 окисление, фосфатирование.

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

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 диффузионных 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 влияет на значение адгезионной прочности.

В соединениях металл-полимер установлено протекание интенсивной диффузии 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 объём 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, способствующие повышению адгезионной прочности:

1. Увеличение полярности полимера.

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

Введение пластификатора повышает подвижность макромолекул и, как следствие этого, способствует снижению внутренних механических напряжений. Влияние концентрации пластификатора С на адгезионную прочность неоднозначна. При С > С0 происходит снижение прочности адгезионного соединения, что объясняется снижением 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 объясняется дисперсным упрочнением полимерной матрицы и катализом окислительных 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. Адгезионная 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 неоднозначно (см., например, рис. 4), поэтому необходимы дополнительные исследования.

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

Дата добавления: 2017-01-14