1468551205

powierzchnia elementu

konwencjonalne techniki łączenia w ich aktualnych zastosowaniach. Ewentualne wdrożenia tej techniki dotyczą jedynie wybranych elementów lub konstrukcji i tylko wówczas, gdy będzie to uzasadnione ekonomicznie i będzie spełniało wymogi eksploatacyjne.

Zjawiska fizykochemiczne w klejeniu

Możliwość uzyskania trwałego i funkcjonalnego połączenia klejowego wymaga spełnienia dwóch podstawowych warunków: odpowiedniego związania spoiny klejowej z powierzchnią materiału łączonego (adhezja) oraz osiągnięcia odpowiedniej wytrzymałości w samej spoinie klejowej (kohezja). W prawidłowo zaprojektowanym i wykonanym połączeniu klejowym siły adhezji powinny być w przybliżeniu równe co do wartości siłom kohezji. Zjawiska odpowiedzialne za powstanie połączeń klejowych pokazano na rysunku 1 [1,3, 4).

element klejony

Rys. 1. Oddziaływania adhezyjne i kohezyjne w połączeniu klejowym [1,3,4)

Fig. 1. Adhesive and cohesive interactions in adhesive joint [1, 3,4]

Adhezja (łac. adhesio - sczepianie, przyleganie) jest zjawiskiem powierzchniowego wiązania się warstw wierzchnich dwóch ciał, zazwyczaj cieczy i ciała stałego. Wyodrębnia się podział adhezji na właściwą i mechaniczną [1+7]. Istnieje wiele teorii próbujących wyjaśnić zjawisko adhezji właściwej, a także określenia warunków, w jakich można uzyskać dużą wytrzymałość złączy adhezyjnych. Podstawowa teoria oddziaływań cząsteczkowych (zwana teorią fizyczno-che-miczną) w wystarczający sposób opisuje i wyjaśnia zjawisko adhezji, uznając je jako rezultat oddziaływania sił między-cząsteczkowych (van der Wallsa, dyspersyjnych, dipolowych czy indukcyjnych), występujących między cząsteczkami kleju a łączonymi materiałami w zakresie do 1 pm [1,3,7]. Siły van der Wallsa, chociaż stosunkowo słabe, odgrywają decydującą rolę w procesach adhezji. Wynika to z ich uniwersalnego charakteru - mogą występować między dowolnymi cząsteczkami, wówczas ich oddziaływanie łączne jest duże. Dodatkowo działają one na znacznie większych odległościach w porównaniu z siłami innych wiązań (długość wiązania r_o = 0,36 +50 nm), zatem siły przyciągania nie wymagają znacznego zbliżenia cząsteczek [1, 7, 8].

Do pozostałych teorii adhezji zaliczane są [1,7, 8]:

-    teoria elektrostatyczna - wiązania powstają w wyniku przepływu strumienia elektronów między dwoma ciałami w bezpośrednim kontakcie,

-    teoria dyfuzyjna - zakładająca wzajemną dyfuzję cząsteczek dwóch materiałów, wynikającą z różnicy potencjałów termodynamicznych,

-    teoria chemiczna - zakładająca występowanie między klejem a materiałem łączonym adsorpcji chemicznej dzięki

grupom funkcyjnym zdolnym do tworzenia wiązań chemicznych,

- pozostałe teorie - słabej warstwy granicznej, termodynamiczna, utleniania i elektretów.

W wyniku złożoności problemu powstała koncepcja uogólnionej teorii adhezji oparta na elementach teorii fizykochemicznej, jednak obejmująca także główne treści zawarte w innych teoriach [7j. Wskazuje ona na bezpośredni związek między siłami oddziaływań międzycząsteczkowych i odległością między cząsteczkami. Próba unifikacji istniejących teorii umożliwia dokonanie ilościowej oceny adhezji jako siły wiązań przypadających na jednostkę powierzchni i formułuje warunek konieczny do powstawania złączy o dużej wytrzymałości adhezyjnej [7] - zbliżenie cząstek dwóch ciał na odległość < 0,9 nm oraz wystarczający - duże siły przyciągania przy możliwie najniższej energii potencjalnej wiązania.

W przypadku adhezji mechanicznej, której podstawy sformułował Mc Bain [9), o wytrzymałości złącza decyduje wytrzymałość kleju lub łączonych materiałów, a nie zjawiska zachodzące na granicy obu tych faz. Klej o małej lepkości penetruje nierówności powierzchni, zakotwiczając się mocno we wgłębieniach materiału mającego chropowatą powierzchnię i jest absorbowany przez porowate podłoże podczas nanoszenia (rys. 2) [1, 3, 5, 6]. Stopień penetracji zależy głównie od lepkości kleju, temperatury, ciśnienia, czasu wnikania, a także od przekroju i głębokości wgłębień [1,7). Istotne z punktu widzenia funkcjonalności połączeń są oddziaływania w skali mikro [1, 10]. Kleje o dużej lepkości, np. w postaci pasty, nie wykazują zdolności zarówno do zwilżania, jak i rozpływania się na powierzchni klejonej, co powoduje zmniejszenie wytrzymałości połączeń w wyniku niedokładnego wniknięcia masy klejowej w nierówności [11]. Podstawowe różnice w zwilżaniu powierzchni przez kleje o małej i dużej lepkości pokazano na rysunku 3 [1,3, 5, 6],

warstwa kleju

podłoże klejone

Rys. 2. Adhezja mechaniczna [1,3,5,6]

Fig. 2. Mechanical adhesion [1.3, 5,6]

klej o małej lepkości

pow

klej o dużej lepkości

niewypełnione nierówności powierzchni powierzchnia elementu

Rys. 3. Zwilżanie powierzchni klejami: a-o małej lepkości, b-dużej lepkości [1, 3, 5, 6]

Fig. 3. Wettability of surface with adhesives of Iow viscosity (a) and high viscosity (b) [1, 3,5,6]

PRZEGLĄD SPAWALNICTWA 8/2008