Что такое адгезия? Свойства, виды, теории и методы исследований

Оглавление:

Адгезия означает прочность сцепления (прилипания) или связь, возникающую при соприкосновении поверхностных слоев двух разнородных тел. Например, краска на металлической поверхности. Адгезия обуславливается силами межмолекулярного взаимодействия, т. е. силами сцепления разнородных молекул, атомов, ионов, функциональных компонентов, находящихся в поверхностных слоях контактирующих тел. Эти силы сцепления называются адгезионными силами, а само взаимодействие — адгезионным взаимодействием.

Более простым языком: адгезия – сила, необходимая для отделения поверхностей друг от друга (разрыва) при деформации (отрыв или сдвиг). Работа, затраченная на преодоление сил сцепления, называется работой адгезии или работой отрыва.

Адгезив — клеящее вещество, способное соединять различные материалы путём поверхностного сцепления. Склеиваемые материалы – субстраты.

низкая адгезия штукатурки

Величина сцепления адгезии измеряется в Мегапаскалях (килограммах на квадратный сантиметр). В системе СИ – это Ньютон на 1 квадратный метр, т.е. Паскаль.

Пример, адгезия 1 МПа означает, что для отрыва клея площадью 1 см2 (1см*1см) требуется усилие в 10 кг.
10 кгс/см2 =1 МПа = 106 Па =106 Н/м2

Когезия и аутогезия

Когезия – это сцепление молекул, атомов, ионов вещества между собой в объеме тела (клеящего вещества, склеиваемых материалов). Если соприкасающиеся поверхности одинаковы и однородно, то адгезия переходит в когезию.

Для обеспечения надежной прочности склеивания, необходимо применять клеящие материалы с высокими адгезионными и когезионными свойствами.

Под аутогезией понимают слипание пленок, изготовленных из одного материала. При образовании многослойного покрытия, например, адгезионное взаимодействие реализуется между твердой поверхностью субстрата и ближайшим к ней слоем.
Разрушение склеенных поверхностей при испытании может быть различным. Если происходит полное отслаивание клеевой  пленки от подложки, это – адгезионный отрыв. Если разрушение происходит по клеевому слою или по склеиваемому материалу, то отрыв называется – когезионным.

Теории адгезии

  • В основе механизма склеивания лежит сложный процесс. С ним связано существование нескольких теорий, трактующих это явление с различных позиций. Единого мнения на данный момент не существует.
  • Адсорбционная теория, согласно которой явление осуществляется в результате адсорбции адгезива на порах и трещинах поверхности субстрата.
  • Механическая теория рассматривает адгезию, как результат проникновения молекул адгезива в верхний слой субстрата; объясняет склеивание только пористых материалов.
  • Электрическая теория реализуется путем контактной электризации, имеющей место при тесном соприкосновении адгезива и субстрата. Адгезив и субстрат в адгезионном соединении отождествляются с обкладками электрического конденсатора, а процесс разъединения– с раздвижением обкладок конденсатора. При этом между пластинами возникает разность потенциалов, которая растет с увеличением зазора между ними до наступления электрического разряда.
  • Сущность диффузной теории сводится к взаимной или односторонней диффузии молекул из адгезива в субстрат. Когда вещество проникает в молекулы полимера, вплетаясь в них, создавая прочные цепи. Позволяет понять механизм адгезии взаиморастворимых полимеров, не объясняя процессов склеивания металла, древесины, стекла.
  • Химическая теория (самая прочная) объясняет адгезию, как результат химического взаимодействия компонентов на уровне атомной связи клея с поверхностью материала.

Адгезионные свойства строительных и отделочных материалов

  • Адгезивные показатели бетонных и кирпичных конструкций низкие за счет высокой плотности и гладкости. Прочность сцепления старой бетонной поверхности с новым бетоном еще ниже. Она не превышает 0,8-1,0 МПа. Поэтому обязательно следует использовать адгезионные составы (грунтовки и модификаторы) и учитывать тот момент, что к шероховатой и сухой поверхности адгезия выше.
  • Адгезия бетона к металлу является также недостаточно прочной. Зачастую в строительстве применяются специальные смеси, которые обеспечивают надежное скрепление данных материалов. В несиловых металлических конструкциях в качестве адгезивов применяются полимеры на основе эпоксидных, полиуретановых, фенольных смол.
  • Для соединения металла и стекла (прозрачных пластмасс типа оргстекла) в домашних условиях можно использовать двухсторонний скотч, либо светоотверждаемые акрилатные составы.
  • Стекло показывает идеальную липкость с лаками, красками, герметиками, полимерными составами. Жидкое стекло прочно фиксируется с твердыми пористыми материалами.
  • Адгезия современных строительных штукатурок и шпаклевок осуществляется, преимущественно, по принципу механического и химического соединения. Адгезия сухих смесей к железобетонным, кирпичным и каменным поверхностям – от 1,8-2,0 МПа и более.
  • Адгезия плиточного клея начинается с 0,5 МПа и достигает 1,5-1,8 МПа. Чем выше вес плитки (керамогранита), больше проходимость у помещения, тем выше должны быть требования к степени «прилипания».
  • Межслойная адгезия лакокрасочных покрытий представляет собой сцепление краски с различными материалами по механическому типу. Лучшие показатели клейкости ЛКМ к поверхности основания достигаются в том случае, если рабочая поверхность имеет шероховатость или пористость.
  • Для связывания деревянных поверхностей с другими строительными материалами потребуется гипс, алебастр. Наилучшая адгезия дерева будет с битумом, красками и лаками.

Адгезия битума и асфальта

Сцепление битума с поверхностью минеральных материалов (асфальтобетонный слой) является свойством, определяющим водоустойчивость асфальтов и долговечность асфальтобетонов.

Вследствие недостаточной адгезии под воздействием воды в слабых зонах происходит разрушение дороги. Для улучшения адгезии дорожных битумов с каменными материалами (песок, гранит, известняк, доломит) существуют адгезионные добавки. Они представляют собой молекулы поверхностно-активного вещества. ПАВ изменяют поверхностные свойства и полярности элементов дорожного покрытия, устанавливают сильную связь между слоями, оказывающую сопротивление отслаивающему действию воды.

Усиление адгезии

  • зачистка поверхности металлов от пыли, грязевых точек, жира и прочих;
  • очистка, ошкуривание, струйная (дробеструйная) обработка абразивом;
  • обезжиривание поверхности керосином, бензином, растворителем, спиртом (в зависимости от вида склеиваемых поверхностей);
  • нанесение грунтов, шпаклевание;
  • примешивание специальных добавок и усилителей адгезии (активаторов, праймеров)
  • cмачивание водой.

Снижение адгезии

  • Пыль и жир без предварительной обработки склеить невозможно.
  • При усадке растворной смеси в зоне контакта возможно сокращение поверхности контакта и появление усадочных трещин, ослабляющих сцепление.
  • Обработка поверхностей субстратов составом, снижающим пористость.

Когда необходим анализ адгезии?

Первоочередное значение этот показатель имеет для строительных и отделочных составов.

  • Лаки и краски. Данное свойство влияет на качество прилипания, глубину проникновения и долговечность защитного покрытия.
  • Цементы, цементно-песчаные составы. От надежности склеивания зависит безопасность строения. Например, при использовании веществ с низким уровнем адгезии кирпичная кладка на кладочном растворе, керамическая плитка на ней, стена из пеноблока не продержатся долго.
  • Герметики и прочие клеящие составы. При использовании смесей с плохими адгезионными свойствами качество соединения ухудшается.
  • При проверке гидроизоляции кровли, трубопровода, гидроизоляционных составов, мастик и пароизоляций. Чем выше степень адгезии, тем качественнее составы и материалы будут выполнять свои защитные функции (минимизация теплопотерь).
  • Магистральные трубопроводы и газопроводы. Для успешного нанесения защитных составов против коррозии.

Обращайтесь в лабораторию «И.Д.К» Предложим индивидуальные условия на исследования!

ЗАКАЗАТЬ ЗВОНОК

Методы измерения адгезии

Все способы относятся к разрушающим методикам контроля и проводятся на образцах-свидетелях, либо требуют восстановления поврежденных участков:

Метод отслаивания. Определение адгезии отслаиванием гибкой пластинки от армированного стеклотканью покрытия и измерении применяемого усилия.

Метод решетчатых надрезов (ГОСТ 31149). Визуальное обследование и оценка состояния по нанесенным на покрытие решетчатым надрезам по 4-х балльной системе.

Решетчатых надрезов с обратным ударом. Сущность метода заключается в нанесении решетчатых надрезов и оценке состояния решетки покрытия после ударного воздействия, оказываемого на обратную сторону пластины (для рассчитывания адгезии высокоэластичных покрытий).

Метод параллельных надрезов. Нанесение параллельных надрезов  и визуальный контроль по трехбалльной системе.

Х образный надрез (ГОСТ 32702.2). Используется при толщине покрытия более 250 мкм. Оценка по 6-балльной системе.

Метод отрыва (ГОСТ 32299). В ходе испытания замеряют предел прочности, требующийся для отрыва покрытия от защищаемой поверхности бетонной или железобетонной конструкции. Величину силы отрыва определяют по шкале адгезиметра и рассчитывают по формуле. Позволяет оценить силу, характер отрыва (адгезия\когезия), по какому слою произошел.

Совокупность методов измерения силы отрыва или скалывания при адгезии называется адгезиометрией. Адгезию можно изменить напрямую, нарушая адгезионный контакт, а также с помощью электромагнитных или ультразвуковых волн или других косвенных воздействий.

Приборы и инструменты для измерения

Раньше адгезионные способности материалов можно было измерять только в лабораторных условиях, но на текущий момент разработано большое количество специальных приборов, способных определить адгезию материла в полевых условиях — на объекте, строительной площадке.

Нож адгезиметр. Многолезвийный нож используется для расчета адгезии лакокрасочных покрытий толщиной до 200 мкм на изогнутых и плоских поверхностях методом надрезов (решетчатых и параллельных).

Механический отрывной адгезиометр – для контроля силы сцепления покрытия с основанием и между слоями по принципу измерения усилия отрыва грибка.

Механический прибор для контроля битумной изоляции при обследовании трубопроводов и металлоконструкций с покрытием на основе битумных мастик.

Лента для оценки адгезии. Используется совместно с наборами для тестирования адгезии методом поперечных насечек.

Выезжаем в любую точку страны

Работаем 24 часа в сутки

Государственные стандарты контроля адгезии

Технология измерения адгезии, способы испытаний, а также все показатели прочности соединения материалов указаны в следующих нормативах:

ГОСТ 411-77 Резина и клей. Методы определения прочности связи с металлом при отслаивании.

ИСО 4624-2002 Краски и лаки. Определение адгезии методом отрыва. Международный стандарт.

ГОСТ 28574-2014 Защита от коррозии в строительстве. Конструкции бетонные и железобетонные. Методы испытаний адгезии защитных покрытий.

ГОСТ 27325-87 Детали и изделия из древесины и древесных материалов. Метод определения адгезии лакокрасочных покрытий. С рекомендованным образцом протокола испытаний.

ГОСТ 31357-2007 Смеси сухие строительные на цементном вяжущем

ГОСТ 13614-2013 Битумы и битуминозные вяжущие. Определение адгезии погружением в воду

ГОСТ 15140-78 Материалы лакокрасочные. Определение адгезии

ГОСТ 31149-2014 (ISO 2409-2013) Материалы лакокрасочные. Определение адгезии методом решетчатого надреза

ГОСТ 32702.2-2014 (ISO 16276-2-2007) Материалы лакокрасочные. Определение адгезии методом X-образного надреза

ГОСТ 51164-98 Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии. С образцами актов:

  • Определения адгезии защитных покрытий из полимерных лент
  • Определение адгезии защитных покрытий на основе битума
  • Состояние покрытия участка трубопровода

Технадзор, инжиниринг, строительная дорожная лаборатория