125854 (593164), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Эта теория хорошо объясняет влияние различного вида аппретов заключительной отделки, находящихся на поверхности текстильных материалов, на изменение адгезионной способности последних. Наличие между волокном и адгезивом промежуточного слоя из аппретов может привести и к ослаблению клеевого соединения, и к его упрочнению. Согласно данной теории следующего разрушения клеевого соединения никогда не происходит только вдоль границы поверхностей. Получение прочного клеевого соединения возможно при условии устранения всех слабых пограничных слоев в клее и субстрате.

В развитие этой теории создана концепция "мощных промежуточных слоев", или "промежуточных фаз". Такие промежуточные фазы возникают на молекулярном уровне в пограничном слое толщиной в несколько нанометров. Причиной образования таких фаз являются многие физические, физико-химические и химические явления:

1. ориентация химических групп, направленная на снижение свободной энергии на поверхностях волокна и адгезива;

2. движение наполнителей или фракций с низкой молекулярной массой вдоль поверхностей;

3. развитие кристаллической структуры;

4. образование ложной кристаллической зоны в результате уменьшения подвижности молекулярной цепи из-за взаимодействия с твердым телом;

5. изменение термодинамических и химических факторов полимеризации или перекрестной реакции в результате действия катализаторов.

Учитывать влияние таких пограничных слоев на адгезию необходимо для полного понимания этого явления и управления им, а также для разработки рациональных условий заключительной отделки текстильных полотен в текстильном производстве.

Теория поглощения (термодинамическая) является самой распространенной в настоящее время. Она объясняет способность материалов при их сближении к адгезии за счет действия межатомных и межмолекулярных сил в пограничных поверхностях. Наиболее распространенными видами пограничных сил являются силы Ван-дер-Ваальса.

Необходимым условием образования межатомных и межмолекулярных сил является хорошая смачиваемость твердого тела жидкостью.

Состояние равновесия в системе, состоящей из твердого тела и жидкости, описывается уравнением Юнга:

, (1.3)

где — поверхностное натяжение соответственно твердой, жидкой, газообразной фаз в точке их соприкосновения;

— краевой угол смачивания.

Поверхностное натяжение характеризует свободную энергию на поверхности твердого тела после равновесного поглощения пара из жидкости. Иногда эта величина может быть меньше свободной энергии твердого тела в вакууме. Для полимеров, в том числе и для текстильных волокон, в первом приближении можно принять, что:

, (1.4)

Когда краевой угол является конечной величиной > 0°, жидкость не растекается по твердой поверхности. Если 9 = 0°, жидкость увлажняет твердую поверхность и растекается по ней. Для произвольного увлажнения справедливы условия:

; (1.5)

, (2.6)

где S — коэффициент рассеивания.

Уравнение (1.6) следует рассматривать как критериальное при увлажнении поверхностей твердых тел. Примечательно, что такие факторы, как шероховатость поверхности твердого тела и внешнее давление, могут ограничить возможность использования этого критерия. Он неприменим для текстильных материалов, если шероховатость их поверхности превышает м.

Многие исследователи определяют свободную поверхностную энергию твердого тела по краевому углу смачивания.

Энергию W_ж системы "твердое тело (текстильный материал) — жидкость (клей)" определяют по формуле:

, (1.7)

Одной из наиболее важных моделей в науке об адгезии является реологическая модель, или модель умножения факторов. В этой модели сила адгезии S_a равняется произведению энергии W на функцию потери Ф, которая характеризует рассеянную энергию при вязкоупругой или пластической деформации материалов и зависит от степени излома и температуры t:

, (1.8)

Значение Ф обычно гораздо больше, чем значение W, а рассеянную энергию можно рассматривать как важный фактор в образовании сил адгезии.

Сила сопротивления срезу измеренная на промежуточном участке между волокном и матрицей из клея, находится в прямой зависимости от свободной энергии адгезии W. Работа сопротивления срезу G эквивалентна:

, (1.9)

где к — постоянная, равная 0,5 нм, что соответствует среднему расстоянию между молекулами при протекании физических явлений;

Е_m, E_f— соответственно модули упругости матрицы (адгезива) и волокна.

Влияние образованных промежуточных слоев, свойства которых резко отличаются от свойств адгезива, на упрочнение клеевого соединения подтверждено многочисленными экспериментами [4].

Теория диффузии основана на том, что возникновение адгезии между полимерами происходит из-за взаимной диффузии макромолекул в пограничные области. В результате образуется промежуточная фаза. Такой подход предложен С.С.Воюцким на основе изучения подвижности цепей макромолекул высокополимеров и их растворимости друг в друге. Теория диффузии предполагает проникновение как молекул жидкого адгезива в субстрат, так и молекул субстрата в адгезив в результате его набухания. Оба процесса приводят к исчезновению границы между фазами и образованию зоны, в которой один высоко полимер постепенно переходит в другой. В этом случае адгезия рассматривается не как поверхностное, а как объемное явление.

Диффузия макромолекул полимеров через поверхность раздела при ее большой протяженности возможна только при температуре выше температуры их плавления. Для развития диффузии в области раздела полимеры должны иметь термодинамическую совместимость. Кроме того, большинство полимеров не предрасположено к образованию однородных смесей друг с другом, это объясняется тем, что суммарная энтропия смеси двух полимеров значительно меньше, чем исходных низкомолекулярных компонентов. Вместе с тем энтальпия раствора выступает в качестве движущего фактора для его образования.

Следует отметить, что для клеевых соединений деталей одежды смешиваемость невозможна из-за сохранения каждым текстильным материалом своих собственных свойств. Сила адгезии будет зависеть, в частности, от продолжительности контакта, температуры, свойств и молекулярной массы полимеров. Такие зависимости установлены для многих пар полимеров и характерны для процесса склеивания текстильных материалов.

Р.М. Васенин создал количественную модель теории, в соответствии с которой количество материала, диффундирующее в направлении х через единицу площади поверхности, зависит от соотношения концентрации и температуры t:

, (1.10)

где D_f — коэффициент диффузии;

с — концентрация материала.

Для определения глубины проникновения диффундируемых молекул в области контакта за время t_c. P.M.Васенин предложил, что изменение коэффициента диффузии со временем определяется по формуле:

, (1.11)

где D_d — постоянная, характеризующая подвижность цепей макромолекул полимеров.

Глубину проникновения 1_р, а также число молекулярных цепей N_c, пересекающих поверхность раздела, определяют по формулам:

; (1.12)

, (1.13)

где к, — постоянные;

N — число Авогадро;

— плотность полимера;

М — молекулярная масса полимера.

Энергия адгезии G пропорциональна глубине проникновения и числу цепей, пересекающих промежуточную поверхность между адгезивом и твердым телом. Из предыдущих уравнений (1.11 — 1.13) получено выражение:

, (1.14)

где к — постоянная, зависящая от молекулярных особенностей полимеров, соприкасающихся друг с другом.

Теория и результаты экспериментов полностью соответствуют друг другу в случае соединения полимеров одного состава, но с разными молекулярными массами.

Существенная критика предложенных моделей сводится к невозможности определить количественно к и D_d.

Подтверждено, что коэффициент диффузии D_f, характеризующий диффузию центра массы, пропорционален М^-2.

Данная теория подтверждает, что явление диффузии для многих соединений полимеров существенно влияет на адгезию. Однако эта теория не объясняет, почему склеиваются материалы, взаимно не диффундирующие. Последнее обстоятельство не позволяет уверенно использовать ее для объяснения склеивания текстильных материалов.

Теория химических связей. Совершенно очевидно, что химические связи, которые возникают в местах соприкосновения адгезива с твердым телом, могут повлиять на силу адгезии между двумя веществами. Эти связи имеют более важное значение, чем, например, физические силы Ван-дер-Ваальса, которые называют вторичным взаимодействием.

"Первичная" и "вторичная" связи обязаны своим названием энергии каждого вида соединения. Энергия химических связей составляет (кДж/моль):

Ионные0... 1050

Ковалентные... 710

Металлические 110...350

Образование химических связей зависит от реакционной способности адгезива и твердого тела. Их инициирование возможно за счет дополнительных связующих веществ, вводимых между адгезивом и твердым телом и образующих химические связи с обоими веществами. Для текстильных материалов такими дополнительными веществами могут служить отделочные препараты, наносимые на них при заключительной отделке.

Установление химического взаимодействия или возникновение физических сил в пограничной области клеевого соединения различных материалов необходимо для описания этапа промежуточной диффузии и дальнейшего увеличения сил адгезии, т.е. сил прилипания, или сцепления.

В целом использование этой теории всегда требует экспериментального подтверждения возникновения химических связей. Очень трудно доказать, что, например, увеличение прочности склеивания связано с протеканием химических реакций.

Таким образом, следует констатировать, что адгезия — это очень сложное явление, чтобы объяснить его какой-то единственной моделью или теорией. Практически одновременно может действовать несколько механизмов соединения. Вместе с тем выявление преобладающей тенденции при обязательном признании присутствия других тенденций позволит: управлять процессом склеивания текстильных полотен; проектировать термоклеевые текстильные прокладочные материалы с заданной адгезионной способностью.

В теория склеивания текстильных материалов впервые были рассмотрены особенности текстильных материалов и адгезивов, как компонентов клеевого соединения, выбран универсальный показатель адгезионной способности текстильных материалов, описаны механизмы формирования поверхности адгезионного контакта и разрушения адгезионных соединений с учетом специфики строения компонентов клеевого соединения и протекания процесса склеивания [4].

Текстильные материалы (пряжа, ткань, нетканые и трикотажные полотна) - это сложные анизотропные материалы капиллярно-пористой структуры с развитой внутренней и внешней поверхностями. По сравнению с металлами, древесиной, полимерами и другими твердыми телами текстильные материалы имеют неоднородный химический состав как на уровне первичных элементов - волокон, так и на уровне комплексного продукта - нетканого или трикотажного полотна.

Число нитей или волокон разной химической природы варьируется в очень широких пределах. Например, в пряже, получаемой путем скручивания волокон и нитей, всегда более легкие волокна вытесняются на периферию, из-за чего существуют различия в химическом составе внутри материала и на его поверхности. Это делает невозможным выделение и строгое количественное описание тех компонентов, которые будут формировать внешнюю поверхность текстильного материала.

Характеристики

Список файлов ВКР