Дипломная работа: Исследование зависимости прочности клеевых соединений от технологических параметров склеивания при изготовлении верхней одежды

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 Df — коэффициент диффузии;

с — концентрация материала.

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

, (1.11)

где Dd — постоянная, характеризующая подвижность цепей макромолекул полимеров.

Глубину проникновения 1р, а также число молекулярных цепей Nc, 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 Dd.

Подтверждено, что коэффициент диффузии Df, 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.

Краситель и отделочный препарат (или препараты), ассортимент которых включает в себя свыше 1000 наименований, в совокупности могут составлять до 12 % поверхностной плотности текстильного материала. Будучи нанесенными на его поверхность, они блокируют активные центры волокнообразующих полимеров, а из-за своей инертности снижают и химическую активность текстильного материала.

Содержащийся внутри текстильных материалов воздух соотносится с объемом волокнистой массы как 1:5... 1:4. Поры внутри текстильного материала значительно увеличивают гипотетическую площадь адгезионного контакта между ним и адгезивом. Однако вследствие "захлопывания" пор жидким адгезивом возможность проникновения его внутрь текстильного материала может значительно уменьшаться.

Шероховатость поверхности текстильных материалов очень значительна и затрудняет протекание реологических процессов при адгезионном контакте, делает невозможным применение реологической теории склеивания.

Особенностью клеев, применяемых для склеивания текстильных материалов, является их низкая адгезионная активность. Между функциональными группами основных видов клеев — полиэтиленового (ПЭ), полиамидного (ПА), акрилового (Пакр)- и функциональными группами волокнообразующих полимеров (например, целлюлозы) возможно возникновение различных межмолекулярных связей. Слабая энергия этих связей не позволяет рассматривать их как движущий фактор при установлении межфазного взаимодействия. Известно, что возникновение взаимодействия на границе "текстильный материал — адгезив" возможно только при приложении к компонентам сжимающего давления 30...50 кПа.

Таким образом, описание особенностей текстильных материалов как субстратов адгезионного взаимодействия представляет собой сложную проблему, решение которой должно быть найдено путем выявления присущих всем без исключения текстильным материалам свойств.

Теория склеивания текстильных материалов разработана на базе механической теории, а в качестве основополагающей адгезионной характеристики текстильных материалов взята ворсистость.

Постулат разработанной теоретической концепции звучит следующим образом: чем выше ворсистость текстильного материала, тем большая по величине площадь адгезионного контакта будет сформирована на границе раздела фаз, тем более благоприятные условия возникнут для получения прочного адгезионного соединения.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24