Методы определения адгезионной прочности
Адгезионная прочность определяется прямыми и косвенными методами. Так, адгезионную прочность можно оценивать усилием, под действием которого в адгезионном слое возникают нормальные или касательные напряжения, приводящие к разрушению соединения (прямой метод) или по косвенным характеристикам: скорости и интенсивности эмиссии электронов, величине разрядного потенциала, характеру и активности поверхности, образующейся при расслоении адгезива и субстрата и др.
Если отрыв пленки от подложки осуществляют под действием статической или динамической нагрузки, то в зависимости от способа нарушения адгезионных связей различают неравномерный, равномерный отрыв и сдвиг. Сопротивление, преодолеваемое при равномерном отрыве или сдвиге (усилие распределяется равномерно по всей поверхности образца) выражается в Па. При неравномерном отрыве, когда нагрузка прилагается только к части образца, распространяясь последовательно по его поверхности, единицей адгезионной прочности служит Н/м или кН/м.
Практическое применение получили следующие методы.
Метод постепенного отслаивания. Он основан на оценке усилия отслаивания (расслаивания) адгезионно связанных поверхностей. Отслаивают или пленку от подложки (если она достаточно гибкая) или подложку от пленки. В последнем случае применяют гибкие подложки: мягкую алюминиевую, отожженную стальную, мерную фольгу или фольгу других металлов; толщина фольги 20-50 мкм.
Отслаивание можно проводить под разными углами. Наиболее часто угол отслаивания равен 180°С. Если отслаиваемая пленка недостаточно прочна, ее армируют полосками марли или стеклоткани. Определения проводят с помощью динамометров и адгезиметров.
Адгезионная прочность зависит от толщины покрытий (если отслаивают пленку), модуля упругости материала фольги (если отслаивают подложку), скорости и угла отслаивания .
При всех вариантах метода усилие отслаивания является суммой затрат усилий на преодоление адгезионной связи и на деформацию (изгиб) отслаиваемого материала (пленки или подложки). При изменении работа отслаивания изменяется:
(6.16)
Скорость отслаивания часто принимают равной 6,5-7,0 мм/мин, при ее увеличении усилие отслаивания возрастает.
По методу клина (разновидность метода расслаивания) отделение пленки от подложки осуществляют по принципу механического расклинивания резцом. Для этого метода применяют прибор Снедзе, адгезиметр ГИПИ ЛКП и др. Этот метод применяют при определении адгезии жестких хрупких покрытий на недеформируемых подложках. Его в основном применяют в тех случаях, когда адгезионная прочность превышает когезионную прочность материала пленки.
Метод одновременного отрыва. Применяют нормальный отрыв при растяжении или сдвиге (грибковый метод, метод штифтов), отрыв центробежной силой (метод ультрацентрифуги), вибрацией (ультразвуковой метод), за счет инерции движущегося образца (метод пневматического ружья). Общим является то, что сила отрыва действует сосредоточенно и распределяется равномерно по площади адгезионного контакта. Результаты выражают отношением усилия отрыва к площади адгезированной пленки.
Оптический метод. По этому методу адгезионную прочность оценивают по значению критических внутренних напряжений, вызывающих самоотталкивание покрытия. Ограничение метода в том, что адгезионную прочность можно измерять только на поверхности полированного оптического стекла - призмы.
Согласно ГОСТ 15140-78 адгезионную прочность покрытий определяют методом решетчатых и параллельных надрезов. Суть его в том, что на поверхности покрытия режущим инструментом делают надрезы в виде решетки или параллельных линий на расстоянии 1 или 2 мм (в зависимости от толщины пленки). Об адгезионной прочности судят по степени отслаивания или удержания образующихся элементов, которую выражают в баллах. Наилучшей адгезионной прочности соответствует 1 балл. На этом принципе разработаны адгезиметры АД-1 и АД-2, обеспечивающие удобство и повышенную точность измерений.
