Содержание

1 Введение 3

2 Электроадгезионный метод соединения твёрдых тел 4

3 Адгезивы, отверждающиеся при облучении 10

4 Заключение 15

5 Список использованных источников 16

1 Введение

На сегодняшнее время трудно найти отрасль промышленности где бы не применялись композиционные материалы (армированные пластики, клеевые соединения, лакокрасочные покрытия и другие гетерогенные полимерные системы) все они успешно функционируют благодаря достаточным по величине и стабильными во времени адгезионным связям между компонентами. Поэтому понятен интерес к проблеме надёжности адгезионных соединений, их функционированию при действии эксплуатационных факторов, в том числе длительной нагрузке. Всё это заставляет учёных искать всё новые и новые модели адгезионных устройств, которые бы отвечали высокому уровню требований соединений различных компонентов.

В данной работе рассмотрим две современные модели адгезионных соединений : электроадгезионный метод соединения твёрдых тел и адгезивы, отверждающиеся при облучении.

2 Электроадгезионный метод соединения твёрдых тел

Склеивание стало одним из самых надёжных способов соединения твёрдых тел в машиностроении. Успешность внедрения технологии склеивания объясняется рядом существенных преимуществ по сравнению с другими видами соединений. Применение клеев позволяет соединить практически все материалы промышленного назначения: различные металлы и их сплавы; неметаллические соединения: древесину, кожу, пластмассы, керамику, стекло, резину и т.п.

Основные требования предъявляемые к конструкционным клеям – это прочность, теплостойкость и долговечность. Кроме того желательно, чтобы клей отверждался без нагревания и давления, при минимальной осадке. Удовлетворяют перечисленным требованиям только немногие клеи. Недостатки, свойственные традиционным технологиям склеивания, заставили искать новые пути соединения твёрдых тел.

Ещё в 1923 году Джонсон и Раббек обнаружили эффект сцепления твердых тел (диэлектриков с полупроводниками) под воздействием внешнего электрического поля. Полученный электроадгезионный контакт сохранялся в момент действия электрического юля и исчезал после его снятия. Такой метод соединения твердых тел впоследствии получил назва­ли электростимулированный адгезионный контакт. В настоящее время он широко используется электростатических крепежных устройствах, тормозных муфтах, захватывающих устройствах робототехнике.

В 1960 г. Н. А. Иоффис предложил повышать точность пайки керамики с керамикой и стекла с металлом воздействием внешних электрополей. Особенно бурное развитие исследований, посвященных выработке методов сцепления твердых тел под воздействием внешних электрических полей, начинается с 1967 г., когда в СССР и США вышли первые публикации по указанной проблеме.

Появились возможность создавать как обратимый адгезионный контакт, сохраняющийся только при действии внешнего электрического поля, так и необратимый.

В отличие от клеевых соединений время создания электроадгезионного контакта значительно меньше и составляет от 0.1 с до 10 мин при подаваемом потенциале от 300 В до 8 кВ.

Соединение твердых тел электроадгезионным мето­дом не требует высоких температур и наличия вакуума, как при диффузионной сварке. Отме­тим такое преимущество этого метода по сравнению сдругими, как возможность соединения тел без исполь­зования давления, а также низкие требовании к предва­рительной подготовке их поверхностей.

Применение электроадгезионного метода для соеди­нения твердых тел позволяет достичь прочности адгезионного контакта 15 МПа, поэтому в ряде случаев разрушение происходит когезионно, в частности, по стеклу при соединении стекол с металлами. Различные схемы создания адгезионного контакта твердых тел указанным методом приведены на рисунках 1, 2.

1 — металлический зонд (щетка); 2 — пленка (раствор) полимера; 3 — стекло; 4 — металл

Рисунок 1. – Схема электростатического контакта при нанесении покры­тия (а) и при склеивании твердых тел (б)

1 — металл; 2 — стекло; 3 — муфельная печь; ИП — источник питания

Рисунок 2. – Схема электроадгезионного соединения при повышенных температурах

В настоящее время число изобретений и статей по рассматриваемой проблеме настолько велико, что привести их все не представляется возможным. Всего на сегодняшний день электроадгезионным методом изготовлены соединения приблизительно из 130 различных по природе пар материалов. Эти соединения применяют при креплении тензодатчиков, изготовле­нии электронных микросхем, создании оптических кон­тактов, сочленении металлических труб со стеклянными и т. п.

Общепринято мнение, что при соединении твердых тел электроадгезионным методом сцепление происходит за счет пондеромоторных сил электрического поля. С учетом дипольной поляризации и накопления зарядов у границы раздела фаз и в объеме силу пондеромоторного взаимодействия можно рассчитать по формуле

F = (1)

где U — прикладываемый потенциал; e и e0 — диэлектрическая проницаемость среды и вакуума; d — толщина полимерной пленки; s1 — поверхностная плотность заряда пленки; s2 — объемная плотность за­ряда, расположенная на эффективной глубине х от поверхности пленки; J — остаточная поляризованность; a и К — коэффициенты.

Можно показать, что на границе раздела фаз из-за электростатического притяжения между контактирую­щими поверхностями возникает нормальное давле­ние

r = 4.5 × 10-13eE2 (2)

где Е — напряженность электрического поля.

Увеличения нормального давления (r) можно добить­ся использованием прослоек из сегнетоэлектрических материалов с высокой диэлектрической проницае­мостью среды (e ³ 104), а также повышением темпера­туры в зоне контакта.

Сцепление твердых тел под воздействием внешних электрических полей можно объяснить активацией по­верхностных сил, процессов поляризации и возможного локального разрушения молекулярных структур с после­дующим восстановлением связей: образованием проме­жуточных структур на поверхности раздела фаз, иногда с возникновением редкой сетки химических связей на общем электростатическом фоне. Для пони­мания происходящих процессов можно привлечь эффект Франца — Келдыша, согласно которому электриче­ское поле размывает границы энергетических зон, т. е. ведет к изменению самой структуры твердого тела.

Работы по совершенствованию методов электроадге­зионного соединения твердых тел и расширению об­ластей их применения интенсивно проводятся в США, Японии, Англии, России. Исследования по данной проблеме ведут такие крупные фирмы, как «Боинг» и «Джене­рал электрик» (США), «Хитачи» (Япония), «Болугу биланкорт» (Франция) и др. В нашей стране такие работы прово­дятся в Ленинградском электротехническом институте имени В. И. Ульянова, Московском лесо техническом институте, Всесоюзном заочном машино­строительном институте (Москва), Московском инсти­туте радиотехники, электроники и автоматики, Проб­лемной лаборатории диффузионной сварки материалов при Московском авиационно-технологическом инсти­туте.