Введение к работе
['"tU'' j дел ! ^
зтгц;і*і і
———-і Актуальность проблемы. Успехи и темпы развития новой техники
во многом определяются состоянием исследований в области физики, химии и механики композиционных металлополимерньос материалов, основным элементом которых является адгезионное соединение. Одна из важнейших направлений этих исследований, обеспечивающее получение изделий с необходимым комплексом свойств, состоит в анализ^ поведения переходной зоны адгезионных систем полимер/металл, поскольку именно эта зона контролирует сопротивление воздействию внешних факторов (механические и тепловые поля, агрессивные среды и др.) таких практически ванных систем как защитные покрытия,клеи, герметики.
Несмотря на успехи, достигнутые в последнее время в исследовании различных аспектов адгезионных взаимодействий в системах полимер/металл, остаются неизученными принципиальные вопросы," определяющие роль и значение переходных областей в этой проблеме. Серьезным тормозом в развитии экспериментальных работ является существующая до сих пор односторонность подхода к анализу адгезионных систем, когда основное внимание уделяется полимерной компоненте, а совокупность явлений физико-химической природы, обусловленных влиянием твердой металлической подложки на процессы формирования и разрушения межфазной области, не рассматривается* В этой связи очевидна необходимость систематических исследований, направленных на выяснение закономерностей формирования адгезионных соединений, изучения свойств градиентных структур, возникающих в переходных зонах в результате взаимного влияния компонентов адгезионного соединения, определения механизмов разрушения систем при воздействии механические нагрузок а агрессивных ерей.
- 4 -Без выяснения этих фундаментальных вопросов трудно решать
практические задачи, связанные с получениеи металлополимерных
систем различного назначения путем мотивированного воздействия
на процессы формирования, структуру и физико-химические свойства
всех компонентов, составляющих адгезионное соединение.
Основная цель работы заключалась в обосновании и развитии представлений о решающей роли структуры, физико-химических и механических свойств переходной композиционной зоны металлополимерных систем в обеспечении высокого уровня прочности и стабильности адгезионных соединений легких металлов с полимерами.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
обосновать целесообразность введения представлений о переходной композиционной зоне, как самостоятельной области адгезионного соединения, определяющей его свойства;
на базе новых методических подходов и теоретических представлений изучить физико-химио процессов формирования адгезионного контакта в системе вязкая жидкость (адгезив) - подложка с неоднородной (шероховатой и пористой) структурой;
изучить особенности образования и разрушения адгезионных соединений полимеров различной природа с пористыми подложками, отличающимися структурой и механической прочностью, а также характером изменения по толщине переходной зоны;
исследовать структурно-морфологические и фазовые особенности, а также определить физико-химические свойства переходных композиционных зон," изменение структуры и состава которых носит градиентный характер, и осуществить их моделирование;
установить механизмы разрушения адгезионных соединений различных типов в агрессивной среде (вода, растворители) и выявить факторы, определяющие защитные функции органических лоїсрьггиа на
легких металлах;
- обосновать новые эффективные принципы создания адгезионных
соединений с высокой прочностью и стабильностью, основанные на
упра&пегаш структурой и физико-химическими свойствами"переходных
композиционных зон.
Научная новизна работы заключается в развитии нового научного направления - физической химии переходных композиционных зон адгезионных соединений, в рамках которого
- предложен и обоснован новый теоретический подход к анализу
свойств меткллополимерных адгезионных соединений, базирующийся
на введенных представлениях о переходной композиционной, зоне и принципах определения места локализации фронта разрушения;
- впервые проведен комплексный - теоретический и эксперимен
тальный - анализ процессов формирования адгезионного контакта на
пористых подложках и заполнения пористой среды полимером, показана
необходимость учета аномального поведения полимерного материала
в порах и на поверхности подложки; с помощью модельных пористых структур получены критериальные выражения, устанавливающие связь . параметров пористых подложек с функциональными характеристиками адгезионных соединений;
впервые проведено измерение градиента механической прочности неорганической плекки на металле и га базе представлений о тре-шиностойкости переходкой композиционной зоны предложен способ.расчета ее энергии разрушения;
установлен универсальный механизм образования переходных композиционных зон структурно (текстурно) - градиентного типа для линейных кристаллизующихся и сетчатых аморфных полимеров: поверхность подложки задает алгоритм объединения первичных надмолекулярных образований (кристаллитов или зерен) в более крупные чпс-
_ 6 -
тины и их укладку; показано, что в благоприятных условиях - на высокоэнергетич'еской твердой поверхности - реализуется такая структура (текстура), которая приводит к укреплению переходной композиционной зоны путем перемещения дефектных областей ь объем полимерного материала;
установлены закономерности образования переходных композиционных зон градиентного типа с участием густосетчатых эпоксидных полимеров, модифицированных реакционнйспособныш соединениями бифшіьной природы с различным гадрофильно-липофияьнын балансом; определены механизмы формирования сложного концентрационного профиля модификатора по толщине переходной композиционной зоны и еі'о влияния на характер распространения трещины;
предложена модель мозаичной структуры переходной композиционной зоны, формирующейся под действием агрессивной среды, и с ее_ помощью "азработаны принципы повышения стабильности адгезионных соединений; обнаруженный эффект восстановления прочности адгезионных соединений густосетчатых полимеров с алюминием при контакте с водой использован для установления общих закономерностей управления защитными свойствами органических покрытий на металлах.
Практическая значимость работы состоит в создании единого методологического подхода к анализу металлополамерных адгезионных систем и их классификации, позволяющего целенаправленно вести изучение и разработку адгезионных систем с заданными свойствами. Разработаны новые методики изучения процессов течения высоковяз-.ких жидкостей в сверхтонких'капиллярах, определения ориентации и релаксационных характеристик поверхностных слоев полимэров, толщины полимерных покрытий, пористости материалов, внедренные в практику. С целью повышения адгезионных и защитных свойств полимерных покрытий и клеев предложены нсаые способы модификации неорга-
нических пленок на легких металлах, а также эпоксидных полимеров,
прошедшие промышленную проверку и рекомендованные к внедрению. Разработаны и внедрены в производство высокоэффективные составы для удаление полимерных материалов с поверхностей различных изделий.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались на Зсесоюзкых конференциях по поверхностным явлениям в полимерах (Киев, 1969, 1971, Ивако-Франкоаск, 1977), Мея- ' дунарсдном симпозиуме по химии крешийорганических соединений (Москва, 1975), XI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Алма-Ата, 1975), Московском совещании "Способы повышения адгезии полимеров" (1977)-, Московских коллоквиумах "Адгези; полимеров" (1978, 1979, 1981), Всесоюзной научно-технической конференции "Клеи и их применение в технике " (Кировакан, 1978, 1984), Всесоюзной конференции по коллоидной химии и фиэико-хшической механике (Минск, 1977), Конференции социалистических стран по жидким кристаллам (Тбилиси, 1981), Научно-технической конференции по пластификации полимероз (Казань, 1985), Всесоюзной межотрасле-вой научно-технической конференции "Адгезионные соединения в машиностроении" (Рига, 1983), Всесоюзной конференции по высокомолекулярном соединениям (Алма-Ата, 1985), Мє:ядународной конференции по поверхностным силам (Москва, 1985), I Финско-советском симпозиуме по коррозии (Хельсинки, 1938), Всесоюзном совещании по исследованию, разработке и применения магниевых сплавов в нчродном хозяйстве (Москва, 1988), научных семинарах Института макромолеку-лярной химии (Прага, 1976), Института полимерной химии (Тельтов, ГДР, 1980, 1982), Штуттгартского университета (Штуттгарт, $РГ, 1986), Института полимеров (Фрайбург, ФРГ і 1987), а также на ряде других Всесоюзных и республиканских конференций- и совещаний.
-8 -Основное содержание диссертации отражено более чем в 80
работах и 3-х авторских свидетельствах, важнейшие из которых
включены в автореферат.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 частей, заключения, выводов, списка литературы (464 наименова- ' ния) и приложений. Работа изложена на 428 страницах машинописного текста, включая 125 рисунков и 25 таблиц.
