Imbinarea materialelor plastice si a materialelor plastice cu alte materiale

Imbinarea materialelor plastice cu ajutorul solventuluiSolventul dizolva superficial materialul plastic al pieselor care trebuiesc imbinate, facilitand intrepatrunderea lanturilor macromoleculare La evaporarea solventului, polimerul formeaza o masa compacta la imbinare

Imbinarea termica a plasticelorLa temperaturi mai mari ca Tg-ul sau Tm-ul, dar fara depasirea Tc-ului si aplicarea unei forte pe portiunea inmuiata de plastic se poate realiza o imbinare a pieselor de plastic fara utilizarea materialelor straine

Imbinarea termica a unor materiale cu adezivi polimerici de topireSe utilizeaza la lipirea furnirelor, aschiilor de lemn si metalelorPolimerii sub forma de film (folie) se interpun intre substraturi si se preseaza la cald. Adezivul se topeste iar la racire realizeaza priza celor 2 substraturiPolimerii sub forma de fulgi sau baghete se introduc intr-un dispozitiv de topireEx. PP liniara, amorfa de masa molara joasa, poliamidele Parametrii structurali regleaza viscozitatea si Tm

Instalatii si dispozitive dentru utilizarea adezivilor de topire

Utilizarea solutiilor de polimer ca adeziv pentru alte materialeAdezivii trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:Sa realizeze forte de adeziune mari cu materialele pe care sunt depuse (se realizeaza prin asemanarea chimica:Substraturile polare sunt lipite de adezivi polariSubstraturile nepolare sunt lipite de adezivi nepolari)Sa fie netoxiceSa se utilizeze in cantitati miciSa nu aiba impact negativ asupra mediului

Din considerente ecologice, solutiile de polimeri in solventi organici (toxici, scumpi) au fost inlocuite (acolo unde a fost posibil) de emulsii apoase de polimeri (numite si adezivi ecologici) Ex. Aracetul (dispersie de poli(acetat de vinil) in apa) Emulsiile sau dispersiile polimerice sunt sisteme disperse, obtinute prin polimerizare in emulsie a unor monomeri insolubili sau partial solubili in apa, in prezenta initiatorilor solubili in apa si a emulgatorilor (care au rolul de a stabiliza dispersia polimerica)Particulele de polimeri dspersate in mediul apos sunt de ordinul micronilor

Adezivii pot fi:Solutii de polimeri in soventi organici sau dispersii de polimeri in apa

Viscozitatea solutiei/dispersiei este importanta

Lipirea se realizeaza lent, prin evaporarea solventului/mediului de dispersie si eventual reticularea polimerului (polimeri autoreticulabili)

Lipirea se realizeaza prin utilizarea unei solutii din doi componenti (care se amesteca in momentul utilizarii); acesti adezivi sunt oligomeri care policondenseaza (Ex. Adezivii epoxidici)

Imbinarile adeziv/substrat pot fi:

Elastice

termoplastice

rigideSe realizeaza din polimeri liniari sau ramificatiSe realizeaza din polimeri inalt reticulatiSe realizeaza din polimeri liniari sau ramificatiSe deformeaza la cald, conform solicitarilor mecanice a materilalului, fara a se deterioraNu se mai pot ineparta din sistemSe mai pot indeparta din sistemcu ajutorul solventilor

Cine determina adeziune la un substrat si comportarea ulterioara a adezivului?

Natura adezivului/substratului exprimata prin:Raportul fortelor de adeziune/coeziune Coeziunea este definita ca rezistenta interna a unui adeziv si se exprima prin totalitatea interactiunilor dintre moleculele adezivuluiAdeziunea este legarea unui material de un altul si este datorata capacitatii de interactiune dintre adeziv si substrat

Legaturile chimice se formeaza intre putine tipuri de substraturi (Ex. silicon/sticla; poliuretan/sticla; rasini epoxi/sticla). S-a demonstrat ca legaturile chimice sunt pana la 50% din totalul interactiunilor care se manifesta si ca rezistenta lor in timp este direct dependenta de expunerea la umiditateAdeziunea micro-mecanica depinde de morfologia suprafetelor implicate in lipitura:O suprafata rugoasa (natural sau indusa prin design favorizeaza adeziunea, marind suprafata de contact intre adeziv si suprafata de lipit)

La interfata substrat/adeziv exista o zona de tranzitieIn zona de tranzitie toate proprietatile adezivului sunt modificate (chimice, mecanice, optice).

Grosimea zonei de tranzitie variaza, de la cativa nanometri pana la domeniul milimetrilor, functie: de natura cuplului substrat/adezivDe suprafata substratului (morfologie)Conditiile de aplicare si reticulare

In zona de tranzitie nu se manifesta fortele coezive

Zona de coeziune a stratului de adezivIn zona de coeziune, adezivul isi manifesta proprietatile sale nominale.Aceste proprietati sunt determinate de urmatoarele tipuri de forte moleculare: 1. Legaturile chimice din lantul macromolecular al adezivului polimeric; 2. Legaturile chimice rezultate din reticularea polimerului; 3. legaturile intermoleculare intre moleculele adezivului; 4. adeziunea mecanica intre diferite molecule din adeziv (incalcirea lanturilor macromoleculare).

Fortele coezive in polimerul nereticulat determina viscozitatea adezivuluiReticularea este implicata predominant in intarirea adezivului. Se creaza noi legaturi chimice care le stabilizeaza si pe cele existente generand coeziune ridicata.

Atat adeziunea (incluzand si zona de tranzitie) cat si coeziunea joaca rolul lor in maximizarea rezistentei unei imbinari.Legaturile cele mai slabe din ansamblu determina marimea fortei la care imbinarea poate fi supusa.

Proprietatile adezive si coezive se determina in general la producatorul de adezivi. Aplicatorul poate solicita o rezistenta a imbinarii pe anumite substraturi si trebuie sa respecte conditiile optime de aplicare si reticulare.

Adezivul trebuie sa aiba o rezistenta mecanica suficient de ridicata pentru a asigura o imbinare rezistenta NU NUMAI ADEZIUNEA la substrat!Incarcarea maxima specifica legaturilor din adeziv se poate determina prin teste de rupere, cand fractura se produce in adeziv (fractura coeziva) si nu in zona de adeziune intre substart si adeziv

Instrumente pentru masurarea adeziunii unui strat de protectie pe un suport

Instrument pentru determinarea rezistentei la rupere a unei imbinariForma probei

Adeziunea adezivului la substrat, in faza incipienta, este evidentiata de valoarea unghiului de contact pe care o picatura de adeziv o realizeaza cu substratul Unghiurile de contact mai mici de 900 evidentiaza capacitatea de udare a suprafetelor suport Cu cat unghiurile de contact sunt mai mici, tensiune superficiala a lichidului este mai mica si deci capacitatea de udare este mai mareCapacitatea de udare reprezinta capacitatea lichidelor de a forma interfata cu un solid.

Instrument de masurare a unghiului de contact

Unghiul de contact si tensiunea superficiala (expressed in dyne/cm) sunt corelate prin ecuatia lui YoungO udare eficienta presupune ca tensiunea superficiala a adezivului sa fie mai mica sau cel mult egala cu cea a substratului

Udare completa

Abilitatea unui adeziv de a uda suprafata substratului poate fi determinata prin masuratori reologice. Reologia se ocupa cu determinarea modificarii unui corp expus fortelor externe si timpului (stiinta curgerii corpurilor)-determina viscozitatea dinamica si tixotropia 1cP = 0.001Pas = 1mPas (Pas = Pascal seconds, mPas = Milli-Pascal seconds)

Instrumente de masurare a viscozitatii

Viscozitatea unui adeziv depinde de structura moleculara a polimerului, in special de masa molara (lungimea catenei principale) prezenta ramificarilor si a grupelor polare.Grupele polare sunt responsabile de fortele care afecteaza mobilitatea grupelor laterale si a segmentelor de lant.

Viscozitatile mari sunt avantajoase pentru a evita pierderea de adeziv in timpul imbinarii (curgerea lui pana la inatrire)

Viscozitatea optima este dictata de tehnica de aplicare a adezivului:Viscozitati mici pentru aplicare prin sprayere sau depunere de adeziv pasta

Viscozitatea poate fi crescuta prin adaugarea unor ingrosatori care pot fi polimeri ionici sau silicagelDaca viscozitatea adezivilor bazati pe solventi este prea mare, se poate realiza diluarea adezivului prin adaugare de solvent suplimentar

Adezivilor fara solvent nu li se poate modifica viscozitatea. Totusi anumite retete ale sistemului adeziv pot contine un reactiv cu efect subtietor

Tixotropia este proprietatea unui material de a-si modifica viscozitatea sub actiunea fortelor mecanice (agitare, scuturare (vibrare),framantare)

Adezivii tixotropici sunt formulati prin alegerea agentilor tixotropici introdusi in amestec (ex. Compusi ai acidul silicic)Acestia confera adezivilor urmatoarele beneficii:-Nu curg de pe suprafete verticale-Nu sunt absorbiti de substraturile poroase (consum mic) -Pot fi realizate grosimi de strat adeziv mai mari.

Adeziunea la un suport poate fi imbunatatita prin aplicarea tratamentelor de suprafataPregatirea suprafetei -degresarea -decaparea -debavurarea 2. Pretratarea suprafetei-procese mecanice (sablare)-procese chimice (corodarea, fluorinarea)-procese fizice (tratarea in plasma, metoda corona in atmosfera oxidativa [descarcari electrice la 60 000 V])3. Post-tratarea suprafetei-depunerea adezivului-utilizarea de lacuri, vopsele-depuneri de straturi metalice

Aderenta poate fi crescuta prin cresterea rugozitatii suprafetei substratuluiPutem masura rugozitatea suprafetei unui obiect mecanic (profilometre, scumpe, contact direct cu suprafata) optic (fara contact, componente ieftine, masurare "on line")

Masurarea Rugozitatii Suprafetelor cu Senzor Optic Principiul de functionareFigura 1.Suprafata perfect plana reflecta raza de lumina la un unghi de reflexie qr egal cu unghiul de incidenta qi. Reflexia pe alte directii este zero. Figura 2. Suprafata "perfect rugoasa" imprastie in mod egal pe toate directiile lumina de la sursa. Lumina reflectata la unghiul r va fi egala cu cea reflectata normal pe suprafata, 90grd. Gradul de rugozitate al unei suprafete reale in orice punct se determina comparand cantitatea de lumina reflectata la r cu cea reflectata perpendicular (sau la alt unghi). Diferenta dintre cantitatea de lumina reflectata pe cele doua directii este invers proportionala cu gradul de rugozitate al suprafetei.

Figura 3. Componentele senzorului de rugozitate sunt o dioda luminiscenta ca sursa de lumina, doi fotodetectori si un computer. Un fotodetector simte lumina reflectata la r iar celalalt lumina imprastiata la 90o. Computerul compara semnalele

AFM (atomic Force Microscopy)

Imagini AFMAFM-Image with 77 pm resolution. Subatomic structures are visible within single tungsten atoms. Image size 500 500 pm2.