Прочность клеевого соединения, как уже. было сказа­но, зависит от - состояния склеиваемых поверхностей [273, с. 23, 299—301]. В общем случае свойства поверх­ности полимеров коррелируют с их когезионной проч­ностью. Однако возможны и отклонения в случае соеди­нения полимеров, поверхность которых либо покрыта веществами с низкой поверхностной энергией и/или низ­кой когезионной прочностью (жирами, пластификатора­ми, не вступившими в реакции полимеризации или поли­конденсации соединениями и др.) [174, с. 370], либо имеет ориентированный поверхностный слой [279, 302]. Кроме того, у деталей из отвержденных при нагревании реактопластов поверхностный слой может иметь более высокую степень отверждения, чем материал в объеме [192]. Удаление подобных «слабых слоев» [279, 299] и предотвращение дальнейшего загрязнения, а также удаление. механических примесей (пыли, стружки, опи­лок) — одни из эффективных способов повышения проч­ности склеивания.

Существенное влияние па прочность клеевых соеди­нений деталей из термопластов оказывает морфология их поверхности [292], которая, в свою очередь, опре­деляется технологией изготовления деталей [302, 303].

Измерения краевого угла смачивания отливок тер­мопластов жидкостями различной полярности показали [302], что при изменении морфологии поверхности не происходит существенного изменения критического по­верхностного натяжения. Поэтому увеличение прочности

пряжения в клеевом соединении распределяются нерав­номерно [276, с. 14; 308; 309] {например, в случае сое­динения внахлестку наблюдается параболическое рас­пределение напряжений сдвига с максимальными их значениями по краям нахлестки). Поэтому клеевая прослойка должна обладать высокой прочностью и до­статочной эластичностью, способствующей снижению концентрации напряжений [308]. Связь деформацион­ных характеристик клея и склеиваемых материалов с коэффициентом концентрации напряжений п выражает­ся формулой:

ні.!)

ки; Еj, £s — модули - упругости при растяжении соединяемых мате­риалов; бь бг — толщины соединяемых деталей; d — толщина клеевой прослойки; ?тт — длина нахлестки.

Высокая эластичность клея помимо снижения оста­точных напряжений в шве обусловливает и более пол­ное смачивание склеиваемых поверхностей [174, с. 178].

Физико-механические свойства. клеевой прослойки регулируют изменением химического строения макромо­лекул полимера, их гибкости, молекулярной массы или стспешГ отверждения ИТ. д.

Гибкость цепи полимера можно повысить, ВВОДЯ в линейные макромолекулы следующие химические груп­пы: сн—CHs, G—СНд, О—СН2, S—СН2, NH—СН2, O^Si—О и др. Для обеспечения работоспособности клеевых соединений при повышенных температурах в качестве основы к лея необходимо применять полимеры, содержащие в своей структуре ароматические ядра и/или гетероциклы. Однако при комнатной температуре такие полимеры характеризуются высокой жесткостью. Желательно наличие в макромолекулах полимеров (например, ноли акрилатов, пол и метилметакрилатов, по­ливинилацеталей) небольшого числа длинных ответвле­ний, способствующих: уменьшению вязкости клея, уве­личению его подвижности и площади контакта с поверх­

ностью. Если же макромолекула полимера имеет много коротких ответвлений, клей плохо смачивает поверх­ность и образует жесткое клеевое соединение. Так, близкое (вдоль цепи) расположение полярных карбо­ксильных групп в макромолекуле полимет акр иловой кислоты обусловливает сильное межмолекулярное взаи­модействие, большую жесткость цепей и, следовательно, снижает скорость образования контакта клея с под­ложкой и способствует захватыванию клеем пузырьков воздуха,[296].

При малой степени полимеризации или низкой мо­лекулярной массе полимера клеевой слой может иметь хорошую адгезию, но в то же время низкую когезию, что не позволяет отнести его к клеящим материалам. Полимеры же с высокой молекулярной массой плохо растворимы, имеют1 высокую температуру текучести и, обладая хорошей когезией, не имеют, как правило, удовлетворительных клеящих свойств.

Увеличение молекулярной массы приводит к сниже­нию скорости образования истинного контакта или практически к уменьшению его площади, и к повыше­нию жесткости полимера, нс позволяющей равномерно нагружать шов. Оптимальные значения, степени полиме­ризации термопластичных полимеров находятся в интер­вале 50—300 [273, с. 48J.

При получении клеевого соединения в результате испарения растворителя или отверждения клея, а также из-за различий в термических, коэффициентах линейно­го расширения клея и склеиваемого материала происхо­дит усадка клеевого' слоя, вызывающая появление остаточных напряжений [174, с. 171]. Кроме того, в результате усадки в шве могут образоваться трещины и полости, которые становятся центрами концентрации напряжений и приводят к снижению показателей меха­нических свойств клеевого соединения. Усадка и оста­точные напряжения зависят от природы клея, конст­руктивных факторов (длины шва, толщины клеевой прослойки и др.), условий процесса склеивания. Значи­тельные усадки наблюдаются при использовании в ка­честве клеев различных мономеров, например акрила­тов, растворов ненасыщенных полиэфиров в реакцион­носпособных мономерах, олигоэфпракрилатов, а также таких низкомолекулярных смол, как фенол о форм а льде-

гиДнай, карб амид оформ альдегидная и др. При склеива­нии пластмасс на основе линейных полимеров с гибкими цепями даже при большой усадке не возникают боль­шие остаточные' напряжения, так как происходит их релаксация.

В общем случае зависимость прочности соединения, характеризующегося концентрацией напряжений, от степени отверждения может иметь экстремальный ха­рактер [276, с. 18], так как при отверждении изменя­ются и релаксационные характеристики клеевой про­слойки. При увеличении концентрации напряжений в клеевом соединении релаксационные процессы играют превалирующую роль и максимальное значение проч­ности наблюдается. при меньшей степени отверж­дения.

Для снижения остаточных напряжений лучше в каче­стве основы клея применять полимеры, характеризую­щиеся молекулярной однородностью, либо легко­плавкие или жидкие олигомеры, переход которых в полимеры может осуществляться в сравнительно. мяг­ких условиях и не сопровождается большими усадками (например, кремнийорганические каучуки с молекуляр­ной массой 15-103—10* 104). Снижению остаточных на­пряжений в клеевых прослойках на основе реактопла - ч - стов способствует пластифицирование полимера [310]. Один из лучших способов модификации термореак­тивной основы клея — введение длинноцепного термо­пластичного полимера [310] или эластомера [311]. Между эластификатором и полимером могут возникать химические связи![ЗШ], но число их невелико, так что подвижность макромолекул не ограничивается. Введе­ние эластификатора приводит' к снижению4прочности и модуля упругости клеевой прослойки, однако проч­ность клеевого соединения возрастает [311]; Основной недостаток эластифицирования — снижение. теплостой­кости клеевого соединения. _

Эл астифицироват^ клеевой шов можно, нанося эластичную прослойку на границу склеиваемого мате­риала и жесткого клея '[312].

При оценке прочности клеевого соединения необхо­димо учитывать тот факт, что в результате контакта с поверхностью соединяемого материала [296] происхо - . дят. изменения таких характеристик полимерной основы

'клея, как температура стеклования, теплота плавлений, плотность упаковки макромолекул [313, 314]. Адсорби­рованные твердой поверхностью из раствора макромо­лекулы даже в Присутствии растворителя проявляют свойства твердого полимера [315]. Общим для всех систем является увеличение плотности упаковки макро­молекул полимера, находящихся непосредственно на границе контакта, на 3—5% и разрыхление последую­щего слоя независимо от поверхностной энергии субст­рата [313].

. Рассмотренные выше факторы, влияющие на проч­ность клеевых..соединений, необходимо учитывать при выборе клеев, конструировании соединения и при вы­полнении склеивания. '