В чем измеряется адгезия к стали. Адгезия, прилипание (adhesion). Что же такое адгезия

— это связь между приведенными в контакт разнородными поверхностями. Причины возникновения адгезионной связи — действие межмолекулярных сил или сил химического взаимодействия. Адгезия обусловливает склеивание твердых тел — субстратов — с помощью клеющего вещества — адгезива, а также связь защитного или декоративного лакокрасочного покрытия с основой. Адгезия играет также важную роль в процессе сухого трения. В случае одинаковой природы соприкасающихся поверхностей следует говорить об аутогезии (автогезии), которая лежит в основе многих процессов переработки полимерных материалов. При длительном соприкосновении одинаковых поверхностей и установлении в зоне контакта структуры, характерной для любой точки в объеме тела, прочность аутогезионного соединения приближается к когезионной прочности материала (см. когезия).

На межфазной поверхности двух жидкостей или жидкости и твердого тела адгезия может достигать предельно высокого значения, так как контакт между поверхностями в этом случае полный. Адгезия двух твердых тел из-за неровностей поверхностей и соприкосновения лишь в отдельных точках, как правило, мала. Однако высокая адгезия может быть достигнута и в этом случае, если поверхностные слои контактирующих тел находятся в пластическом или высокоэластичном состоянии и прижаты друг к другу с достаточной силой.

Адгезия жидкости

Адгезия жидкости к жидкости или жидкости к твердому телу. С точки зрения термодинамики причина адгезии — уменьшение свободной энергии на единице поверхности адгезионного шва в изотермически обратимом процессе. Работа обратимого адгезионного отрыва Wa определяется из уравнения: >Wa = σ1 + σ2 - σ12

где σ1 и σ2 — поверхностное натяжение на границе фаз соответственно 1 и 2 с окружающей средой (воздухом), а σ12 — поверхностное натяжение на границе фаз 1 и 2, между которыми имеет место адгезия.

Значение адгезии двух несмешивающихся жидкостей можно найти из уравнения, указанного выше, по легко определяемым значениям σ1, σ2 и σ12. Наоборот, адгезия жидкости к поверхности твердого тела, вследствие невозможности непосредственного определения σ1 твердого тела, может быть рассчитана только косвенным путем по формуле: >Wa = σ2 (1 + cos ϴ)

где σ2 и ϴ — измеряемые величины соответственно поверхностного натяжения жидкости и равновесного краевого угла смачивания, образуемого жидкостью с поверхностью твердого тела. Из-за гистерезиса смачивания, не позволяющего точно определить краевой угол, по этому уравнению обычно получают только весьма приближенные значения. Кроме того, этим уравнением нельзя пользоваться в случае полного смачивания, когда cos ϴ = 1.

Оба уравнения, приложимые в случае, когда хотя бы одна фаза жидкая, совершенно неприменимы для оценки прочности адгезионной связи между двумя твердыми телами, так как в последнем случае разрушение адгезионного соединения сопровождается различного рода необратимыми явлениями, обусловленными различными причинами: неупругими деформациями адгезива и субстрата, образованием в зоне адгезионного шва двойного электрического слоя, разрывом макромолекул, «вытаскиванием» продиффундировавших концов макромолекул одного полимера из слоя другого и др.

Почти все применяемые в практике адгезивы представляют собою полимерные системы или образуют полимер в результате химических превращений, происходящих после нанесения адгезива на склеиваемые поверхности. К неполимерным адгезивам можно отнести только неорганические вещества типа цементов и припоев.

Методы определения адгезии

1. Метод одновременного отрыва одной части адгезионного соединения от другой по всей площади контакта;
2. Метод постепенного расслаивания адгезионного соединения.

Метод отрыва - адгезия

При первом способе разрушающая нагрузка может быть приложена в направлении, перпендикулярном плоскости контакта поверхностей (испытание на отрыв) или параллельном ей (испытание на сдвиг). Отношение силы, преодолеваемой при одновременном отрыве по всей площади контакта, к площади называется адгезионным давлением, давлением прилипания или прочностью адгезионной связи (н/м2, дин/см2, кгс/см2). Метод отрыва дает наиболее прямую и точную характеристику прочности адгезионного соединения, однако применение его связано с некоторыми экспериментальными затруднениями, в частности с необходимостью строго центрированного приложения нагрузки к испытуемому образцу и обеспечения равномерного распределения напряжений по адгезионному шву.

Отношение сил, преодолеваемых при постепенном расслаивании образца, к ширине образца называется сопротивлением отслаиванию или сопротивлением расслаиванию (н/м, дин/см, гс/см); часто адгезию, определяемую при расслаивании, характеризуют работой, которую необходимо затратить на отделение адгезива от субстрата (дж/м2, эрг/см2) (1 дж/м2 = 1 н/м, 1 эрг/см2 = 1 дин/см).

Метод расслаивания - адгезия

Определение адгезии расслаиванием более целесообразно в случае измерения прочности связи между тонкой гибкой пленкой и твердым субстратом, когда в условиях эксплуатации отслаивание пленки идет, как правило, от краев путем медленного углубления трещины. При адгезии двух жестких твердых тел более показателен метод отрыва, т. к. в этом случае при приложении достаточной силы может произойти практически одновременный отрыв по всей площади контакта.

Методы испытаний адгезии

Адгезию и аутогезию при испытании на отрыв, сдвиг и расслаивание можно определять на обычных динамометрах или на специальных адгезиометрах. Для обеспечения полноты контакта адгезива и субстрата адгезив применяют в виде расплава, раствора в летучем растворителе или мономера, который при образовании адгезионного соединения полимеризуется.

Однако при отверждении, высыхании и полимеризации адгезив, как правило, претерпевает усадку, в результате чего на межфазной поверхности возникают тангенциальные напряжения, ослабляющие адгезионное соединение.

Напряжения эти могут быть в значительной мере устранены введением в клей наполнителей, пластификаторов, а в некоторых случаях термообработкой адгезионного соединения.

На определяемую при испытании прочность адгезионной связи существенным образом могут влиять размеры и конструкция испытуемого образца (в результате действия т. н. краевого эффекта), толщина слоя адгезива, предыстория адгезионного соединения и другие факторы. О значениях прочности адгезии или аутогезии, можно говорить, конечно, лишь в случае, когда разрушение происходит по межфазной границе (адгезия) или в плоскости первоначального контакта (аутогезия). При разрушении образца по адгезиву получаемые значения характеризуют когезионную прочность полимера.

КОГЕЗИЯ (от лат. соhaesus — связанный, сцепленный * а. соhesion; н. Kohasion; ф. соhesion; и. соhesion) — сцепление частиц вещества (молекул, ионов, атомов), составляющих одну фазу. Когезия обусловлена силами межмолекулярного (межатомного) притяжения различной природы

При проведении некоторых видов работ необходимо определять уровень взаимодействия определенных элементов. Важно изначально знать насколько сильно они сцепляются друг с другом, чтобы конструкции была как можно более надежной.

Благодаря развитию новых технологий в стоматологии, сегодня мы получили возможность восстанавливать целостность и функциональность поврежденных и разрушенных зубов быстро, качественно и на долгий срок. Адгезивные системы обеспечивают уверенную фиксацию пломб и искусственных протезных конструкций.

В этой статье рассмотрим, что же собой представляет адгезия в стоматологии, и как она работает на службе красивой и здоровой улыбки.

Адгезия – что это такое

Вообще, слово «адгезив» в переводе с английского языка означает «клеящее вещество, прилипание». Этот «клей» используется в стоматологии с тем, чтобы соединять разные по составу материалы с тканью зуба (не путать адгезию и когезию – это физический термин).

Сам по себе пломбировочный материал не обладает химической адгезией, то есть способностью прилипать к влажному по своей природе дентину, так что здесь необходим «посредник», который позаботится о надежном сцеплении двух разнородных тканей. Во время полимеризации композитный материал дает усадку, так что если не использовать адгезивные системы, нужного качества сцепления добиться не удастся. А это прямая дорога к развитию повторного кариеса или даже под пломбой.

«Меня с детских лет беспокоила моя диастема, . Лет 5 назад я услышала, что существует такая методика, как адгезивная реконструкция зубов, при которой никакая болезненная обточка не нужна и материал буквально «прилипает» к зубам. Доктор просто шлифанул эмаль передних зубов и послойно закрыл непривлекательную щербинку композитом. Эмаль осталась целой, а улыбка сделалась открытой».

Елена Сальникова, отзыв на сайте одной из московских стоматологий

Инновационные светоотверждаемые адгезивные системы используются при пломбировке зубов композитами, при фиксации мостов, а также для установки брекетов, виниров, скайсов.

Классификация адгезивных систем

По сути своей состав адгезивной системы представлен группой жидкостей из протравливающего компонента, бонда, а также праймера. Все вместе они обеспечивают микромеханические связки между искусственными материалами и тканями зуба.

Поскольку структура эмали и дентина неоднородны, то и адгезивные системы для них используются тоже разные. В классификации адгезивных систем выделяют варианты отдельно для эмали и отдельно для дентина.

Современные адгезивные системы различаются по следующим характеристикам:

• число компонентов, которые входят в их состав (1, 2 и больше),
• содержание наполнителя: если присутствует кислота, то это самопротравливающая адгезивная система,
• способ отверждения: самостоятельно отверждаемые, с использованием света, а также двойного отверждения.

Так, в составе эмалевых адгезивов – низковязкие мономеры композиционных материалов. Важный момент состоит в том, что эмалевые адгезивы не работают в отношении дентина. Потому важно или ставить изолирующие прокладки для твердой части зуба, или применять специальный дентинный адгезив – праймер.

Какие есть типы адгезии

Существует несколько видов адгезии: механическая, химическая, а также их комбинации. Самым простым является механический. Суть действия системы сводится к созданию микромеханических связок между компонентами материала и шероховатой поверхностью зуба. Чтобы обеспечить высокое качество сцепления, перед нанесением адгезива естественные микроуглубления на поверхности зубных тканей тщательно высушивают.

Интересно! Доктор Буонкоре 63 года назад опытным путем выяснил, что фосфорная кислота делает зубную эмаль шероховатой. Это помогает усилению сцепления композита с тканями зуба. Появившаяся более полувека назад методика протравки зубной эмали кислотой стала фундаментом для современных адгезивных реставрационных методов.

Химический вариант сцепления основан на химической связи композитного материала с эмалью и дентином. Таким типом адгезии обладают исключительно стеклоиномерные цементы. Прочие материалы, что используют стоматологи, имеют только механическую адгезию.

Как «прилипает» композит к поверхности эмали

Как уже отмечалось выше, что в стоматологии механизмы адгезии с эмалью и дентином разнятся. Защитная внешняя оболочка зубов преобразуется под влиянием кислот. Если рассматривать эмаль после травления кислотой под микроскопом, то она будет напоминать собой пчелиные соты. Кислота в данном случае работает на усиление связки с композитом. В результате вязкие гидрофобные адгезивы легче проникают в более глубокие слои эмали и обеспечивают ее прочное сцепление с композитом.

Интересно! Эмаль считается наиболее твердой тканью в нашем организме. Она содержит в себе самое большое количество неорганических веществ – примерно 97%. Оставшиеся 2% – это вода, 1% – органика.

Как травят эмаль

Данный способ обработки подразумевает удаление с эмали части слоя в 10 микроньютонов (мкН). В результате на ее поверхности появляются поры глубиной в 5 – 50 мкН. Нередко для протравки эмаль смазывают ортофосфорной кислотой, а вот для дентина можно использовать органические кислоты, но в слабой концентрации.

Процесс травления длится от 30 до 60 секунд. Решающее значение имеют индивидуальные особенности строения эмалевой поверхности, в частности ее изначальная пористость. Если передержать кислоту, это неизбежно скажется на структуре эмали и ослабит сцепление. Так что если зубные ткани у пациента довольно слабые, то протравка должна длиться не дольше 15 секунд. Кислота удаляется струей воды, причем столько же по времени, сколько ее держат на эмали.

Как «прилипает» композит к поверхности дентина

Свойства дентина таковы, что его наружный слой – влажный. Жидкость в этой части зуба обновляется быстро, так что высушить ее очень сложно. И чтобы влага не сказалась на качестве сцепления дентина с композитом, используются особые водосовместимые (по-научному – гидрофильные) системы. Также на прочность связей непосредственное влияние оказывает так называемый «смазанный слой», который возникает как следствие инструментальной обработки дентина. Существует 2 подхода к использованию механизмов связывания:

• смазанный слой пропитывают водосовместимыми веществами,
• смазанный слой искусственно растворяют и счищают.

Стоит заметить, что последний метод, предполагающий удаление лишних микрочастиц с поверхности эмали, сегодня применяется значительно чаще, чем первый.

Как травят дентин

Японский стоматолог Фузаяма 39 лет назад первым в истории применил методику протравливания дентина. Сегодня перед процедурой на ткани зубов наносят специальные кондиционеры – они помогают гидрофильным веществам глубже проникать в дентинные ткани и сцепляться с водоотталкивающим композитом. Смазанный слой при этом отчасти уходит, происходит раскрытие дентинных канальцев, а из верхнего слоя выходят минеральные соли. После этого кондиционеры смываются водой. Следом идет этап сушки, и с этим главное не переусердствовать, иначе это скажется на сцеплении.

Далее наносится праймер, который помогает гидрофильным веществам пройти в канальцы и сцепиться с коллагеновыми волокнами. В итоге образуется своего рода гибридный слой, который способствует эффективному скреплению композита с дентином. Он также служит барьером от просачивания химии и микробов во внутренние структуры зуба.

Адгезивные системы для эмали

Если речь идет об эмали, то адгезия здесь обеспечивается на основе микромеханической сцепки. Для этого используются гидрофобные жидкости, однако необходимого «прилипания» к влажному дентину они не дадут, поэтому также используется праймер. Обращение с эмалевыми адгезивами, имеющими однокомпонентный состав, строится на следующих этапах:

1. протравка эмали ортофосфорной кислотой – примерно полминуты,
2. удаление водяной струей травильного геля,
3. сушка эмали,
4. соединение в одинаковой пропорции веществ адгезивной системы,
5. введение аппликатором в полость зуба адгезива,
6. разравнивание его воздушной струей.

Только после выполнения всех выше перечисленных манипуляций врач осуществляет введение композитного материала.

Адгезивные системы разных поколений в клинической стоматологии

К настоящему моменту известно 7 поколений адгезивных систем. Сегодня в ходу у стоматологов системы, начиная с 4-го поколения, которые помогают нам сохранять зубы целыми и здоровыми на протяжении всей жизни. Они содержат 3 компонента: кондиционер + праймер + адгезив. А вот инновационные 6 и 7 поколения с одноэтапными препаратами, увы, еще не приобрели повсеместного распространения.

Интересно, что многие эксперты говорят о первостепенной роли эмалевой адгезии, а вот дентинная идет во вторую очередь. Проведенные лабораторные исследования также указывают на то, что сегодня максимальную эффективность демонстрирует спиртовой протокол адгезии. Этанол помогает устранить боль и чувствительность после проведенной процедуры. К тому же при использовании этого вида протокола адгезии происходит меньшая утечка дентинной жидкости. Впрочем, в каждой индивидуальной ситуации врач решает сам, какому протоколу и какой адгезивной системе отдать предпочтение в имеющихся клинических условиях .

1 Протоколы использования адгезивов Попова А.О., Игнатова В.А. – студентки 4 курса стоматологического факультета.

Термин «адгезия» нередко встречается документах по разным научным дисциплинам. Он применяется и в физике, и в химии, и в биологии. Однако у каждой науки свой подход к тому, что такое адгезия, определение которой с учетом всех граней явления дать не может пока ни один ученый. Правда, все сходятся в одном: она представляет собой соединение, взаимодействие различных частиц.

Если рассматривать ее как процесс, можно сказать, что адгезия - это явление, которое заключается в появлении взаимодействия между некоторыми конденсированными фазами. Когда происходит их молекулярный контакт, это взаимодействие приводит к возникновению новой гетерогенной сущности.

Если этот феномен понимать как свойство, то адгезия - это (в случае с жидкостями) взаимодействие между жидкой и твердой фазами на границе их раздела.

Физика

С позиций физики, адгезия - это сцепление поверхностей различных веществ при их соприкосновении. Причем вещества могут находиться как в одинаковом, так и в разном агрегатном состоянии. Таким образом, эффект может касаться двух твердых, двух жидких или жидкого и твердого веществ.

Вещества сцепляются под воздействием следующих факторов:

• возникают химические связи молекул двух веществ,
• происходит диффузия, когда молекулы первого вещества проникают под границу поверхности второго,
• действуют силы Ван-дер-Ваальса, возникающие тогда, когда происходит поляризация молекул.

Имеются еще частные случаи, когда может проявляться адгезия. Их часто путают. Это аутогезия и когезия.

Аутогезия возникает как следствие сцепления однородных тел, однако граница раздела фаз при этом сохраняется.

Когезия может возникать при взаимодействии молекул одного тела.

В природных условиях возникают случаи, когда адгезия из-за разнообразных внешних причин становится когезией. Такая ситуация возникает при диффузии в случае, если границы фаз становятся размытыми. В ряде случаев сила адгезионной связи между фазами может оказаться больше когезионной. Тогда, в зависимости от прочности вещества, при приложении силы к соединению веществ граница раздела сохраняется либо когезионные связи разрываются.

Химия

Химия имеет сходное с физикой видение процесса адгезии. Многие технологические процессы в химической промышленности взяли на вооружение практическое использование данного явления. Именно оно лежит в основе технологии изготовления композитных материалов, на нем же основано и производство лакокрасочных материалов. Понятие адгезии в химической науке применяют тогда, когда ведут речь о процессе склеивания поверхностей в твердом состоянии клеящим веществом (субстраты склеиваются адгезивом).

Биология

В биологической науке термин используется не в отношении молекул, а применительно к относительно большим по размерам биологическим частицам - клеткам. Адгезия - это такое соединение клеток, которое позволяет сформировать гистологические структуры правильно, а тип этих структур определяется спецификой клеток, участвующих во взаимодействии. Результат взаимодействия зависит от наличия на поверхности соединяющихся клеток определенных белков.

Влияние на свойства материалов

Адгезия обладает возможностью в значительной степени изменять характеристики поверхностей, пришедших в соприкосновение. Она может способствовать приобретению поверхностями низкого коэффициента трения. Если при этом вещества имеют твердую кристаллическую структуру, то становится возможным их дальнейшее использование в качестве антифрикционных смазок. Такие эффекты, как капиллярность и смачиваемость, также происходят вследствие этого явления.

Единица измерения

Когда происходит адгезия, энергия тела на некоторой части поверхности мгновенно становится меньше. По этой причине ее принятоизмерять работой или силой, потребовавшейся для того, чтобы оторвать друг от друга поверхности на определенной единице площади.

Применение адгезии в строительстве

Такое физическое явление, как адгезия, способствовало усовершенствованию технологического процесса изготовления стальных плит и блоков, имеющих тонкие и толстые стенки. Владение информацией о механизмах явления дало возможность увеличить производительность линий изготовления этой строительной продукции и заметно сократить вес конструкций.

Только это явление дает возможность производить окраску и покрытие лаком поверхностей стройматериалов, наносить гальванические и анодные покрытия. Эти операции способствуют созданию антикоррозийной защиты металла, приданию материалу товарного внешнего вида.

Знание природы явления оказывает существенную помощь в качественном склеивании разнообразных материалов и прочной их сварке. При участии адгезии производится покрытие металлов оксидными пленками, выполняющими защитные функции. Эффект находит применение при производстве бетонных работ - в ситуациях, когда не удается сразу добиться полной заливки бетоном объекта. При проведении повторной заливки два бетонных основания образуют между собой так называемый холодный стык, отрицательно влияющий на прочностные характеристики соединения. Адгезия также рекомендована к применению в случаях, когда необходимо отделить бетон от формы из стали. Другими способами эту операцию выполнить просто невозможно. Применение адгезии дает возможность успешно бороться с дефектами поверхностей готовых изделий из бетона.

Цементные растворы

Деление клеевых растворов с участием цемента на классы С1 и С2 базируется на оценке степени адгезии раствора к основанию после затвердевания. Адгезия раствора клея класса С1 к основанию по требованиям европейских стандартов качества должна составлять более 0,5 МПа, в то время как для цементного клеевого раствора класса С2 ее значение - не меньше 1,0 Мпа. Таким образом, разницу между двумя классами растворов определяет прочность адгезии.

Методы определения адгезии

Методы, которыми определяется адгезия (ГОСТ 15140-78):

• отслаивание;
• решетчатые надрезы;
• решетчатые надрезы с обратным ударом;
• параллельные надрезы.

Адгезия в металлургии

При адгезии происходит сохранение границы раздела фаз между телами. Адгезия металлов находит свое проявление тогда, когда производится коагуляция неметаллических включений в составе жидких металлов и сплавов. Адгезия содействует укрупнению неметаллических включений, что в дальнейшем приводит к их выведению из металла в шлак.

Эффект адгезии или смачивания неметаллических включений жидким металлом может:

• мешать извлечению включений из металла в том случае, если расплав металла хорошо смачивает неметаллические включения (в этом случае имеет место хорошая адгезия);
• создавать условия для удаления неметаллических включений из металла в ситуации, когда эти включения недостаточно смачиваются металлическим расплавом (в этом случае величина адгезии невелика).

При проведении холодной сварки практически все твердые металлы, находящиеся в пластичном состоянии, подвергаются соединению под давлением. Адгезия лежит в основе сцепления с металлом гальванических, оксидных, сульфидных покрытий, которые наносятся на поверхность металла с целью защиты изделий от коррозии. Адгезия покрытия обеспечивает надежное его сцепление подобных составов с поверхностью металлов. Она нашла свое применение в порошковой металлургии, когда формируются и спекаются изделия из металлических порошков.

Адгезия материалов широко применяется в случаях, когда необходимо паять, лудить, цинковать, наносить разнообразные лакокрасочные покрытия. Без нее не обходится создание различных композитных материалов. При изготовлении таких материалов частицы какого-либо вещества входят в контакт с основой сплава. Эффект увеличивается при наличии электрического заряда на поверхностях тел, что позволяет при соединении образовать донорно-акцепторную связь. Усиливается адгезия также при проведении химической очистки соединяемых поверхностей. Для этих целей используются обезжиривание, вакуумирование, ионная бомбардировка, воздействие электромагнитного излучения.

Активатор адгезии

Когда эксплуатируется автомобиль, поры мельчайших размеров на поверхности лакокрасочного слоя и полимерных деталей засоряются остатками пыли, смол, автохимии. Вследствие этого попытка что-нибудь приклеить на детали часто оканчивается неудачей вследствие плохой адгезии поверхности. Обезжиривание не позволяет устранить все загрязнения. Активатор адгезии разработан для использования при подготовке поверхностей перед нанесением декоративных пленок, наклеек, шильдиков, двустороннего скотча. Активатор существенно увеличивает адгезионные свойства поверхностей благодаря специально разработанному составу. Его применение позволяет гарантировать, что приклеивание будет надежным и позволит эксплуатировать соединяемые материалы в течение длительного времени. Высокая адгезия, обеспечиваемая активатором, является причиной высокого спроса на него.

Адгезия цемента к различным основам (поверхностям), является важной технической характеристикой определяющей следующие возможности. В частности: способность цемента удерживать элементы наполнителя бетона, способность цементной штукатурки «прилипать» и длительное время удерживаться на поверхностях стен выполненных из разных материалов.

Также это способность клея на основе цемента «приклеивать» отделочные и теплоизоляционные материалы (искусственный камень, керамическую плитку, пенополистирол, базальтовую вату и пр.) к кирпичу, бетону, пеноблоку, древесине и другим основам.

Технический смысл адгезии

Слово «Адгезия» в переводе с латинского означает – «прилипание». Имеется ввиду прилипание разнородных или однородных материалов друг к другу. В нашем случае рассматривается «прилипание» растворов на основе цемента: бетон, штукатурка, кладочный раствор, ремонтные составы, клей, другой строительный материал.

Существует три вида адгезии:

• Физическая. Прилипание происходит на молекулярном уровне. Пример – прилипание магнита к стальной основе.
• Химическая. Прилипание происходит на атомном уровне. Пример – сваривание и пайка деталей. Также химический смысл имеет адгезия стоматологической пломбы к пульпе зуба.
• Механическая. Сцепление материалов происходит за счет проникновения адгезива (штукатурка, бетонный раствор, кладочный раствор, клей и т.п.) в поры и шероховатости основы. Пример: оштукатуривание, укладка плитки, окрашивание.

Степень адгезии измеряется в МПа. Цифровое значение обозначает величину силы, которую необходимо приложить для того чтобы оторвать адгезив от основания. Например, на упаковке сухой штукатурной смеси «ЭКО 44» указывается, что минимальная адгезия данного материала к основе составляет 0,5 МПа. Это значит что для того чтобы оторвать слой адгезива от основы понадобиться приложить усилие 5 кг на 1 см2 площади.

Степень адгезии материала к основе разнится от вида и возраста основы. Например старый бетон имеет степень адгезии к новому бетону от 0,9 до 1,0 МПа, в то время как современные сухие строительные смеси способны обеспечивать степень «прилипания» до 2 МПа и более.

Лабораторное испытание степени адгезии сухих строительных смесей осуществляют на специальных образцах, в соответствии с требованиями ГОСТ 31356-2007.

Способы увеличения адгезии

Степень «прилипания» адгезива к основе есть величина «переменная», зависящая от ряда факторов:

• Чистоты поверхности от загрязнений: пыли, жирных пятен, аморфных масс и пр.
• Шероховатости поверхности. Например, в силу практически нулевой шероховатости поверхности, величина адгезия цемента к стеклу значительно ниже, чем адгезия цемента к дереву или адгезия цемента к бетону.
• Усадочные процессы. При усадке адгезива возникают напряжения вызывающие растрескивания и отслоения от основы.

Чтобы получить величину адгезии соответствующей заданным параметрам, необходимо устранить указанные выше факторы. Применяют следующий комплекс мер:

• Тщательная очистка основы от загрязнений, краски, старой штукатурки и аморфных масс.
• Увеличение степени шероховатости методом нанесения насечек или шлифовки абразивами. Хороший результат дает обработка гладкой поверхности составом для увеличения шероховатости поверхности «Бетоноконтакт».
• Применение химического модифицирования бетона специальными добавками, такими как «МС-АДГЕЗИВ» или «SikaLatex®». «МС-АДГЕЗИВ» значительно увеличивает адгезию цементных растворов, в том числе адгезию цемента к металлу и адгезию цемента к краске. Добавка вводится одновременно с затворителем в соответствии с инструкцией по применению. «SikaLatex®» жидкая добавка в цементные растворы улучшающая прочность сцепления, снижающая усадочные процессы. Вводится в затворитель согласно инструкции. С помощью данных добавок получают цемент с высокой адгезией, даже к старому или «гладкому» основанию.
• Грунтовка основы. Грунтовки глубоко проникают в толщу основы и значительно увеличивают степень сцепления основы с адгезивом. Распространенные бренды: Люксорит-Грунт, Joint Primer, Максбонд Латекс.

Как показывает практика, в частном строительстве применяют не весь комплекс мероприятий, а только некоторые пункты – очистку поверхности и увеличение степени шероховатости. Выполнение этих операций не требуют дополнительных затрат и обеспечивают достаточную степень сцепления при всех видах работ: штукатурке, укладке плитки, отделке пола и т.п.

Методы измерения величины адгезии

Числовое значение степени сцепления основы с адгезивом определяется специальным прибором «ОНИКС-АП» или его аналогами. Техническая суть технологии заключается в приклеивании рабочей пластины прибора на участок штукатурки, плитки, керамогранита и пр. При этом проверяемый участок должен соответствовать габаритам пластины. Соответствие габаритам пластины обеспечивается пропилами адгезива до основания.

Далее прибор начинает нагружать (отрывать) пластину, пока полностью не оторвет ее от основания вместе с испытуемым участком адгезива. По ходу процесса происходит индикация нарастания величины нагрузки. С помощью данного прибора можно измерять степень адгезии от 0 до 10 МПа. Учитывая высокую стоимость данного прибора, около 70 000 рублей, приобретать его для разового использования в частном строительстве экономически нецелесообразно.

Заключение

Производители строительных материалов и торговые сети предлагают потребителям широкий выбор сухих строительных смесей «на все варианты»: штукатурки для наружных и внутренних работ, клеи на основе цемента для плитки, керамогранита, искусственного камня, пенополистирола и других теплоизоляционных и отделочных материалов.

При этом адгезия той или иной смеси соответствует своему назначению при соблюдении инструкции по использованию. Поэтому, если застройщики, используя данные составы, четко придерживаются требований производителя, им не стоит беспокоиться и адгезии – величина адгезии обеспечивается автоматически.

Понятие когезии и адгезии. Смачивание и растекание. Работа адгезии и когезии. Уравнение Дюпре. Краевой угол смачивания. Закон Юнга. Гидрофобные и гидрофильные поверхности

В гетерогенных системах различают межмолекулярное взаимодействие внутри фаз и между ними.

Когезия - притяжение атомов и молекул внутри отдельной фазы . Она определяет существование вещества в конденсированном состоянии и может быть обусловлена межмолекулярными и межатомными силами. Понятие адгезии , смачивания и растекания относятся к межфазным взаимодействиям.

Адгезия обеспечивает между двумя телами соединение определенной прочности благодаря физическим и химическим межмолекулярными силами. Рассмотрим характеристики когезионного процесса. Работа когезии определяется затратой энергии на обратимый процесс разрыва тела по сечению равной единице площади: W k =2  , где W k - работа когезии; - поверхностное натяжение

Так как при разрыве образуется поверхность в две параллельные площади, то в уравнении появляется коэффициент 2. Когезия отражает межмолекулярное взаимодействие внутри гомогенной фазы, то ее можно охарактеризовать такими параметрами как энергия кристаллической решетки, внутреннее давление, летучесть, температура кипения, адгезия результат стремления системы к уменьшению поверхностной энергии. Работа адгезии характеризуется работой обратимого разрыва адгезионной связи, отнесенной к единице площади. Она измеряется в тех же единицах, что и поверхностное натяжение. Полная работа адгезии, приходящаяся на всю площадь контакта тел: W s = W a S

Таким образом, адгезия - работа по разрыву адсорбционных сил с образованием новой поверхности в 1м 2 .

Чтобы получить соотношение между работой адгезии и поверхностным натяжением взаимодействующих компонентов, представим себе две конденсированные фазы 2 и 3, имеющие поверхность на границе с воздухом 1, равную единице площади (рис. 2.4.1.1).

Будем считать, что фазы взаимно нерастворимы. При совмещении этих поверхностей, т.е. при нанесении одного вещества на другое происходит явление адгезии, т.к. система стала двухфазной, то появляется межфазное натяжение  23 . В результате первоначальная энергия Гиббса системы снижается на величину, равную работе адгезии:

G + W a =0, W a = - G .

Изменение энергии Гиббса системы в процессе адгезии:

G нач. =  31 +  21 ;

G кон =  23 ;

;

.

- уравнение Дюпре.

Оно отражает закон сохранения энергии при адгезии. Из него следует, что работа адгезии тем больше, чем больше поверхностные натяжения исходных компонентов и чем меньше конечное межфазное натяжение.

Межфазное натяжение станет равно 0, когда исчезнет межфазная поверхность, что происходит при полном растворении фаз

Учитывая, что W k =2  , и умножая правую часть на дробь , получим:

где W k 2, W k 3 - работа когезии фаз 2 и 3.

Таким образом, условие растворения состоит в том, что работа адгезии между взаимодействующими телами должна быть равна или больше среднего значения суммы работ когезии. От работы когезии надо отличать адгезионную прочность W п .

W п – работа, затраченная на разрушение адгезионного соединения . Эта величина отличается тем, что в нее входит как работа разрыва межмолекулярных связей W a , так и работа, затраченная на деформацию компонентов адгезионного соединения W деф :

W п = W a + W деф .

Чем прочнее адгезионное соединение, тем большей деформации будут подвергаться компоненты системы в процессе его разрушения. Работа деформации может превышать обратимую работу адгезии в несколько раз.

Смачивание - поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкого с твердым или другим жидким телом при наличии одновременного контакта трех несмешивающихся фаз, одна из которых обычно является газом.

Степень смачиваемости характеризуется безразмерной величиной косинуса краевого угла смачивания или просто краевого угла. При наличии капли жидкости на поверхности жидкой или твердой фазы наблюдаются два процесса при условии, что фазы взаимно нерастворимы.

Жидкость остается на поверхности другой фазы в виде капли.

Капля растекается по поверхности.

На рис. 2.4.1.2 показана капля на поверхности твердого тела в условиях равновесия.

Поверхностная энергия твердого тела, стремясь к уменьшению, растягивает каплю по поверхности и равна  31 . Межфазная энергия на границе твердое тело - жидкость стремится сжать каплю, т.е. поверхностная энергия уменьшается за счет уменьшения площади поверхности. Растеканию препятствуют когезионные силы, действующие внутри капли. Действие когезионных сил направлено от границы между жидкой, твердой и газообразной фазами по касательной к сферической поверхности капли и равно  21 . Угол  (тетта), образованный касательной к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, имеет вершину на границе раздела трех фаз и называется краевым углом смачиваемости . При равновесии устанавливается следующее соотношение

- закон Юнга .

Отсюда вытекает количественная характеристика смачивания как косинус краевого угла смачивания
. Чем меньше краевой угол смачивания и, соответственно, чем большеcos , тем лучше смачивание.

Если cos  > 0, то поверхность хорошо смачивается этой жидкостью, если cos  < 0, то жидкость плохо смачивает это тело (кварц – вода – воздух: угол  = 0; «тефлон – вода – воздух»: угол  = 108 0). С точки зрения смачиваемости различают гидрофильные и гидрофобные поверхности.

Если 0< угол <90, то поверхность гидрофильная, если краевой угол смачиваемости >90, то поверхность гидрофобная. Удобная для расчета величины работы адгезии формула получается в результате сочетания формулы Дюпре и закона Юнга:

;

- уравнение Дюпре-Юнга.

Из этого уравнения видна разница между явлениями адгезии и смачиваемости. Разделив обе части на 2, получим

.

Так как смачивание количественно характеризуется cos , то в соответствии с уравнением оно определяется отношением работы адгезии к работе когезии для смачивающей жидкости. Различие между адгезией и смачиванием в том, что смачивание имеет место при наличии контакта трех фаз. Из последнего уравнения можно сделать следующие выводы:

1. При  = 0 cos  = 1, W a = W k .

2. При  = 90 0 cos  = 0, W a = W k /2 .

3. При  =180 0 cos  = -1, W a =0 .

Последнее соотношение не реализуется.