Adhezja: co to jest, do czego służy, jak to poprawić
Jest to przyczepność materiałów o różnym składzie i strukturze, ze względu na ich właściwości fizyczne i chemiczne. Termin adhezja pochodzi od łacińskiego słowa adhezja - adhezja. W budownictwie dają węższe i bardziej szczegółowe określenie, czym jest przyczepność - jest to zdolność powłok dekoracyjnych i wykończeniowych (materiały lakiernicze, tynki), mieszanek uszczelniających lub klejowych do mocnego i niezawodnego połączenia z zewnętrzną powierzchnią materiału podstawowego.
Ważny! Należy dokonać rozróżnienia między pojęciami adhezji i spójności. Adhezja łączy różne rodzaje materiałów, oddziałując tylko na warstwę wierzchnią. Na przykład pomaluj metalową powierzchnię. Kohezja to połączenie materiałów tego samego typu, w wyniku którego powstają oddziaływania międzycząsteczkowe.
Treść artykułu
- 1 Adhezja, co to jest - podstawy teoretyczne
- 2 Właściwości adhezyjne materiałów budowlanych i wykończeniowych
- 3 Jak mierzy się przyczepność?
- 4 Czynniki zmniejszające przyczepność materiałów
- 5 Metody zwiększania przyczepności
- 6 Sposoby zwiększenia przyczepności do różnych materiałów
- 7 Przyczepność spawalnicza
- 8 Podsumowując
- 9 Wideo: czym jest przyczepność
Adhezja, co to jest - podstawy teoretyczne
Przyczepność to jedna z kluczowych właściwości materiału w następujących obszarach:
- Metalurgia - powłoki antykorozyjne.
- Mechanika - warstwa smaru na powierzchni elementów maszyn i mechanizmów.
- Medycyna - stomatologia.
- Budowa. W tej branży przyczepność jest jednym z głównych wskaźników jakości pracy i niezawodności konstrukcji.
Na prawie wszystkich etapach budowy monitorowane są wskaźniki przyczepności dla następujących połączeń:
- farby i lakiery;
- masy tynkarskie, jastrychy i szpachlówki;
- kleje, zaprawy murarskie, uszczelniacze itp.
Istnieją trzy podstawowe zasady klejenia materiałów. W budownictwie i technologii przejawiają się następująco:
- Mechaniczny - przyczepność następuje poprzez przyczepność nałożonego materiału do podłoża.Mechanizm takiego połączenia polega na wnikaniu nałożonej substancji w pory warstwy zewnętrznej lub w połączeniu z szorstką powierzchnią. Przykładem jest malowanie powierzchni betonu lub metalu.
- Chemiczny - połączenie między materiałami, w tym materiałami o różnej gęstości, zachodzi na poziomie atomowym. Aby powstało takie wiązanie, wymagana jest obecność katalizatora. Przykładem tego typu przyczepności jest lutowanie lub spawanie.
- Fizyczny - na współpracujących powierzchniach występuje elektromagnetyczne wiązanie międzycząsteczkowe. Może być spowodowane elektrycznością statyczną lub stałymi polami magnetycznymi lub elektromagnetycznymi. Przykładem zastosowania w technologii jest malowanie różnych powierzchni w polu elektromagnetycznym.
Właściwości adhezyjne materiałów budowlanych i wykończeniowych
Klejenie materiałów budowlanych i wykończeniowych odbywa się głównie na zasadzie klejenia mechanicznego i chemicznego. W konstrukcji stosuje się wiele różnych substancji, których właściwości operacyjne i specyfika interakcji są zasadniczo różne. Podzielmy je na trzy główne grupy i opiszmy je bardziej szczegółowo.
farby i lakiery
Przyczepność materiałów lakierniczych do powierzchni podłoża odbywa się na zasadzie mechanicznej. Jednocześnie maksymalne wskaźniki wytrzymałości są osiągane, jeśli powierzchnia robocza materiału jest szorstka lub porowata. W pierwszym przypadku powierzchnia styku znacznie się zwiększa, w drugim farba wnika w wierzchnią warstwę podłoża. Ponadto właściwości klejące materiałów lakierniczych są zwiększone dzięki różnym dodatkom modyfikującym:
- organosilany i poliorganosiloksany mają dodatkowe działanie hydrofobizujące i antykorozyjne;
- żywice poliamidowe i poliestrowe;
- katalizatory metaloorganiczne do chemicznych procesów utwardzania materiałów lakierniczych;
- drobne wypełniacze balastowe (na przykład talk).
Tynki budowlane i suche kleje
Do niedawna prace budowlane i wykończeniowe prowadzone były z wykorzystaniem różnych rozwiązań na bazie gipsu, cementu i wapna. Często były mieszane w określonej proporcji, co skutkowało ograniczoną zmianą ich podstawowych właściwości. Nowoczesne gotowe suche mieszanki budowlane: tynki startowe, wykończeniowe i wielowarstwowe oraz szpachlówki mają znacznie bardziej złożony skład. Szeroko stosowane są dodatki różnego pochodzenia:
- minerał - katalizatory magnezytowe, szkło wodne, tlenek glinu, cement kwasoodporny lub niekurczliwy, mikrokrzemionka itp.
- polimerowy - dyspergowalne polimery (PVA, poliakrylany, octany winylu itp.).
Takie modyfikatory znacząco zmieniają następujące główne cechy mieszanek budowlanych:
- Plastikowy;
- właściwości zatrzymywania wody;
- tiksotropia.
Ważny! Zastosowanie modyfikatorów polimerowych daje wyraźniejszy efekt polepszenia przyczepności. Jednak tworzenie trwałych związków powłok polimerowych na granicy różnych typów materiałów (podkład - tynk utwardzający) jest możliwe tylko w określonej temperaturze. Termin ten nazywany jest minimalną temperaturą tworzenia filmu - MTP. Dla różnych tynków może się różnić od + 5 ° C do + 10 ° C. Aby uniknąć rozwarstwienia, należy ściśle przestrzegać zaleceń producenta dotyczących temperatury, zarówno otoczenia, jak i podłoża.
Uszczelniacze
W budownictwie stosowane są trzy różne typy uszczelniaczy, z których każdy wymaga określonych warunków dla uzyskania wysokiej wytrzymałości przyczepności do materiału podłoża. Rozważmy bardziej szczegółowo każdy typ.
- Suszenie uszczelniaczy. W składzie znajdują się różne polimery i rozpuszczalniki organiczne: styren-butadien lub nitryl, kauczuk chloroprenowy itp. Z reguły mają pastowatą konsystencję o lepkości 300-550 Pa. W zależności od lepkości nakłada się je szpatułką lub pędzlem. Po ich nałożeniu na podłoże wymagany jest pewien czas do wyschnięcia (odparowania rozpuszczalnika) i powstania filmu polimerowego.
- Uszczelniacze nie wysychające. Zwykle składają się z gumy, bitumu i różnych plastyfikatorów. Mają ograniczoną odporność na wysoką temperaturę, nie więcej niż 700S-800C, po czym zaczynają się deformować.
- Utwardzanie uszczelniaczy. Po ich zastosowaniu pod wpływem różnych czynników: wilgoci, ciepła, odczynników chemicznych zachodzi nieodwracalna reakcja polimeryzacji.
Spośród wszystkich wymienionych odmian, uszczelniacze utwardzające zapewniają maksymalną przyczepność do mikroporowatości powierzchni podłoża. Ponadto są odporne na wysokie temperatury, wpływy mechaniczne i chemiczne. Mają optymalne połączenie sztywności i wytrzymałości, pozwalając im zachować swój pierwotny kształt. Są jednak najdroższe i najtrudniejsze w użyciu.
Jak mierzy się przyczepność?
Technologia pomiaru przyczepności, metody badań, a także wszystkie wskaźniki wytrzymałości połączenia materiałów są podane w następujących normach:
- GOST 31356-2013 - Szpachle i tynki;
- GOST 31149-2014 - Farby i lakiery;
- GOST 27325 - Materiały lakiernicze do drewna itp.
Informacja! Przyczepność mierzy się w kgf / cm2MPa (megapaskale) lub kN (kiloniutony) to miara siły, jaką należy przyłożyć, aby oddzielić podłoże i materiały powłokowe.
Podczas gdy wcześniej właściwości adhezyjne materiałów można było mierzyć tylko w warunkach laboratoryjnych, obecnie istnieje wiele przyrządów, które można stosować bezpośrednio na placu budowy. Większość metod pomiaru przyczepności, zarówno w terenie, jak iw laboratorium, polega na zniszczeniu zewnętrznej warstwy wierzchniej. Ale jest kilka urządzeń opartych na ultradźwiękach.
- Miernik przyczepności noża. Służy do określenia parametrów przyczepności za pomocą cięć kratowych i / lub równoległych. Służy do wykonywania powłok malarskich i lakierniczych oraz powłok o grubości do 200 mikronów.
- Pulsar 21. Urządzenie wykrywa gęstość materiałów. Służy do wykrywania pęknięć i rozwarstwień w betonie, zarówno kawałkowym, jak i monolitycznym. Istnieją specjalne oprogramowanie i podprogramy, które w zależności od gęstości przyczepności pozwalają określić siłę przyczepności różnego rodzaju tynków do powierzchni betonowych.
- SM-1U. Służy do określania przyczepności polimerowych i bitumicznych powłok izolacyjnych metodą częściowego niszczenia - ścinania. Zasada pomiaru opiera się na wykrywaniu odkształceń liniowych materiału izolacyjnego. Z reguły służy do określenia wytrzymałości powłoki izolacyjnej rurociągów. Do kontroli jakości dopuszcza się stosowanie hydroizolacji bitumicznych na konstrukcje budowlane: ściany piwnic i piwnic, dachy płaskie itp.
Czynniki zmniejszające przyczepność materiałów
Różne czynniki fizyczne i chemiczne wpływają na zmniejszenie przyczepności. Fizyczna temperatura i wilgotność odnoszą się do otoczenia w momencie nakładania materiałów dekoracyjno-wykończeniowych lub ochronnych.Różne zanieczyszczenia, w szczególności pył pokrywający powierzchnię podłoża, również zmniejszają interakcje klejowe. Podczas pracy promieniowanie ultrafioletowe może wpływać na wytrzymałość połączenia farb i lakierów.
Czynniki chemiczne zmniejszające przyczepność reprezentowane są przez różne materiały zanieczyszczające powierzchnię: benzynę i oleje, tłuszcze, roztwory kwaśne i zasadowe itp.
Również przyczepność materiałów wykończeniowych można zmniejszyć różnymi procesami zachodzącymi w konstrukcjach budowlanych:
- kurczenie się;
- naprężenia rozciągające i ściskające.
Informacja! Substancja nakładana na powierzchnię w celu zwiększenia przyczepności między podłożem a materiałem wykończeniowym nazywana jest klejem. Podłoże, na które nakładany jest klej, nazywa się podłożem.
Metody zwiększania przyczepności
W budownictwie istnieje kilka uniwersalnych sposobów na zwiększenie przyczepności dekoracyjnych materiałów wykończeniowych do podłoża:
- Mechaniczny - powierzchnia podstawy jest szorstka w celu zwiększenia powierzchni styku. Aby to zrobić, jest traktowany różnymi materiałami ściernymi, nakłada się nacięcia itp.
- Chemiczny - do składu nakładanych materiałów ochronnych i wykończeniowych dodaje się różne substancje. Są to z reguły polimery, które tworzą silniejsze wiązania i nadają materiałowi dodatkową elastyczność.
- Fizykochemiczne - powierzchnia podłoża jest zabezpieczona podkładem, który zmienia podstawowe parametry chemiczne materiału i wpływa na określone właściwości fizyczne. Np. Zmniejszenie wchłaniania wilgoci w materiałach porowatych, zakotwienie luźnej warstwy zewnętrznej itp.
Sposoby zwiększenia przyczepności do różnych materiałów
Przyjrzyjmy się bliżej metodom zwiększania przyczepności różnych materiałów stosowanych w budownictwie.
Beton
Betonowe materiały i konstrukcje budowlane są szeroko stosowane w budownictwie. Ze względu na dużą gęstość i gładkość powierzchni ich potencjalne właściwości adhezyjne są dość niskie. Aby zwiększyć wytrzymałość połączenia mas wykończeniowych, należy wziąć pod uwagę następujące parametry:
- sucha lub wilgotna powierzchnia. Generalnie przyczepność do suchych powierzchni jest wyższa. Jednakże opracowano wiele mieszanek klejowych, które wymagają wstępnego zwilżenia powierzchni podłoża. W takim przypadku należy zwrócić uwagę na wymagania producenta;
- temperatura otoczenia i podstawy. Większość materiałów wykończeniowych nakłada się na powierzchnie betonowe przy temperaturze powietrza min. + 5 ° C ... + 7 ° C. W takim przypadku betonu nie należy zamrażać;
- Elementarz. Jest używany bezbłędnie. Dla betonu gęstego są to kompozycje z wypełniaczem z piasku kwarcowego (kontakt betonu), dla betonu porowatego (pianka, gazobeton) są to grunty głęboko penetrujące na bazie dyspersji akrylowych;
- dodanie modyfikatorów. Gotowe suche mieszanki tynkarskie zawierają już różne dodatki klejące. Jeśli tynk jest mieszany samodzielnie, zaleca się dodanie do niego: PVA, podkładu akrylowego, zamiast tej samej ilości wody, kleju silikatowego, który nadaje materiałowi wykończeniowemu dodatkowe właściwości odpychające wilgoć.
Metal
Sposób i jakość przygotowania powierzchni ma kluczowe znaczenie dla wytrzymałości połączenia farb i lakierów z metalową powierzchnią. W domu zaleca się wykonanie następujących czynności:
- odtłuszczanie - obróbka metali różnymi rozpuszczalnikami: 650, 646, P-4, benzyna lakowa, aceton, nafta. W skrajnych przypadkach powierzchnię przeciera się benzyną;
- mata słomiana - obróbka podłoża materiałami ściernymi;
- wyściółka - użycie specjalnych farb podkładowych. Sprzedawane są w komplecie z farbami dekoracyjnymi określonego typu.
Ważny! Przyczepność ołowiu, aluminium i cynku jest znacznie niższa niż w przypadku żeliwa i stali. Powodem jest to, że metale te tworzą na swojej powierzchni warstwy tlenków. Dlatego wzdłuż warstwy tlenku następuje łuszczenie się powłok malarskich i lakierniczych. Zaleca się zabarwienie tych materiałów bezpośrednio po usunięciu folii metodami mechanicznymi lub chemicznymi.
Drewno i kompozyty drzewne
Drewno jest porowatą powierzchnią z dużą ilością nierówności i nie ma szczególnych problemów z wytrzymałością połączenia materiałów wykończeniowych. Ale nie ma ograniczeń co do doskonałości, dlatego opracowano różne technologie poprawiające przyczepność w połączeniu z zachowaniem właściwości ochronnych i dekoracyjnych samego lakieru. Ich zastosowanie np. W połączeniu z farbami akrylowymi znacznie poprawia odporność na warunki atmosferyczne, odporność na blaknięcie ultrafioletowe oraz zapewnia ochronę biologiczną materiału. Powierzchnia drewna jest zabezpieczona szeroką gamą podkładów, najczęściej na bazie związków boru i nitrocelulozy.
Przyczepność spawalnicza
Spawanie to jedna z najtrwalszych metod łączenia konstrukcji metalowych. Jest to adhezja cząsteczek dwóch pierwiastków bez użycia substancji pośrednich lub pomocniczych - kleju lub lutu. Proces ten odbywa się pod wpływem aktywacji termicznej. Warstwa zewnętrzna łączonych elementów jest podgrzewana powyżej temperatury topnienia, po czym następuje zbieżność międzycząsteczkowa i łączenie materiałów.
Przeszkodą w uzyskaniu wysokiej jakości przyczepności podczas spawania mogą być następujące czynniki:
- obecność filmów tlenkowych. Są usuwane mechanicznie lub chemicznie podczas przygotowania powierzchni lub znikają bezpośrednio podczas procesu spawania pod wpływem wysokich temperatur lub topników;
- niespójność w składzie chemicznym materiałów i elektrod. Szczególną uwagę należy zwrócić na obecność i ilość krzemu i węgla w łączonych częściach. Do łączenia stali różnych gatunków zaleca się stosowanie elektrod o małej zawartości wodoru dyfundującego;
- niewystarczająca głębokość penetracji, która bezpośrednio zależy od natężenia prądu i szybkości ruchu elektrody.
Podsumowując
Adhezja jest jedną z najważniejszych cech wielu procesów w nowoczesnym budownictwie, dlatego opracowywane są nowe metody jej zwiększania. Ich zastosowanie zapewni większą trwałość konstrukcji budowlanych i materiałów wykończeniowych, co docelowo zapewni znaczne oszczędności.