Адгезия в системе металл-полимер

Широкое применение в качестве адгезивов для металлов находят полимеры на основе фенольных, эпоксидных, полиуретановых смол.

Феноло-формальдегидные смолы содержат активные функциональные группы (гидроксильные), они были основой первых конструкционных клеев. Исходя из того, что отвержденные клеевые пленки из эпоксидного или феноло-формальдегидного клеев являются хрупкими, применительно к металлам используют композиции на их основе. Феноло-формальдегидные смолы модифицируют различными термопластами и эластомерами. Для их модификации применяют акрилонитрильные каучуки, полихлоропрен. Клеи типа БФ получили наиболее широкое распространение в качестве адгезивов для металлов. Их основой являются феноло-поливинил-бутиральные композиции. Модификация феноло-формальдегидных смол полиамидами позволяет получать высококачественные адгезивы. В феноло-формальдегидно-эпоксидных композициях при температуре 150-200⁰С эпоксидные группы взаимодействуют с фенольными и метилольными гидроксилами резольной смолы, что приводит к отверждению всей композиции.

Эпоксидные смолы применяют как адгезивы для металлов в несиловых конструкциях, а также в качестве различных композиций для конструкционных клеев, например, феноло-эпоксидных адгезивов. Широкое распространение получили композиции эпоксидных смол с полиамидами, полисульфидами, перхлорвиниловой смолой, поливинилбутиралем, кремнийорганическими полимерами и другими (23).

Практический интерес имеют олигомеры, полученные из дегидрохлорированных хлорпарафинов. Введение в эти олигомеры активных функциональных групп - эпоксидных и карбоксильных - позволяет их использовать в качестве основы для различных связующих и покрытий, имеющих высокую адгезию к металлам.

Хорошими адгезионными свойствами по отношению ко многим субстратам, и особенно к металлам, обладают полиуретаны. Величина адгезии полиуретанов к металлам зависит в первую очередь от типа исходных продуктов – полиола и полиизоцианата. Например, у полиуретанов, полученных из полиэфира и десмодура ТН (продукта реакции 2,4-толуилендиизоцианата и триметилолпропана) максимальная адгезия к алюминию достигается при соотношении групп –COOH и –OH в полиэфире в пределах 0,8-1,0. Соотношение в исходной композиции десмодураТН и полиола оказывает решающее влияние на величину адгезии. Сопротивление срезу клеевого шва алюминия на образцах, склеенных внахлестку, достигает максимума при соотношении десмодура ТН и полиола, равном 1,3-1,6, а затем резко снижается.

Значительно больший интерес для адгезионных систем представляет механизм взаимодействия полимерных адгезивов с оксидной пленкой. Благодаря этому, во многих случаях на границе полимер – металл могут возникать ионные связи. Чаще всего этот тип связи реализуется при контакте металлов с карбоксилсодержащими и гидроксилсодержащими полимерами. Между поверхностью металла, покрытой гидроксидной пленкой, и функциональными группами полимеров могут возникать химические связи.

Эпоксидные смолы с поверхностью металла реагируют по схеме:

Карбоксилсодержащие полимеры взаимодействуют с поверхностью металла за счет образования связей типа:

Me-O + RCOOH →Me-O-COR + Н₂О

Изоцианаты, реагируя с поверхностными пленками оксидов и гидрооксидов на поверхности металла, образуют связи типа:

MeOH + O=C=N-R → Me-O-C(=O)-NНR

Весьма распространенным видом взаимодействия на границе полимер-металл следует признать ион-дипольное взаимодействие и водородные связи.

Экспериментальный материал по склеиванию металлов полимерными адгезивами, нанесению на металлы лакокрасочных, электроизоляционных и других покрытий свидетельствует о том, что долговечность связи полимер-металл зависит во многих случаях от таких свойств полимеров, как термостойкость, коэффициент теплового расширения, влагостойкость, озоностойкость, морозостойкость, прочность, модуль упругости и др. Чем меньше различие коэффициентов теплового расширения полимера и металла, тем устойчивее оказывается адгезионное соединение полимер-металл к воздействию высоких температур. Напряжения, возникающие в процессе формирования клеевых соединений и покрытий, также влияют на долговечность связи полимер-субстрат.