Влияние природы металлов на прочность КМ на их основе

Такой вид композиционного материала, как комбинация полимера с металлом, который обладает высокой прочностью и жесткостью, находит широкое применение в авто- и авиастроении, в текстильной, бумажной и полиграфической промышленности, в химической промышленности – с целью предохранения от коррозии. Поэтому вопрос о механизме крепления высокополимеров к металлам имеет огромное практическое значение.

Прочность адгезионного соединения между высокополимером и металлом в основном зависит от природы металла, физико-химических свойств его оксида, состава адгезива, состояния и размера поверхности контакта, природы, содержания, формы и размера наполнителей, а также от условий формирования контакта (22).

Металлы по прочности склеивания с полимерами можно расположить в определенной последовательности. Максимальной адгезией обладают, как правило, никель, железо, сталь, а минимальной – олово, свинец. Эта особенность связана с атомным объемом. Чем ниже атомный объем металла, тем выше прочность связи металла с полимером (таблица 4.9).

Таблица 4.9 – Влияние атомного объема металла на прочность клеевого соединения

Имеет место и специфическое влияние некоторых металлов на адгезию к полимерам. Например, при склеивании карбонильным клеем стали, цинка, олова сопротивление отрыву составляет 270-320 кГ/см², хрома, серебра, золота, дюралюмина – 130-225 кГ/см², а при склеивании меди, латуни, бронзы и свинца адгезия очень низка. Известно каталитическое влияние меди на натуральный каучук, приводящее к окислительной деструкции. Этим объясняется высокая адгезия натурального каучука к меди. Не во всех случаях каталитическое влияние металлов на полимер является положительным. Например, с целью предохранения клеевого шва от разрушающего влияния железа, его поверхность и поверхность сплавов на его основе обрабатывают нафтенатами металлов с последующим выжиганием органической части нафтената при температуре около 500⁰С. Лучшие результаты по адгезионной прочности получены с использованием нафтената цинка.

На поверхности металлов находятся их оксиды. Поэтому такие характеристики оксидов металлов, как защитные свойства, прочное сцепление с основой, компактность - оказывают существенное влияние на прочность связи с адгезивом. Известно, что оксидные пленки на алюминии, цинке, олове компактны, прочны, имеют небольшую толщину, высокие защитные свойства и хорошую сцепляемость с металлом. Оксидные пленки на меди, наоборот, отличаются большей толщиной, значительным количеством дефектов (пор, трещин, микропузырей) и слабым сцеплением с металлом. При увеличении толщины оксидной пленки на меди до 10 000 А сопротивление расслаиванию каучука СКС-30-1 резко снижается. При этом обнаружено присутствие на отслоившейся пленке каучука закись меди (Си₂О). При получении КМ на основе металлов полимер (сырая резиновая смесь) можно крепить непосредственно к металлу или через адгезив, если резина находится в вулканизованном состоянии.