Что такое адгезия

Изучая свойства древесины, исследователи Бехольц и Нейман обратили внимание на то, что надёжность склеивания зависит от породы дерева, его структуры и множества других параметров. Явление получило название «прилипание», звучащее на латыни более поэтично — адгезия. Термин, появившийся в 1924 году, означает соединение, прочное склеивание различных по своей природе веществ.

Примеры этого явления человек наблюдал тысячелетиями в окружающей природе:

• капли росы не скатываются с листьев и лепестков растений;
• мидия, несмотря морское течение, удерживается на камне;
• геккон ловит добычу, «приклеив» её к языку.

И таких примеров в окружающем мире десятки. Но в современной жизни адгезия — это в первую очередь часть технологических процессов и обработки деталей:

1. Покраска поверхностей. 
2. Нанесение металлического покрытия.
3. Склеивание.
4. Сварка.
5. Пайка.

При работе в металлургических отраслях, автомобиле- и кораблестроении важный этап — нанесение защитных красок и смесей. Необходимо учитывать, что каждый из металлов обладает способностью к адгезии, обусловленной его физическими свойствами. И этот параметр стабилен, поскольку взаимодействие материалов происходит на молекулярном уровне.

Виды адгезии

Основные два варианта сцепления материалов — пластичная и жёсткая фиксация. В зависимости от производственных задач используются несколько видов адгезии:

Метод	Характеристика	Сфера применения
Химический	Наиболее прочный способ	Сварка и пайка
Диффузионный	Прочный, но перечень материалов ограничен	Соединение полимеров с гладкими поверхностями
Физический	Основан на притяжении противоположно заряженных частиц	Применяется в различных областях, включая медицину
Механический	Молекулы адгезивного вещества проникают в поверхностный слой соединяемого элемента	Используется для шероховатых поверхностей (либо покрытых специальной грунтовкой)

Основные термины

Когезия «отвечает» за взаимное притяжение молекул. Это свойство невозможно просто подкорректировать по желанию — оно зависит от структуры молекулы. С этой характеристикой коррелируют прочность тел и их противодействие внешнему воздействию. Когезия учитывает внутреннюю связь молекул материала конкретного субъекта (детали). 

С практической точки зрения: адгезия относится к скреплению разнотипных материалов, когезия — к соединению однородных структур.

Аутогезия — это процесс слипания поверхностей одинакового происхождения. Если технологический процесс связан с созданием многослойного покрытия, взаимодействие всё равно будет происходить между основной обрабатываемой поверхностью и ближайшей прослойкой.

Отрыв — возможны два типа: 1. Адгезионный — отслаивание плёнки от основного материала. 2. Когезионный — разрушение непосредственно по склеиваемому материалу или клеевой поверхности.

Адгезионная прочность — это усилие, которое потребуется, чтобы разрушить соединение, полученное при адгезии. Этот показатель зависит от характеристик контактирующих материалов и размера площади соприкосновения. 

Адгезив — контактное вещество, которое соединяет (склеивает) материалы путём сцепления субстратов.

Усиление адгезии

Слабую и сильную адгезию можно объяснить на примере бутерброда. Масло, намазанное на хлеб, держится прочно. А вот сыр — непременно упадёт. Следовательно, в первом случае сильная, а во втором — слабая адгезия. От чего зависит надёжность сцепления:

• структура материалов;
• площадь соприкосновения;
• характеристики поверхности.

Чтобы повысить надёжность адгезии, нужно изменить свойства обрабатываемых элементов. Стандартный набор процессов усиления адгезии на производстве:

1. Лазерная или пескоструйная очистка.
2. Химическая обработка, включая обезжиривание.
3. Шлифовка, в результате которой возникают дополнительные точки соприкосновения.
4. Нанесение грунтового состава или шпатлёвки.
5. Добавление пластификаторов.
6. Смачивание поверхности водой.

Значительно реже требуется выполнить противоположную задачу: уменьшить адгезию. Самый простой способ — нанести на поверхность масляную плёнку. Адгезия уменьшается, если не очистить соприкасающиеся элементы от пыли и грязи. 

Можно использовать более профессиональный вариант — обработка специальным средством. Стоимость его демократична, эффект значителен. В зависимости от характера материала и производственных условий допустим ещё один способ — предварительно высушить обрабатываемую поверхность, изменяя её агрегатное состояние.

Анализ процесса адгезии и тестирование качества 

Надёжность соединения твёрдой поверхности и лакокрасочного покрытия — результат взаимодействия на межмолекулярном уровне. Процесс зависит и от валентности каждого из соединяемых материалов. Эти характеристики определяют величину адгезии, в металлургии и машиностроении обеспечивают защитное свойство нанесённого покрытия.

Проанализировать адгезию можно несколькими способами:

• количественный метод отслаивания;
• решётчатый надрез;
• параллельный надрез.

Задача анализа — определить прочность сцепления материалов, предотвращение коррозии. Тестирование уже использующихся способов позволяет создавать адгезивы с учётом возникновения новых материалов. В первую очередь это относится к строительным и отделочным составам. Производственные процессы требуют обеспечить адгезию различных веществ:

• лаки;
• краски;
• ЦПС;
• цемент;
• клей.

От уровня адгезии зависит и качество гидроизоляции всех строительных конструкций — от кровли до трубопровода. Тестирование адгезии — термин, требующий уточнения. Он используется не в отношении самого физического явления, а для определения качества покрасочных работ. Его задача — определить, будет ли лакокрасочное покрытие надёжно держаться на данной поверхности в реальных эксплуатационных условиях.

Способы измерения

Измеряется адгезия в МегаПаскалях. Если в характеристике значится 5 МПа, то это означает усилие 50 килограммов на 1 квадратный сантиметр. 

Способы измерения:

• с помощью ультразвука;
• посредством электромагнитных волн;
• косвенными методами (наклоном поверхности или надрезом).

Для оценки адгезии наночастиц используется моделирование и сопоставление с силой трения. Технологические процессы с лакокрасочными материалами регламентируются в соответствии с ИСО 2409 и ГОСТ 15140-78.

От чего зависит качество адгезии

Температура	Мороз и жара в одинаковой мере снижают адгезионные силы.
Влажность	Чем выше влажность, тем слабее адгезия.
Шероховатость	Из-за неровностей уменьшается площадь контакта.
Механическое напряжение	Нарушаются адгезионные связи.
Химические реакции	Изменяются характеристики веществ.
Загрязнение	Посторонние примеси препятствуют склеиванию.

Адгезивы, используемые для соединения элементов в строительстве — клеи на основе природных компонентов от крахмала до водорослей. Они являются экологически чистыми веществами, но при этом подвержены воздействию грибков, бактерий и плесени.