Адгезия

(от лат. adhaesio - прилипание, сцепление, притяжение).

Связь между разнородными конденсированными телами при их контакте. Частный случай адгезии - аутогезия, проявляющаяся при соприкосновении однородных тел. При адгезии и аутогезии сохраняется граница раздела фаз между телами, в отличие от когезии, определяющей связь внутри тела в пределах одной фазы. Наибольшее значение имеет адгезия к твердой поверхности (субстрату). В зависимости от свойств адгезива (прилипшего тела) различают адгезию жидкости и твердых тел (частиц, пленок и структурированных упруговязкопластичных масс, например расплавов, битумов). Аутогезия характерна для твердых пленок в многослойных покрытиях и частиц, определяет прочность дисперсных систем и композиционных материалов (порошков, грунта, бетона и др.).

Адгезия зависит от природы контактирующих тел, свойств их поверхностей и площади контакта. Адгезия определяется силами межмолекулярного притяжения и усиливается, если одно или оба тела электрически заряжены, если при контакте тел образуется донорно-акцепторная связь, а также вследствие капиллярной конденсации паров (например, воды) па поверхностях, в результате возникновения химической связи между адгезивом и субстратом. В процессе диффузии возможны взаимное проникновение молекул контактирующих тел, размывание границы раздела фаз и переход адгезии в когезию. Величина адгезии может измениться при адсорбции полимерных цепей. Между твердыми телами в жидкой среде формируется тонкий слой жидкости и возникает расклинивающее давление, препятствующее адгезии. Следствием адгезии жидкости к поверхности твердого тела является смачивание.

Возможность адгезии при изотермически обратимом процессе определяется убылью свободной поверхностной энергии, которая равна равновесной работе адгезии w_a

где , и \ - поверхностные натяжения субстрата 1 и адгезива 2 на границе с окружающей средой 3 (например, воздухом) до адгезии и при адгезии. С увеличением поверхностного натяжения субстрата адгезия растет (например, велика для металлов и мала для полимеров). Приведенное уравнение является исходным для расчета равновесной работы адгезии жидкости. Адгезия твердых тел измеряется величиной внешнего воздействия при отрыве адгезива, адгезия и аутогезия частиц - средней силой (рассчитывается как математическое ожидание), а порошка - удельной силой. Силы адгезии и аутогезии частиц увеличивают трение при движении порошков.

При отрыве пленок и структурированных масс измеряется адгезионная прочность, которая, кроме адгезии, включает усилие на деформацию и течение образца, разрядку двойного электрического слоя и другие побочные явления. Адгезионная прочность зависит от размеров (толщины, ширины) образца, направления и скорости приложения внешнего усилия. При адгезии, слабой по сравнению с когезией, имеет место адгезионный отрыв, при относительно слабой когезии - когезионный разрыв адгезива. Адгезия полимерных, лакокрасочных и других пленок определяется смачиванием, условием формирования площади контакта жидким адгезивом и при его затвердевании образованием внутренних напряжений и релаксационными процессами, влиянием внешних условий (давления, температуры, электрического поля и др.), а прочность клеевых соединений - еще и когезией отвердевшей клеевой прослойки.

Изменение адгезии вследствие возникновения двойного электрического слоя в зоне контакта и образования донорно-акцепторной связи для металлов и кристаллов определяется состояниями внешних электронов атомов поверхностного слоя и дефектами кристаллической решетки, полупроводников - поверхностными состояниями и наличием примесных атомов, а диэлектриков - дипольным моментом функциональных групп молекул на границе фаз. Площадь контакта (и величина адгезии) твердых тел зависит от их упругости и пластичности. Усилить адгезию можно путем активации, т. е. изменения морфологии и энергетического состояния поверхности механической очисткой, очисткой с помощью растворов, вакуумированием, воздействием электромагнитного излучения, ионной бомбардировкой, а также введением различных функциональных групп. Значительная адгезия металлических пленок достигается электроосаждением, металлических и неметаллических пленок - термическим испарением и вакуумным напылением, тугоплавких пленок - с помощью плазменной струи.

Совокупность методов определения адгезии называется адгезиометрией, а приборы их реализующие - адгезиометрами. Адгезия может быть измерена при помощи прямых (усилие при нарушении адгезионного контакта), неразрушающих (по изменению параметров ультразвуковых и электромагнитных волн вследствие поглощения, отражения или преломления) и косвенных (характеризующих адгезию в сопоставимых условиях лишь относительно, например отслаиванием пленок после надреза, наклоном поверхности для порошков и др.) методов.