Адгезия между твердым и материалами

На атомном уровне все поверхности являются неровными (шероховатыми).

Это означает, что если их привести в контакт, то они будут соприкасаться только выступами на поверхностях. В этих точках может возникать очень высокое давление, в результате которо­го, при отсутствии загрязняющих ве­ществ, может появиться эффект, называ­емый локальной адгезией, или холодной сваркой. Если мы попытаемся перемес­тить путем скольжения одну поверх­ность по отношению к другой, то почув­ствуем сопротивление, которое называ­ется трением.

Причиной трения является необходи­мость сдвига или разрыва связей, образо­ванных локальной адгезией. Обычно прочность локальной адгезии настолько высока, что процесс разрыва протекает не по границе раздела между выступами поверхности, а внутри твердого вещест­ва. Этим можно объяснить такое явле­ние, как стирание материала в результате трения (фрикционный износ).

Несмотря на то что силы трения, воз­никшие в результате локальной адгезии, могут быть достаточно высокими, опре­делить адгезионную силу в направлении нормали, т.е. силу, перпендикулярную к поверхности материала, обычно невоз­можно. Это объясняют возникновением напряжений упругости (упругих напря­жений) материала, действующих в нор­мальном направлении и исчезающих сра­зу же после снятия нагрузки на материал.

Только очень мягкие металлы, такие как чистое золото, могут ослабить упру­гие напряжения за счет своей текучести и предотвратить разрушение в области соединения (локальной адгезии) в ре­зультате приложения нагрузки в нор­мальном направлении. Примером ис­пользования этого явления в стоматоло­гии является применение когезионного золота.

При попытках вытереть стекло тканью на его поверхности сохраняется очень тонкий слой воды. Единственным спосо-

Раздел I. Ортопедическое лечение больных при полной утрате зубов

бом удаления всей воды с поверхности стекла является нагрев пластины.

Этим примером можно проиллюстри­ровать хорошую адгезию, возникшую между жидкостью и твердым веществом. В данном случае адгезию можно объяс­нить способностью жидкости образовы­вать очень близкий (межмолекулярный) контакт с твердым веществом на боль­шой площади поверхности. Этим хоро­шая адгезия между жидкостью и твердым веществом отличается от слабой адгезии (которая была описана выше), возника­ющей между твердыми телами, которые контактируют между собой только в от­дельных точках.

Таким образом, одним из главных ус­ловий адгезии, которым нельзя прене­брегать, является плотный контакт меж­ду двумя веществами, поскольку образо­вание прочной связи возможно только при близком межмолекулярном контак­те. Данное требование кажется простым, однако с его выполнением могут возни­кать проблемы, поскольку очень сложно обеспечить близкий контакт между раз­нородными твердыми веществами на микроскопическом уровне, о чем уже упоминалось выше.

Допустим, что для возникновения ад­гезии расстояние между взаимодейству­ющими молекулами должно составлять не более 0,0007 мкм. Понятно, что адге­зия между двумя твердыми веществами практически невозможна. Однако ее можно создать путем использования третьего вещества (обычно в жидком или полужидком состоянии), которое будет действовать как промежуточная среда.

Вещество, соединяющее два материа­ла, называется адгезивом, а поверхности взаимодействующих материалов — адге-рентами, или субстратами. Совокуп­ность точек, в которых субстраты кон­тактируют с адгезивом, называется по­верхностью раздела.

Само собой разумеется, что каждое яв­ление, происходящее на поверхности раздела, определяет успех или неудачу адгезионной связи. Это относится в рав­ной мере как к адгезивам технического назначения, так и к стоматологическим адгезивам, поэтому в первую очередь мы должны рассмотреть общие требования к адгезивам, а затем приступить к более внимательному изучению механизмов связи.

Критерии адгезии

Перед соединением двух поверхностей необходимо убедиться в их идеальной чистоте, в противном случае будет невоз­можно образование адгезионной связи.

Во всех инструкциях по применению адгезивов обращается внимание на то, чтобы соединяемые поверхности были чистыми и сухими. И это требование яв­ляется чрезвычайно важным по ряду объ­ективных причин. Чистая и сухая по­верхность материала служит гарантией правильного образования адгезионной связи. Присутствие на поверхности мате­риала загрязняющих веществ будет пре­пятствовать образованию прочной связи, поскольку связь между загрязнителем и поверхностью твердого вещества сама по себе является слабой. Более того, за­грязнитель препятствует проникнове­нию адгезивов в субстрат.

В число факторов, влияющих на спо­собность адгезива вступать в близкий контакт с субстратом, входят:

• смачиваемость субстрата адгезивом;

• вязкость адгезива;

• морфология или рельеф поверхнос­ти субстрата.