Адгезия (от лат. adhaesio — прилипание), слипание поверхностей двух разнородных твердых и/или жидких тел. Пример адгезии — прилипание капелек воды к стеклу. Адгезия обусловлена межмолекулярным взаимодействием (вандерваальсовым, полярным, иногда — образованием химических связей или взаимной диффузией) в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей. Количественно адгезия характеризуется удельной работой, затрачиваемой на разделение тел. Эта работа рассчитывается на единицу площади соприкасающихся поверхностей и зависит от того, как производится их разделение: сдвигом вдоль поверхности раздела или отрывом в направлении, перпендикулярном поверхности. В некоторых случаях адгезия может оказаться сильнее, чем когезия, т.е. сцепление внутри однородного материала, в таких случаях при приложении разрывающего усилия происходит когезионный разрыв, т.е. разрыв в объеме менее прочного из соприкасающихся материалов.
Адгезия существенно влияет на природу трения соприкасающихся поверхностей: так, при трении поверхностей с низкой адгезией трение минимально. В качестве примера можно привести политетрафторэтилен (тефлон), который в силу низкого значения адгезии в сочетании с большинством материалов обладает низким коэффициентом трения. Некоторые вещества со слоистой кристаллической решеткой (графит, дисульфид молибдена), характеризующиеся одновременно низкими значениями адгезии и когезии, применяются в качестве твердых смазок.
Наиболее известные адгезионные эффекты — капиллярность, смачиваемость/несмачиваемость, поверхностное натяжение, мениск жидкости в узком капилляре, трение покоя двух абсолютно гладких поверхностей. Критерием адгезии в некоторых случаях может быть время отрыва слоя материала определенного размера от другого материала в ламинарном потоке жидкости.
Адгезия твердых тел с неровной поверхностью обычно невелика, т.к. они фактически соприкасаются только отдельными выступающими участками своих поверхностей. Адгезия жидкости и твердого тела и двух несмешивающихся жидкостей достигает предельно высокого значения вследствие полного контакта по всей площади соприкосновения. При покрытии твердого тела полимером в текучем состоянии, последний, проникает в углубления и поры. После отвердевания полимера возникает связь, иногда называемая механической адгезией. В этом случае для отрыва полимерной пленки необходимо преодолеть когезию в затвердевшем полимере. Для достижения предельной адгезии твердые тела соединяют в пластическом или эластичном состоянии под давлением, например, при склеивании резиновым клеем или при холодной сварке металлов. Прочная адгезия достигается также при образовании новой твердой фазы на поверхности раздела, например в случае гальванических покрытий, или при возникновении поверхностных химических соединений (окисные, сульфидные и др. пленки).
Адгезия полимеров происходит лучше в том случае, если макромолекулы полярны и имеют большое число химически активных функциональных групп. Для улучшения адгезии в состав клея или пленкообразующего полимера вводят активные добавки, молекулы которых одним концом прочно связываются с пленкой, другим — с подложкой, образуя ориентированный адсорбционный слой. При контакте двух объемов одного и того же полимера может произойти автогезия (самослипание), когда имеет место диффузия макромолекул или их участков из одного объема в другой. При этом прочность связи со временем увеличивается, стремясь к пределу — когезионной прочности.
В биологии клеточная адгезия — не просто соединение клеток между собой, а такое их соединение, которое приводит к формированию определенных правильных типов гистологических структур, специфичных для данных типов клеток. Специфичность клеточной адгезии определяется наличием на поверхности клеток белков клеточной адгезии — интегринов, кадгеринов и др.
Явление адгезии имеет место при сварке, паянии, лужении, склеивании, при изготовлении фотоматериалов, а также при нанесении лакокрасочных полимерных покрытий, предохраняющих металлические детали от коррозии; причинами нарушения адгезии в последнем случае являются напряжения, возникающие вследствие усадки пленки, а также различие коэффициентов теплового расширения пленки и металла.
Адгезия не только является условием образования высококачественного покрытия, связующего сварного или клеевого шва, но также и вызывает повышенный износ трущихся деталей. Для устранения адгезии вводят слой смазки, препятствующий контакту поверхностей.
Адгезия представляет собой крайне сложное явление, именно с этим связано существование множества теорий, трактующих явление адгезии с различных позиций. В настоящее время известны следующие теории адгезии:
- Адсорбционная теория. Согласно этой теории, адгезия осуществляется в результате адсорбции адгезива на порах и трещинах поверхности субстрата.
- Механическая теория. Теория рассматривает адгезию как результат проявления сил межмолекулярного взаимодействия между контактирующими молекулами адгезива и субстрата.
- Электрическая теория. Основное положение этой теории заключается в том, что система адгезив-субстрат отождествляется с конденсатором, а двойной электрический слой, возникающий при контакте двух разнородных поверхностей, — с обкладкой конденсатора.
- Электронная теория. Согласно этой теории, адгезия рассматривается как результат молекулярного взаимодействия поверхностей, различных по своей природе.
- Диффузионная теория. Адгезия, согласно данной теории, сводится к взаимной или односторонней диффузии молекул адгезива и субстрата.
- Химическая теория. Сторонники этой теории считают, что во многих случаях адгезия может быть объяснена не физическим, а химическим взаимодействием между адгезивом и субстратом.
Источники информации:
Дополнительно на Геноне: