Адгезия

Адге́зия (от лат. adhaesio – прилипание, сцепление, притяжение), связь между разнородными конденсированными телами при их молекулярном контакте. Частный случай адгезии – аутогезия, проявляется 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 твёрдой поверхности – субстрату. В зависимости от свойств адгезива (прилипшего тела) различают адгезию жидкости и твёрдых тел (частиц, плёнок и структурирированных масс, например теста, расплавов, битумов). Аутогезия возникает между твёрдыми плёнками в многослойных покрытиях и между частицами дисперсных систем и композиционных материалов (порошков, грунта, бетона и др.), определяя их прочность.

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).

Адгезия может изменяться при возникновении химической связи между молекулами адгезива и субстрата, в процессе диффузии и при взаимном проникновении молекул контактирующих тел, при адсорбции на границе раздела фаз и образовании адсорбционных слоёв, а также за счёт подвижности полимерных цепей. В результате этих процессов в зоне контакта адгезива и субстрата может образовываться граничный слой, определяющий адгезию. Между твёрдыми телами в жидкой среде формируется тонкий слой жидкости и возникает расклинивающее давление, препятствующее адгезии. Истинная площадь контакта между адгезивом и субстратом (определяется шероховатостью поверхностей, упругой и пластической деформацией в зоне контакта твёрдых тел, а в случае жидкости – смачиванием выемов шероховатой поверхности) меньше номинальной.

Равновесная работа капель определяется краевым углом смачиванияи поверхностным натяжением жидкости. Адгезия твёрдых тел измеряется величиной внешнего воздействия при отрыве адгезива, адгезия и аутогезия отдельных частиц – средней силой (рассчитывается как математическое ожидание), порошка – удельной силой. При отрыве плёнок и структурированных тел измеряется адгезионная прочность, которая, кроме адгезии, включает усилие на деформацию и на течение образца, разрядку двойного электрического слоя и другие побочные явления. При адгезии, слабой по сравнению с когезией, имеет место адгезионный отрыв, при относительно слабой когезии – когезионный разрыв адгезива. Адгезия полимерных, лакокрасочных и других плёнок определяется смачиванием и условиями формирования площади контакта жидким адгезивом, при его затвердевании – внутренним напряжением и релаксационными процессами, прочность клеевых соединений – ещё и когезией отвердевшей клеевой прослойки.

Мельчайшие наноразмерные частицы обладают повышенной адгезией за счёт значительного избытка поверхностной энергии; микрошероховатости; дефектов их поверхностей и особенностей их образования (диспергированием, напылением атомного металла, конденсацией паров или растворённых веществ, термическим распадом и др.) и свойств самих частиц (кристаллы, аморфные тела, полимеры и др.). Адгезия наночастиц определяет возможность создания принципиально новых каталитических и сенсорных систем, композитов и материалов для микроэлектроники и для носителей информации.

В зависимости от требований практики адгезию можно увеличивать (например, для лакокрасочных покрытий) или снижать (например, при выпечке хлеба) путём введения добавок, способствующих модификации свойств контактирующих поверхностей, формированию граничного слоя; а также варьирования внешних условий (давление, температура) и воздействия электромагнитного, лазерного и других форм излучения.

Повышенная адгезия необходима для клеевых соединений, лакокрасочных покрытий и металлических плёнок, в процессе обогащения руды (в том числе при флотации), в ксерографии, при очистке воды и воздуха в фильтрах (в том числе электрофильтрах), в процессе формирования строительных и композиционных материалов (в том числе с использованием наночастиц) и др. Пониженная адгезия необходима для предотвращения загрязнений (в том числе радиоактивных) различных поверхностей, прилипания грунта и материалов к рабочим частям машин; в ходе добычи и транспортировки нефти; при смазке; для смачивания различных поверхностей; пропитки пористых материалов. Пониженная аутогезия необходима для предотвращения слёживаемости и др., а повышенная – для снижения эрозии почв и уменьшения отрицательных последствий русловых процессов.

Совокупность методов определения адегзии называется адгезиометрией; приборы, их

реализующие, – адгезиометрами (адгезиметрами). Адгезия может быть измерена при помощи прямых (усилия при нарушении адгезионного контакта), неразрушающих (по изменению параметров ультразвуковых и электромагнитных волн вследствие поглощения, отражения или преломления) и косвенных (характеризующих адгезию в сопоставимых условиях, например отслаиванием плёнок после надреза, наклоном поверхности для порошков) методов. Адгезия наночастиц определяется моделированием и путём сопоставления с силой трения.