Možnosti ovlivnění pevnosti lepených spojů u vybraných typů polymerů

Abstract

Lepení patří ke stále více používaným a rozvíjejícím se metodám tvorby nerozebíratelných spojů. Pevnost lepeného spoje, která do značné míry determinuje možnosti aplikací této technologie je ovlivněna mnoha faktory. Vedle druhu použitého lepidla hrají významnou roli vlastnosti povrchové vrstvy, a proto je velká pozornost věnována jejich úpravám a modifikacím. Mezi důležité metody modifikace vlastností polymerů patří radiační síťování. V současné době nejvíce využívaným zářením k síťování polymerů je ionizační beta záření, které ovlivňuje mimo mechanických vlastností také povrchové vlastnosti a chemickou a teplotní odolnost. Disertační práce se zabývá vlivem ionizačního beta záření na vlastnosti povrchové vrstvy u materiálů LDPE, HDPE a PP a také na výslednou pevnost lepených spojů. V teoretické části jsou popsány základní teorie adheze a také možnosti modifikace povrchových vlastností za účelem zvýšení pevnosti lepeného spoje. Značná část je věnována problematice ozařování polymerů se zaměřením na ionizační beta záření. Z teorií adheze bylo mimo jiné zjištěno, že pro vytvoření kvalitního lepeného spoje by měla mít povrchová vrstva lepeného materiálu dobrou účinnost smáčení, což je charakterizováno nízkými hodnotami kontaktních úhlů smáčení, měli by se na ní vyskytovat reakceshopné funkční skupiny (karbonylové, hydroxylové aj.) a lepený materiál by měl mít vyšší povrchovou energie než smáčecí kapalina (lepidlo). V experimentální části práce byly nejdříve popsány základní vlastnosti použitých materiálů a lepidel a následně byl zkoumán vliv ionizačního beta záření na povrchové vlastnosti a výslednou pevnost lepených spojů. Za účelem posouzení změn vlastností povrchové vrstvy v důsledku ozáření bylo využito měření kontaktních úhlů smáčení, volné povrchové energie a také bylo zkoumáno relativní zastoupení kyslíkatých funkčních skupin (karbonylových a hydroxylových), k jejichž posouzení byla použita infračervená spektrometrie. Z výsledků měření kontaktních úhlů smáčení bylo zjištěno, že se zvyšující se dávkou záření dochází k jejich výraznému poklesu. Pokles kontaktních úhlů smáčení sebou přináší enormní zlepšení smáčecího účinku povrchové vrstvy. Pokles byl zaznamenán u všech použitých kapalin i zkoumaných materiálů. Nejnižších hodnot kontaktních úhlů a tím i nejlepší smáčivosti povrchové vrstvy bylo dosaženo u materiálů LDPE a HDPE dávkou 165 kGy. U materiálů PP to byla dávka 66 kGy. U volné povrchové energie došlo se zvyšující se dávkou záření k extrémnímu navýšení. Tento nárůst sebou přináší markantní zlepšení adhezních vlastností, které měli zásadní vliv na konečnou pevnost lepených spojů. U materiálu LDPE a HDPE se jako nejvhodnější dávka, z hlediska volné povrchové energie, jeví 165 kGy, díky které její hodnoty vzrostly až téměř o 90 % vůči nemodifikovanému materiálu. U materiálu PP to byla opět dávka 66 kGy u které byl zaznamenán nárůst o přibližně 60 %. Výsledky z infračervené spektrometrie prokázaly, že modifikace ionizačním beta zářením zvyšuje zastoupení kyslíkatých funkčních skupin (karbonylových, hydroxylových) u všech zkoumaných materiálů. Při měření pevností lepených spojů bylo zjištěno, že se zvyšující se dávkou záření jejich pevnost roste. U materiálů LDPE a HDPE byly zjištěny nejvyšší nárůsty v pevnosti při vyšších dávkách záření (99 až 198 kGy), kdežto u materiálů PP bylo maximálního navýšení dosaženo v některých případech již při nejnižší dávce záření (33 kGy). Z naměřených výsledků lze konstatovat, že ionizační beta záření výrazně zlepšuje smáčivost, zvyšuje volnou povrchovou energie a relativní zastoupení kyslíkatých skupin. V důsledku změn vlastností povrchové vrstvy dochází k enormní nárůstu výsledné pevnosti lepených spojů u materiálů LDPE, HDPE a PP.