Theoretical and technological aspects of surface engineering for adhesion enhancement of polymers and composites

• Autorzy: Gutowski V. S. , Li S.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amst-2014-0021

Warianty tytułu

PL

Teoretyczne i technologiczne aspekty połączeń materiałów polimerowych i ich kompozytów oraz kryteria ich oceny

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Polymers and lightweight composites rapidly replace metals in high-tech engineering applications in automotive, aerospace, shipbuilding, civil and other engineering applications. Due to chemical inertness, hydrophobicity, surface contamination and migrating functional and processing additives, most polymers require surface modification to ascertain high strength and reliability of bonded products. In structural bonding, the key objective is creation of permanent bond between bonded elements. The overarching aim is creating such strong adhesion forces between bonded material and adhesive that the bond becomes unbreakable and the adhesive or substrate become the weakest element of the structure, thus enabling application of verifiable engineering design principles ascertaining reliable performance of structures throughout entire service life under the influence of all static, dynamic and environmental loads and impacts. Theoretical and engineering aspects of the problem, including criteria for attaining such bond properties, including experimental data, are comprehensively discussed in this paper. Examples of industrial applications of the technology are provided.

PL

W wielu gałęziach techniki, m.in. lotnictwie, okrętownictwie i budownictwie, zwiększa się ciągle zastosowanie polimerów i kompozytów lekkich. Wykonanie z polimerów wyrobów złożonych często wymaga klejenia. Polimery są zwykle obojętne chemicznie, natomiast elementy wykonane z polimerów mają zanieczyszczoną powierzchnię i zawierają różne mikrododatki. Stąd niezbędna jest modyfikacja ich powierzchni w celu zapewnienia odpowiedniej wytrzymałości łączonych elementów. Podstawowym zagadnieniem jest zapewnienie trwałego połączenia pomiędzy składowymi elementami. Konieczne jest wytworzenie określonej siły adhezji pomiędzy warstwami kleju i materiałem – polimerami. Dla zapewnienia nierozrywalności połączenia przyjmuje się, że klej lub materiał stanowią najsłabsze elementy konstrukcji. Umożliwi to zachowanie odpowiednich właściwości użytkowych klejonych elementów w warunkach oddziaływania obciążeń statycznych i dynamicznych. W pracy przedstawiono rozważania teoretyczne i praktyczne dotyczące tego zagadnienia. Przedstawiono kryteria oceny wytworzonych połączeń, dane doświadczalne oraz przykłady ich zastosowania w przemyśle.

Słowa kluczowe

EN

polymers; composites; thermoplastic olefins; TPO; surface modification; molecular brushes; adhesion; adhesive bonding; coating

PL

polimery; kompozyty; olefiny termoplastyczne; modyfikacja powierzchni; szczotki molekularne; adhezja; wiązania adhezyjne; powłoki

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN ; De Gruyter
• Czasopismo: Advances in Manufacturing Science and Technology
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 38, nr 4
• Strony: 5--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys.

Twórcy

autor

Gutowski V. S.

• CSIRO Future Manufacturing Flagship, Industrial Interphases Team, 37 Graham Road, Melbourne-Highett, Vic 3190, Australia

autor

Li S.

• CSIRO Future Manufacturing Flagship, Industrial Interphases Team, 37 Graham Road, Melbourne-Highett, Vic 3190, Australia

Bibliografia

• [1] P.G. DE GENNES: J. Phys. (Fr), 50(1989), 2551-2562.
• [2] P.G. DE GENNES: CR Acad. Sci., 309II(1989), 939.
• [3] C.R. LINDSEY, D.R. PAUL, J.W. BARLOW: J. Appl. Polym. Sci., 26(1981),1.
• [4] R. FAYT, R. JÉRÔME, P. TEYASSIÉ: J. Polym. Sci., Polym. Phys. Ed., 20(1982), 2209.
• [5] P.H. KNAUB, Y. CAMBERLIN, J.F. GÉRARD: Polym., 29(1988), 1365.
• [6] C. CRETON, E.J. KRAMER, G. HADZIIOANNOU: Macromol., 24(1991), 1846-1853.
• [7] C. CRETON, E.J. KRAMER, C.-Y. HUI, R.H. BROWN: Macromol., 25(1992), 3075-3088.
• [8] H.R. BROWN: Macromol., 24(1991), 2752-2756.
• [9] D.B. XU, C.-Y. HUI, E.J. KRAMER, C.F. CRETON: Mech. Mater., 11(1991), 257-268.
• [10] E.J. KRAMER: Plast. Rubber and Comp Process. App., 26(1997), 24-29.
• [11] Y. SHA, C.-Y. HUI, A. RUINA, E.J. KRAMER: Macromol, 28(1995), 2450-2459.
• [12] Y. SHA, C.-Y. HUI, E.J. KRAMER, S.F. HUGHE, C.A. BERGLUND: Macromol, 29(1996), 4728-4736.
• [13] E.J. KRAMER, L.J. NORTON, C.-A. DAI, C.-Y. SHA, C.-Y. HUI: Faraday Discuss. Chem. Soc., 98(1994), 31-46.
• [14] P.G. DE GENNES: CR Acad. Sci., 318II(1994), 165-170.
• [15] L. LÉGER, E. RAPHAËL, H. HERVET: Adv. in Polym. Sci., 138(1999), 186-225.
• [16] T. VILMIN, C. TARDIVAT, L. L´EGER, H. BROWN, E. RAPHAEL: Interdigitation between surface-anchored polymer chains and an elastomer: Consequences for adhesion promotion, Europhys. Lett., 68(2004)4, 543-549.
• [17] L. LÉGER, H. HERVET, C. TARDIVAT: Proc. of 5th European Adhesion Conference, Lyon, Paris 2000, 118-122.
• [18] F. BROCHARD-WYART, P.G. DE GENNES: J. Adhes, 57(1996), 21.
• [19] W. GUTOWSKI, E.R. PANKEVICIUS: Composite Interf, 1(1993), 141-151.
• [20] W. GUTOWSKI, D.Y. WU AND S. LI: J. Adhes., 43(1993), 139-155.
• [21] W.S. GUTOWSKI, S. LI, L. RUSSELL, C. FILIPPOU, P. HOOBIN, S. PETINAKIS: Theoretical and technological aspects of surface-engineered interface-interphase systems for adhesion enhancement. J. of Adhes, 79(2003), 483-519.
• [22] M.R. HORNER, F.J. BOERIO, H.M. CLEARFIELD: Silanes and other coupling agents, K.L. Mittal (ed.), VSP (1992) 241-262.
• [23] D.J. HOOK, T.G. VARGO, J.A. GARDELLA, K.S. LITWILER, F.V. BRIGHT: Langm., 7(1991), 142.
• [24] F.M. FOWKES, D.W. DWIGHT, D.A. COLE, T.C. HUANG: J. Non-Cryst. Solids, 120(1990), 47.
• [25] R.G. DILLINGHAM, F.J. BOERIO: J. Adhes, 24(1987), 315.