Учёные изучают, как именно теряют сцепление склеенные материалы. Интересует всё: от стройматериалов и крыльев самолета до зубных коронок

16/08/2014

Материалы, которые прочно связываются между собой при помощи эпоксидных и других жёстких клеёв, широко распространены в современной жизни. Они используются повсюду: от зубных коронок до современных композитов, применяемых в строительстве. Тем не менее, оказалось достаточно трудно изучить, как именно они удерживаются вместе и как отсоединяются. Трудно также сделать их более устойчивыми к расклеиванию и отсоединению.

Учёные изучают, как именно теряют сцепление склеенные материалы. Интересует всё: от стройматериалов и крыльев самолета до зубных коронок Исследователи из Массачусетского технологического института нашли способ для изучения этих проблем. Они открыли, что решающая роль в этих процессах принадлежит почвенной влаге. Их выводы опубликованы в журнале "Proceedings of the National Academy of Science" в работах профессоров гражданской и экологической инженерии Курта Бродерика и Маркуса Бюлера.

"Проблема склеивания материалов является общей проблемой, которая встречается во многих отраслях, особенно в медицине и строительстве", - говорит Бродерик, чьи исследования были направлены на развитие инфраструктуры, где решение этой проблемы также имеет большое значение. "Прослойка между основным материалом и, к примеру, эпоксидной смолой на самом деле контролирует все свойства. Если прослойка слабая, это обязательно приведёт к тому, что развалится вся конструкция".

"Композит может быть изготовлен из прочного и долговечного материала. Он может быть связан с другим прочным и долговечным материалом", - добавляет Бродерик. "Но то, что их скрепляет, также обязательно должно быть прочным и долговечным".

Склеивание очень важно в производстве строительных материалов, таких как армированные волокнами полимеры и железобетон. Несмотря на то, что такие материалы широко распространены, понимание того, как они работают, не слишком просто.

Существуют стандартные методы испытаний на прочность материалов, но склеиваемые поверхности – это самые трудные для изучения модели. "Когда мы имеем дело с ухудшением состояния этой "прослойки", когда она разрушается под воздействием влаги, классические методы изучения не могут справиться с этим", - говорит Бродерик. "Мы должны рассматривать объекты на молекулярном уровне".

Когда такие системы подвергаются воздействию влаги, "на границе сред появляются новые виды молекул", - говорит учёный. "И это мешает механизмам сцепления. Как оценить насколько ослабла система, когда она подверглась увлажнению? Мы придумали инновационный метод оценки ослабления сцепления в результате воздействия экологических факторов".

В своих оценках команда использовала комбинацию молекулярного моделирования и лабораторных испытаний. Моделирование строится на основе фундаментальных принципов молекулярных взаимодействий, а не на эмпирических данных, утверждает Бродерик.

Полученные результаты могут привести к изучению новых способов предотвращения попадания влаги на связывающий слой, возможно, с использованием лучших герметиков. "Влага является врагом номер один", - констатируют учёные.