Прочность пластмасс при отслаивании

Стандартным методом для определения сопротивления металлического слоя отслаиванию является метод Жаке, при котором используется машина для испытания на разрыв. На образце в виде пластинки прорезают две параллельные канавки длиной по 2,5 см так, чтобы они проникли через осажденный слой металла в полимер; третьим разрезом эти канавки соединяют и язычок слоя покрытия отгибают. Затем замеряют силу, необходимую для отслоения металлической полоски от полимера, при этом используется система роликов, обеспечивающая угол между поверхностью диска и приложенной силой 90°.
Прочность при отслаивании в пределах до 20 Н/см обычно считается удовлетворительной. Такая прочность соответствует расходу энергии на отслаивание металлического покрытия от полимерной основы 200 кДж/м2. Разрушение происходит не по границе раздела металл — полимер, как можно было бы ожидать, а на некоторой глубине поверхностного слоя полимера. Это можно продемонстрировать несколькими путями. С помощью алмазного ножа можно сделать на микротоме срез через частично отслоенное покрытие в области вершины раздира, и обнаружить электронной микроскопией тонкий слой полимера, прочно сцепленного с нижней стороной отслаиваемой медной полоски (рис. 12.3).

Более простой метод заключается в растворении отслоенной медной полоски в разбавленном растворе азотной кислоты. Если связь между металлом и полимером прочная, то после растворения меди остается сплошная пленка полимера толщиной приблизительно 1 мкм; если связь слабая, то остаются либо фрагменты пленки полимера, либо она полностью распадается. Дефектная пленка такого типа наблюдается, когда полимер был плохо протравлен, например, когда продолжительность или температура травления отличались от рекомендованных.
Эти эксперименты показывают, что основная функция травления заключается в обеспечении хорошего сцепления с медным покрытием, и поэтому отрыв покрытия происходит в результате потери когезии в полимере, а не нарушения адгезии на границе раздела полимер — металл. Прочность зависит главным образом от механического сцепления двух материалов, но, возможно, проявляется и химическая связь.
Поверхность АБС-пластика после отслоения металлопокрытия обычно бывает побелевшей. Это побеление, не наблюдаемое при низкой прочности сцепления, подтверждает наличие пластического течения за счет множественного крейзообразования в процессе отслаивания. Существует связь между прочностью при отслаивании металлопокрытия и прочностью при разрушении полимера. Обе величины представляют собой работу, затрачиваемую на течение и разрушение в вершине распространяющейся трещины и характеризуются довольно высокими значениями в случае АБС-пластика, поскольку присутствие каучука увеличивает сопротивление материала распространению трещины. Испытание на отслаивание отличается от стандартного испытания на разрыв следующими основными факторами:
1) присутствие металлического слоя препятствует течению на одной стороне распространяющегося раздира;
2) различный радиус у вершины трещины;
3) различная система нагружения.
Тем не менее, наблюдаемое сходство более существенно, чем различия. В частности, значение ξIкр, полученные при испытаниях на разрушение, для АБС-пластиков примерно равно 50 кДж/м2; это величины того же порядка, что и значения ξIкр, полученные при испытании на отслаивание.
При отслаивании металлический слой пластически изгибно деформируется, что прямо и косвенно влияет на измеряемую прочность при отслаивании. На линии отслаивания внутренняя сторона полоски растягивается, а внешняя сжимается. Полоска выпрямляется в результате взаимодействия упругих и пластических деформаций во время отрыва от поверхности, и напряжения становятся обратными. При прекращении действия растягивающего напряжения полоска упруго свивается, причем ее первоначально верхняя сторона остается вогнутой. Влияние такой деформации в металлическом слое рассматривалось Аткинсоном с сотрудниками. Более подробный анализ был сделан Дук. Прочность на отслаивание возрастает с увеличением толщины слоя покрытия не только за счет того, что большее количество энергии поглощается при пластической деформации металла, но также за счет того, что увеличение радиуса кривизны металлической полоски в вершине раздира ведет к возрастанию числа крейз в полимере. Существуют некоторые указания на то, что толщина отрываемой вместе с металлом полимерной пленки увеличивается при утолщении металлического слоя в результате изменения кривизны. В сущности, трещина становится притупленной, поэтому возрастает поглощение энергии.
С учетом поправок на энергию, пластично поглощаемую медью, следует признать, что прочность при отслаивании есть не что иное, как сопротивление разрушению поверхностного слоя отливки из АБС-пластика. При испытании на отслаивание направление действия растягивающего напряжения нормально к поверхности и, следовательно, нормально к направлению ориентации. Отсюда следует, что максимальная прочность при отслаивании достигается, когда поверхностный слой изотропен, поэтому условия литья под давлением должны как можно больше соответствовать этому требованию.
Взаимосвязь между прочностью при отслаивании и условиями литья исследовали Эбнет и Молл и Эллис. Наиболее важными факторами являются температура расплава и скорость впрыска (рис. 12.4).

Температура формы и давление впрыска также влияют на адгезию, но в меньшей степени. Повышение температуры расплава и уменьшение скорости впрыска приводят к снижению поверхностной ориентации и, следовательно, к более высокой прочности при отслаивании. Толщина стенок отливаемой детали также является важным фактором: молекулярная ориентация выше в тонкостенных изделиях, поэтому прочность при отслаивании в таких изделиях ниже.
Факторы, влияющие на прочность покрытия, должны согласовываться с экономичностью процесса и с качеством поверхности. Детали, подвергаемые металлизации, не должны иметь дефектов поверхности. Очень высокие температуры расплава и низкие скорости впрыска приводят к образованию раковин, поэтому литье АБС-пластиков рекомендуется проводить при температуре расплава 240—250 °С, температуре формы 70—80 °C и умеренных скоростях впрыска. Если конфигурация детали или какой-нибудь иной фактор не позволяют сделать отливку без высокой поверхностной ориентации, то прочность покрытия при отслаивании может быть увеличена за счет отжига отливки перед Электроосаждением при температуре ниже температуры стеклования. На рис. 12.5 показано, что продолжительность травления и отжига влияет на прочность связи между металлическим покрытием и отливкой из АБС-пластика.