- Що таке фізична прихильність?
- Рівняння
- Приклади
- Зчеплення шини
- Адгезія полірованих скляних пластин
- Стоматологічна адгезія
- Адгезія цементу до конструкцій
- Список літератури
Фізична адгезія є зв'язування між двома або більше поверхнями одного і того ж матеріалу або іншого матеріалу при контакті. Він виробляється силою тяжіння Ван-дер-Ваальса та електростатичними взаємодіями між молекулами та атомами матеріалів.
Сили Ван-дер-Ваальса присутні у всіх матеріалах, привабливі та походять від атомних та молекулярних взаємодій. Сили Ван-дер-Ваальса зумовлені індукованими або постійними диполями, створеними в молекулах електричними полями сусідніх молекул; або миттєвими диполями електронів навколо атомних ядер.
Три M&M наклеєні
Електростатичні взаємодії засновані на формуванні електричного подвійного шару при контакті двох матеріалів. Ця взаємодія виробляє електростатичну силу притягання між двома матеріалами, обмінюючись електронами, званими Кулонівською силою.
Фізичне прилягання змушує рідину прилипати до поверхні, на якій вона опирається. Наприклад, коли вода розміщується на склі, на поверхні утворюється тонка рівномірна плівка через сили адгезії між водою та склом. Ці сили діють між молекулами скла і молекулами води, утримуючи воду на поверхні скла.
Що таке фізична прихильність?
Фізична прихильність - це властивість поверхні матеріалів, що дозволяє їм залишатися разом при контакті. Вона безпосередньо пов'язана з вільною енергією поверхні (ΔE) для випадку адгезії тверда рідина.
У випадку зчеплення рідка-рідка або рідко-газова енергія, що не має поверхні, називається міжфазним або поверхневим натягом.
Поверхнева енергія - це енергія, необхідна для отримання одиниці площі поверхні матеріалу. З поверхневої вільної енергії двох матеріалів можна обчислити роботу адгезії (адгезії).
Адгезійна робота визначається як кількість енергії, яка надходить на систему для розбиття інтерфейсу та створення двох нових поверхонь.
Чим більше робота адгезії, тим більший опір поділу двох поверхонь. Адгезійна робота вимірює силу потягу між двома різними матеріалами при контакті.
Рівняння
Вільна енергія розділення двох матеріалів, 1 і 2, дорівнює різниці між вільною енергією після поділу ( кінцева γ ) і вільною енергією до поділу ( початкова γ ).
ΔE = W 12 = кінцева γ - початкова γ = γ 1 + γ 2 - γ 12
γ 1 = поверхнева вільна енергія матеріалу 1
γ 2 = поверхнева вільна енергія матеріалу 2
Кількість W 12 - це адгезійна робота, яка вимірює міцність адгезії матеріалів.
γ 12 = міжфазна вільна енергія
Коли адгезія знаходиться між твердим матеріалом і рідким матеріалом, робота адгезії:
W SL = γ S + γ LV - γ SL
γ S = поверхнева вільна енергія твердого тіла в рівновазі з його власними парами
γ LV = поверхнева вільна енергія рідини в рівновазі з паром
W SL = адгезійна робота між твердим матеріалом і рідиною
γ 12 = міжфазна вільна енергія
Рівняння записується як функція рівноважного тиску (π еквівалент ), який вимірює силу на одиницю довжини молекул, адсорбованих на межі розділу.
π equil = γ S - γ SV
γ SV = вільна поверхнева енергія твердого тіла, що перебуває в рівновазі з паром
W SL = π рівне + γ SV + γ LV - γ SL
Підставляючи γ SV - γ SL = γ LV cos θ C в отримане рівняння
W SL = π рівний + γ SL (1 + cos θ C )
θ C - рівноважний контактний кут між твердою поверхнею, краплею рідини та паром.
Три фазовий кут контакту, тверда рідка і газоподібна.
Рівняння вимірює роботу адгезії між твердою поверхнею та рідкою поверхнею завдяки силі зчеплення між молекулами обох поверхонь.
Приклади
Зчеплення шини
Фізичний захват є важливою характеристикою для оцінки ефективності та безпеки шин. Без хорошого зчеплення шини не можуть розганятись, гальмувати транспортний засіб або керувати ним з одного місця на інше, і безпека водія може бути порушена.
Адгезія шини пояснюється силою тертя між поверхнею шини та бруківкою. Висока безпека та ефективність залежатимуть від прилягання до різних поверхонь, як грубих, так і слизьких та в різних атмосферних умовах.
З цієї причини щодня автомобільна інженерія просувається в отриманні відповідних конструкцій шин, які дозволяють добре зчеплюватися навіть на вологих поверхнях.
Адгезія полірованих скляних пластин
Коли дві поліровані та зволожені скляні пластини вступають у контакт, вони відчувають фізичну адгезію, яка спостерігається при зусиллях, які необхідно прикласти для подолання опору розділення пластин.
Молекули води зв'язуються з молекулами верхньої пластини і так само прилягають до нижньої пластини, не даючи обом пластинам відокремитись.
Молекули води мають міцну згуртованість між собою, але також демонструють сильну адгезію з молекулами скла через межмолекулярні сили.
Адгезія двох пластин з рідиною
Стоматологічна адгезія
Прикладом фізичної прихильності є зубний наліт, приклеєний до зуба, який зазвичай розміщують у відновних стоматологічних процедурах. Адгезія проявляється на межі між клейким матеріалом та структурою зуба.
Ефективність розміщення емалей та дентинів у зубних тканинах та у складі штучних структур, таких як кераміка та полімери, які замінюють зубну структуру, буде залежати від ступеня прилягання використовуваних матеріалів.
Адгезія цементу до конструкцій
Хороша фізична адгезія цементу до цегляних, кладочних, кам'яних або сталевих конструкцій проявляється у високій здатності поглинати енергію, що надходить від нормальних і тангенціальних сил на поверхню, що з'єднує цемент зі спорудами, тобто в висока здатність нести навантаження.
Щоб отримати хорошу адгезію, коли цемент відповідає конструкції, необхідно, щоб поверхня, на яку повинен бути розміщений цемент, мала достатнє поглинання і щоб поверхня була достатньо шорсткою. Відсутність адгезії перетворюється на тріщини і відшарування приклеєного матеріалу.
Список літератури
- Лі, Л. Х. Основи адгезії. Нью-Йорк: Plenium Press, 1991, pp. 1-150.
- Поцій, А. В. Клеї, глава27. JE Mark. Довідник з фізичних властивостей полімерів. Нью-Йорк: Спрингер, 2007, с. 479-486.
- Ізраелачвілі, Дж. Н. Міжмолекулярні та поверхневі сили. Сан-Дієго, Каліфорнія: Academic Press, 1992.
- Зв'язок між силами адгезії та тертя. Ісраелачвілі, JN, Chen, You-Lung і Yoshizawa, H. 11, 1994, Журнал адгезійних наук і технологій, т. 8, с. 1231-1249.
- Принципи колоїдної та поверхневої хімії. Хіменц, ПК та Раджагопалан, Р. Нью-Йорк: Marcel Dekker, Inc., 1997.