FYSISK TILSLUTNING: HVAD DET ER OG EKSEMPLER - FYSISK - 2024

Den fysiske vedhæftning er bindingen mellem to eller flere overflader af det samme materiale eller forskellige materialer, når de bringes i kontakt. Det er produceret af Van der Waals tiltrækningskraft og af de elektrostatiske interaktioner, der findes mellem molekyler og atomer i materialer.

Van der Waals kræfter er til stede i alle materialer, er attraktive og stammer fra atomære og molekylære interaktioner. Van der Waals-kræfter skyldes de inducerede eller permanente dipoler skabt i molekylerne af de elektriske felter i nabomolekyler; eller ved de øjeblikkelige dipoler af elektronerne omkring atomkernerne.

Tre M&M er limet

Elektrostatisk interaktion er baseret på dannelsen af ​​et elektrisk dobbeltlag, når to materialer kommer i kontakt. Denne interaktion producerer en elektrostatisk tiltrækningskraft mellem de to materialer ved at udveksle elektroner, kaldet Coulomb-styrken.

Fysisk adhæsion får væsken til at klæbe til den overflade, hvorpå den hviler. For eksempel, når vand anbringes på glas, dannes en tynd, ensartet film på overfladen på grund af vedhæftningskræfterne mellem vandet og glasset. Disse kræfter virker mellem glasmolekylerne og vandmolekylerne og holder vandet på glasets overflade.

Hvad er fysisk tilslutning?

Fysisk vedhæftning er materialets overfladeegenskaber, der giver dem mulighed for at holde sig sammen, når de er i kontakt. Det er direkte relateret til den overfladefri energi (ΔE) til fast-væske-vedhæftningskassen.

I tilfælde af vedhæftning af væske-væske eller væske-gas kaldes den overfladefri energi grænsefladen eller overfladespændingen.

Overfladefri energi er den energi, der kræves for at generere en enhed af materialets overfladeareal. Fra overfladen fri energi fra to materialer kan vedhæftningsarbejdet (vedhæftning) beregnes.

Vedhæftningsarbejde defineres som den mængde energi, der leveres til et system for at bryde grænsefladen og skabe to nye overflader.

Jo større vedhæftningsarbejdet er, desto større er modstanden mod adskillelse af de to overflader. Vedhæftningsarbejde måler tiltrækningskraften mellem to forskellige materialer, når de er i kontakt.

ligninger

Den frie energi til adskillelse af to materialer, 1 og 2, er lig med forskellen mellem den frie energi efter adskillelse (_slutlig y) og den frie energi inden adskillelse (_indledende y).

ΔE = W ₁₂ = _endelig y - _initial y = = y ₁ + y ₂ - y ₁₂

γ ₁ = overfladefri energi fra materiale 1

y ₂ = overfladefri energi fra materiale 2

Mængden W ₁₂ er vedhæftningsarbejdet, der måler materialernes vedhæftningsstyrke.

y ₁₂ = grænsefladefri energi

Når vedhæftningen er mellem et fast materiale og et flydende materiale, er vedhæftningsarbejdet:

W _SL = y _S + y _YV - y _SL

y _S = det overfladefri energi af det faste stof i ligevægt med dets egen damp

γ _LV = væskens overfladefri energi i ligevægt med damp

W _SL = vedhæftningsarbejde mellem fast materiale og væske

y ₁₂ = grænsefladefri energi

Ligningen er skrevet som en funktion af ligevægtstrykket (π- _ligevægt), som måler kraften pr. _{Enhedslængde} af de adsorberede molekyler ved grænsefladen.

π _ligevægt = γ _S - γ _SV

y _SV = det overfladefri energi af det faste stof i ligevægt med dampen

W _SL = π _ligevægt + y _SV + γ _LV - y _SL

Ved at erstatte γ _SV - γ _SL = γ _LV cos θ _C i den ligning, vi opnår

W _SL = π _ligevægt + y _SL (1 + cos θ _C)

θ _C er ligevægtskontaktvinklen mellem en fast overflade, en dråbe væske og damp.

Tre-fase kontaktvinkel, fast væske og gasformig.

Ligningen måler vedhæftningsarbejdet mellem en fast overflade og en væskeoverflade på grund af vedhæftningskraften mellem molekylerne på begge overflader.

eksempler

Dækgreb

Fysisk greb er en vigtig egenskab til vurdering af dæknes effektivitet og sikkerhed. Uden godt greb kan dækkene ikke accelerere, bremse køretøjet eller blive styret fra et sted til et andet, og førerens sikkerhed kan kompromitteres.

Dækets vedhæftning skyldes friktionskraften mellem dækoverfladen og fortovets overflade. Høj sikkerhed og effektivitet afhænger af vedhæftning til forskellige overflader, både ru og glatte, og under forskellige atmosfæriske forhold.

Derfor fremskrider bilindustrien hver dag med at opnå passende dækdesign, der tillader god vedhæftning, selv på våde overflader.

Vedhæftning af polerede glasplader

Når to polerede og fugtige glasplader kommer i kontakt, oplever de en fysisk vedhæftning, der observeres i den indsats, der skal udøves for at overvinde pladenes separationsmodstand.

Vandmolekylerne binder til molekylerne på den øverste plade og klæber ligeledes til den nederste plade, hvilket forhindrer, at begge plader adskilles.

Vandmolekyler har stærk samhørighed med hinanden, men viser også stærk vedhæftning med glasmolekyler på grund af intermolekylære kræfter.

Vedhæftning af to plader med en væske

Dental vedhæftning

Et eksempel på fysisk vedhæftning er en tandplade, der er klæbet til en tand, der normalt placeres i genoprettende tandbehandlinger. Vedhæftning manifesterer sig ved grænsefladen mellem klæbematerialet og tandstrukturen.

Effektiviteten i placeringen af ​​emaljer og dentiner i tandvæv og ved inkorporering af kunstige strukturer såsom keramik og polymerer, der erstatter tandstrukturen, afhænger af graden af ​​vedhæftning af de anvendte materialer.

Klæbning af cement til strukturer

God fysisk klæbning af cement til mursten, murværk, sten eller stålstrukturer manifesteres i en høj kapacitet til at absorbere energien, der kommer fra normale og tangentielle spændinger til den overflade, der forbinder cementen med strukturerne, dvs. en høj kapacitet til at bære belastninger.

For at opnå god vedhæftning, når cementen møder strukturen, er det nødvendigt, at overfladen, hvorpå cementen skal placeres, har tilstrækkelig absorption, og at overfladen er tilstrækkelig ru. Manglen på vedhæftning resulterer i revner og aftagning af det vedhæftede materiale.

Referencer

1. Lee, L H. Fundamentals of Adhesion. New York: Plenium Press, 1991, pp. 1-150.
2. Pocius, A V. Adhesives, Kapitel27. JE Mark. Polymers håndbogs fysiske egenskaber. New York: Springer, 2007, pp. 479-486.
3. Israelachvili, J N. Intermolekylære kræfter og overfladekræfter. San Diego, CA: Academic Press, 1992.
4. Forholdet mellem vedhæftning og friktionskræfter. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung og Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, bind 8, pp. 1231-1249.
5. Principper for kolloid- og overfladekemi. Hiemenz, PC og Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.