- Čo je to fyzická priľnavosť?
- rovnice
- Príklady
- Priľnavosť na pneumatikách
- Priľnavosť leštených sklenených dosiek
- Zubná priľnavosť
- Priľnavosť cementu k štruktúram
- Referencie
Fyzikálne adhézie je väzba medzi dvoma alebo viacerými povrchov z rovnakého materiálu alebo iného materiálu pri kontakte. Vyrába sa príťažlivou silou Van der Waalsa a elektrostatickými interakciami, ktoré existujú medzi molekulami a atómami materiálov.
Van der Waalsove sily sú prítomné vo všetkých materiáloch, sú atraktívne a pochádzajú z atómových a molekulárnych interakcií. Van der Waalsove sily sú spôsobené indukovanými alebo permanentnými dipólmi vytvorenými v molekulách elektrickými poľami susedných molekúl; alebo okamžitými dipólmi elektrónov okolo atómových jadier.
Tri M&M sú zlepené
Elektrostatické interakcie sú založené na vytvorení elektrickej dvojvrstvy pri kontakte dvoch materiálov. Táto interakcia vytvára elektrostatickú príťažlivú silu medzi týmito dvoma materiálmi výmenou elektrónov, ktorá sa nazýva Coulombova sila.
Fyzická priľnavosť spôsobuje, že kvapalina priľne k povrchu, na ktorom spočíva. Napríklad, keď sa voda umiestni na sklo, vytvorí sa na povrchu tenká, homogénna fólia v dôsledku adhéznych síl medzi vodou a sklom. Tieto sily pôsobia medzi molekulami skla a molekulami vody a udržiavajú vodu na povrchu skla.
Čo je to fyzická priľnavosť?
Fyzická priľnavosť je povrchová vlastnosť materiálov, ktorá im umožňuje zostať spolu pri kontakte. Je priamo úmerná energii bez povrchu (ΔE) pre prípad adhézie tuhá látka - kvapalina.
V prípade adhézie kvapalina-kvapalina alebo kvapalný plyn sa povrchová energia nazýva medzifázové alebo povrchové napätie.
Energia bez povrchu je energia potrebná na vytvorenie jednotky povrchovej plochy materiálu. Z povrchovej voľnej energie dvoch materiálov je možné vypočítať adhéziu (priľnavosť).
Adhézna práca je definovaná ako množstvo energie, ktorá je dodávaná do systému na prerušenie rozhrania a vytvorenie dvoch nových povrchov.
Čím vyššia je priľnavosť, tým väčšia je odolnosť voči oddeleniu oboch povrchov. Priľnavosť meria príťažlivú silu medzi dvoma rôznymi materiálmi, keď sú v kontakte.
rovnice
Voľná energia separácie dvoch materiálov, 1 a 2, sa rovná rozdielu medzi voľnou energiou po separácii ( konečná γ ) a voľnou energiou pred separáciou ( počiatočná y ).
AE = W 12 = konečné y - počiatočná γ = γ 1 + γ 2 - γ 12
γ 1 = povrchová energia bez povrchu 1
γ 2 = povrchová energia bez materiálu 2
Množstvo W 12 je adhézny práca, ktorá meria silu adhézie materiálov.
γ 12 = energia bez rozhrania
Ak je adhézia medzi pevným materiálom a tekutým materiálom, adhézna práca je:
W SL = γ S + γ LV - γ SL
γ S = povrchová energia získaná z pevnej látky v rovnováhe s vlastnou parou
γ LV = povrchová energia bez kvapaliny v rovnováhe s parou
W SL = priľnavosť medzi tuhým materiálom a kvapalinou
γ 12 = energia bez rozhrania
Rovnica je napísaný ako funkcia tlaku rovnovážnej (π equil ), ktorý meria silu na jednotku dĺžky molekúl adsorbovaných na rozhraní.
π equil = γ S - γ SV
γ SV = povrchová energia pevnej látky v rovnováhe s parou
W SL = π ekv. + Y SV + y LV - y SL
Nahradenie y SV - y SL = y LV cos θ C v rovnici, ktorú dostaneme
W SL = π equil + y SL (1 + cos θ C )
θ C je rovnovážna uhol kontaktu medzi pevným povrchom, kvapkou kvapaliny a pary.
Trojfázový kontaktný uhol, pevná kvapalina a plynná látka.
Rovnica meria adhéznu prácu medzi pevným povrchom a kvapalným povrchom v dôsledku adhéznej sily medzi molekulami oboch povrchov.
Príklady
Priľnavosť na pneumatikách
Fyzická priľnavosť je dôležitou charakteristikou pre hodnotenie účinnosti a bezpečnosti pneumatík. Pneumatiky bez dobrého priľnavosti nemôžu zrýchľovať, brzdiť vozidlo alebo smerovať z jedného miesta na druhé a môže dôjsť k ohrozeniu bezpečnosti vodiča.
Priľnavosť pneumatiky je spôsobená trecou silou medzi povrchom pneumatiky a povrchom vozovky. Vysoká bezpečnosť a účinnosť bude závisieť od priľnavosti k rôznym povrchom, drsným aj klzkým, a za rôznych atmosférických podmienok.
Z tohto dôvodu automobilový priemysel každý deň napreduje v získavaní vhodných konštrukcií pneumatík, ktoré umožňujú dobrú priľnavosť aj na mokrých povrchoch.
Priľnavosť leštených sklenených dosiek
Keď prídu do styku dve dosky z lešteného a navlhčeného skla, zažijú fyzickú priľnavosť, ktorá sa pozoruje v úsilí, ktoré je potrebné vynaložiť na prekonanie separačného odporu dosiek.
Molekuly vody sa viažu na molekuly hornej doštičky a tiež priľnú na spodnú doštičku, čo zabráni separácii oboch doštičiek.
Molekuly vody majú medzi sebou silnú súdržnosť, ale tiež vykazujú silnú priľnavosť k molekulám skla vďaka intermolekulárnym silám.
Adhézia dvoch dosiek na kvapalinu
Zubná priľnavosť
Príkladom fyzickej adherencie je zubný povlak prilepený na zub, ktorý sa zvyčajne umiestňuje do regeneračných zubných ošetrení. Adhézia sa prejavuje na rozhraní medzi adhéznym materiálom a štruktúrou zubov.
Účinnosť umiestnenia sklovín a dentínov v zubných tkanivách a začlenenie umelých štruktúr, ako sú keramika a polyméry, ktoré nahradia zubnú štruktúru, bude závisieť od stupňa priľnavosti použitých materiálov.
Priľnavosť cementu k štruktúram
Dobrá fyzikálna adhézia cementu na tehly, murivo, kameň alebo oceľové konštrukcie sa prejavuje vysokou schopnosťou absorbovať energiu, ktorá pochádza z normálnych a tangenciálnych síl na povrch, ktorý spája cement so štruktúrami, tj vysoká nosnosť.
Aby sa dosiahla dobrá priľnavosť, keď cement splní štruktúru, je potrebné, aby povrch, na ktorý sa cement má umiestniť, mal dostatočnú absorpciu a aby bol povrch dostatočne drsný. Nedostatočná adhézia sa prejavuje v prasklinách a oddelení prilepeného materiálu.
Referencie
- Lee, L. H. Základy adhézie. New York: Plenium Press, 1991, s. 1-150.
- Pocius, A V. Lepidlá, Kapitola 27. JE Mark. Príručka o fyzikálnych vlastnostiach polymérov. New York: Springer, 2007, s. 479-486.
- Israelachvili, J. N. Medzimolekulové a povrchové sily. San Diego, CA: Academic Press, 1992.
- Vzťah medzi adhéznymi a trecími silami. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung a Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, zv. 8, str. 1231-1249.
- Základy koloidnej a povrchovej chémie. Hiemenz, PC a Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.