Fysisk overholdelse hva den består av og eksempler

De fysisk overholdelse Det er foreningen mellom to eller flere overflater av samme materiale eller av forskjellig materiale når de kommer i kontakt. Den er produsert av Van der Waals tiltrekningskraft og av de elektrostatiske interaksjoner som eksisterer mellom molekylene og atomer av materialer.

Van der Waals-krefter er tilstede i alle materialer, er attraktive og stammer fra atom- og molekylære interaksjoner. Van der Waals-krefter skyldes induserte eller permanente dipoler skapt i molekylene av de elektriske feltene i nabomolekylene; eller ved de øyeblikkelige dipolene til elektronene rundt atomkjernene.

Elektrostatiske interaksjoner er basert på dannelsen av et elektrisk dobbeltlag når to materialer kommer i kontakt. Denne interaksjonen produserer en elektrostatisk tiltrekningskraft mellom de to materialene, ved å utveksle elektroner, kalt Coulomb-kraften..

Fysisk overholdelse gjør at væsken fester seg til overflaten den hviler på. For eksempel når vann plasseres på glass, dannes en tynn, jevn film på overflaten på grunn av vedheftningskreftene mellom vannet og glasset. Disse kreftene virker mellom glassmolekylene og vannmolekylene, og holder vannet på overflaten av glasset..

Artikkelindeks

• 1 Hva er fysisk overholdelse?
  • 1.1 Ligninger
• 2 Eksempler
  • 2.1 Dekkgrep
  • 2.2 Vedheft av polerte glassplater
  • 2.3 Tannbinding
  • 2.4 Vedheft av sement til konstruksjoner
• 3 Referanser

Hva er fysisk overholdelse?

Fysisk overholdelse er overflateegenskapen til materialer som gjør at de kan holde sammen når de er i kontakt. Det er direkte relatert til overflaten fri energi (ΔE) for tilfelle av fast-væske vedheft.

I tilfelle væske-væske eller væske-gass vedheft, kalles overflatefri energi grensesnitt- eller overflatespenning.

Overflatfri energi er energien som kreves for å generere en enhet av overflateareal av materialet. Fra overflatefri energi fra to materialer kan vedheftingsarbeidet (overholdelse) beregnes.

Vedheftingsarbeid er definert som mengden energi som tilføres et system for å bryte grensesnittet og skape to nye overflater..

Jo større vedheftingsarbeidet er, jo større motstand mot separasjon av de to overflatene. Vedheftingsarbeid måler tiltrekningskraften mellom to forskjellige materialer når de er i kontakt.

Ligninger

Den frie energien for separasjon av to materialer, 1 og 2, er lik forskjellen mellom fri energi etter separasjon (γ_endelig) og fri energi før separasjon (γ_første).

ΔE = W₁₂ = γ_endelig - γ_første = γ₁ + γ_to - γ₁₂          [1]

γ₁ = overflatefri energi av materiale 1

γ_to = overflatefri energi av materiale 2

Mengden W₁₂ er vedheftingsarbeidet som måler vedheftningsstyrken til materialer.

γ₁₂ = grensefri energi

Når adhesjonen er mellom et fast materiale og et flytende materiale, er adhesjonsarbeidet:

W_SL = γ_S + γ_LV - γ_SL          [to]

γ_S = overflatefri energi til det faste stoffet i likevekt med sin egen damp

γ_LV= overflaten fri energi av væsken i likevekt med damp

W_SL = adhesjonsarbeid mellom fast materiale og væske

γ₁₂ = grensefri energi

Ligning [2] er skrevet som en funksjon av likevektstrykk (π_likevekt) som måler kraften per lengdeenhet av molekylene adsorbert ved grensesnittet.

π_likevekt = γ_S - γ_SV          [3]

γ_SV= overflatefri energi til det faste stoffet i likevekt med dampen

W_SL = π_likevekt + γ_SV + γ_LV - γ_SL          [4]

Når du erstatter γ_SV - γ_SL =   γ_LV cos θ_C i ligning [4] får vi

      W_SL = π_likevekt + γ_SL(1 + cos θ_C )        [5]

θ_C er likevektskontaktvinkelen mellom en solid overflate, en dråpe væske og damp.

Ligning [5] måler adhesjonsarbeidet mellom en fast overflate og en flytende overflate på grunn av adhesjonskraften mellom molekylene på begge overflater..

Eksempler

Dekkgrep

Fysisk grep er en viktig egenskap for å evaluere effektiviteten og sikkerheten til dekk. Uten godt grep kan ikke dekkene akselerere, bremse kjøretøyet eller styres fra ett sted til et annet, og førerens sikkerhet kan bli kompromittert.

Vedheftet til dekket skyldes friksjonskraften mellom dekkflaten og fortauflaten. Høy sikkerhet og effektivitet vil avhenge av overholdelse av forskjellige overflater, både ujevne og glatte, og i forskjellige atmosfæriske forhold..

Av denne grunn fremskrider bilteknikk hver dag med å oppnå passende dekkdesign som tillater god vedheft selv på våte underlag..

Vedheft av polerte glassplater

Når to polerte og fuktede glassplater kommer i kontakt, opplever de en fysisk overholdelse som observeres i arbeidet som må påføres for å overvinne separasjonsmotstanden til platene..

Vannmolekylene binder seg til molekylene i den øvre platen og holder seg også til den nedre platen, og forhindrer at begge platene skilles fra hverandre..

Vannmolekyler har sterk kohesjon med hverandre, men viser også sterk vedheft med glassmolekyler på grunn av intermolekylære krefter..

Tannadhesjon

Et eksempel på fysisk vedheft er en tannplakk festet til en tann som vanligvis plasseres i gjenopprettende tannbehandlinger. Vedheft manifesterer seg ved grensesnittet mellom limmaterialet og tannstrukturen.

Effektiviteten i plasseringen av emaljer og dentiner i tannvev, og i inkorporering av kunstige strukturer som keramikk og polymerer som erstatter tannstrukturen, vil avhenge av graden av overholdelse av materialene som brukes.

Vedheft av sement til konstruksjoner

God fysisk vedheft av sement til murstein, mur, stein eller stålkonstruksjoner manifesteres i en høy kapasitet til å absorbere energien som kommer fra normale og tangensielle belastninger til overflaten som forbinder sementen med konstruksjonene, det vil si i høy belastning- bære kapasitet.

For å oppnå god vedheft, når sementen er bundet til strukturen, er det nødvendig at overflaten som sementen skal plasseres på har tilstrekkelig absorpsjon og at overflaten er tilstrekkelig grov. Mangel på vedheft resulterer i sprekker og løsrivelse av det klebende materialet.

Referanser

1. Lee, L H. Fundamentals of Adhesion. New York: Plenium Press, 1991, s. 1-150.
2. Pocius, A V. Lim, kapittel 27. [aut. bok] J E Mark. Fysiske egenskaper til polymerhåndbok. New York: Springer, 2007, s. 479-486.
3. Israelachvili, J N. Intermolekylære og overflatekrefter. San Diego, CA: Academic Press, 1992.
4. Forholdet mellom vedheft og friksjonskrefter. Israelachvili, J N, Chen, You-Lung and Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 8, pp. 1231-1249.
5. Prinsipper for kolloid og overflatekjemi. Hiemenz, P C og Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.