FYSISK ANSLUTNING: VAD DET ÄR OCH EXEMPEL - FYSISK - 2025

Den fysiska vidhäftningen är bindningen mellan två eller flera ytor av samma material eller olika material vid kontakt. Den produceras av Van der Waals attraktionskraft och av de elektrostatiska interaktioner som finns mellan molekyler och atomer i material.

Van der Waals-krafter finns i alla material, är attraktiva och härrör från atomära och molekylära interaktioner. Van der Waals-krafter beror på de inducerade eller permanenta dipoler som skapas i molekylerna av de elektriska fälten i angränsande molekyler; eller genom de momentana dipolerna hos elektronerna runt atomkärnorna.

Tre M&M är limmade

Elektrostatiska interaktioner baseras på bildandet av ett elektriskt dubbelskikt när två material kommer i kontakt. Denna interaktion producerar en elektrostatisk dragkraft mellan de två materialen genom att byta ut elektroner, kallad Coulomb-kraften.

Fysisk vidhäftning får vätskan att fästa vid ytan som den vilar på. Till exempel när vatten placeras på glas bildas en tunn, enhetlig film på ytan på grund av vidhäftningskrafter mellan vattnet och glaset. Dessa krafter verkar mellan glasmolekylerna och vattenmolekylerna och håller vattnet på ytan av glaset.

Vad är fysisk anslutning?

Fysisk vidhäftning är ytegenskapen hos material som gör att de kan hålla sig tillsammans när de är i kontakt. Det är direkt relaterat till ytfri energi (ΔE) för fast-vätskevidhäftningsfallet.

I fallet med vätske-vätska eller vätske-gas vidhäftning kallas ytfri energi för gränsytan eller ytspänningen.

Ytfri energi är den energi som krävs för att generera en enhet av ytan på materialet. Från ytens fria energi från två material kan vidhäftningsarbetet (vidhäftning) beräknas.

Vidhäftningsarbete definieras som den mängd energi som tillförs ett system för att bryta gränssnittet och skapa två nya ytor.

Ju större vidhäftningsarbete, desto större motstånd mot separering av de två ytorna. Vidhäftningsarbete mäter attraktionskraften mellan två olika material vid kontakt.

ekvationer

Den fria energin för separering av två material, 1 och 2, är lika med skillnaden mellan den fria energin efter separering ( _slutlig y ) och den fria energin före separering ( _initial y ).

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

y ₁ = ytfri energi från material 1

y ₂ = ytfri energi för material 2

Kvantiteten W ₁₂ är vidhäftningsarbetet som mäter materialens vidhäftningsstyrka.

y ₁₂ = gränssnittsfri energi

När vidhäftningen är mellan ett fast material och ett flytande material är vidhäftningsarbetet:

W _SL = y _S + y _LV - y _SL

γ _S = ytfri energi för det fasta ämnet i jämvikt med sin egen ånga

γ _LV = ytans fri energi för vätskan i jämvikt med ånga

W _SL = vidhäftningsarbete mellan fast material och vätska

y ₁₂ = gränssnittsfri energi

Ekvationen är skriven som en funktion av jämviktstrycket (π- _jämvikt ) som mäter kraften per enhetslängd för molekylerna adsorberade vid gränssnittet.

π _jämvikt = y _S - y _SV

y _SV = ytfri energi för det fasta ämnet i jämvikt med ångan

W _SL = π _jämvikt + y _SV + y _LV - y _SL

Att ersätta γ _SV - γ _SL = γ _LV cos θ _C i den ekvation vi får

W _SL = π _equil + γ _SL (1 + cos θ _C )

θ _C är jämviktskontaktvinkeln mellan en fast yta, en droppe vätska och ånga.

Trefas kontaktvinkel, fast vätska och gasformig.

Ekvationen mäter vidhäftningsarbetet mellan en fast yta och en vätskeyta på grund av vidhäftningskraften mellan molekylerna på båda ytorna.

exempel

Däckgrepp

Fysiskt grepp är en viktig egenskap för att utvärdera däckens effektivitet och säkerhet. Utan bra grepp kan däcken inte accelerera, bromsa fordonet eller styras från en plats till en annan, och förarens säkerhet kan äventyras.

Däckets vidhäftning beror på friktionskraften mellan däckytan och trottoarytan. Hög säkerhet och effektivitet kommer att bero på vidhäftning till olika ytor, både grova och hala, och i olika atmosfäriska förhållanden.

Av detta skäl fortsätter biltekniken att nå lämpliga däckkonstruktioner som tillåter god vidhäftning även på våta ytor.

Vidhäftning av polerade glasplattor

När två polerade och fuktade glasplattor kommer i kontakt, upplever de en fysisk vidhäftning som observeras i ansträngningen som måste appliceras för att övervinna plattans separationsmotstånd.

Vattenmolekylerna binder till molekylerna på den övre plattan och vidhäftar på samma sätt den nedre plattan och förhindrar att båda plattorna separeras.

Vattenmolekyler har stark sammanhållning med varandra men uppvisar också stark vidhäftning med glasmolekyler på grund av intermolekylära krafter.

Vidhäftning av två plattor med en vätska

Dental vidhäftning

Ett exempel på fysisk vidhäftning är en tandplack vidhäftad på en tand som vanligtvis placeras i återställande tandbehandlingar. Vidhäftning manifesterar sig vid gränssnittet mellan det vidhäftande materialet och tandstrukturen.

Effektiviteten i placeringen av emaljer och dentiner i tandvävnader och införlivandet av konstgjorda strukturer såsom keramik och polymerer som ersätter tandstrukturen kommer att bero på graden av vidhäftning av de använda materialen.

Vidhäftning av cement till strukturer

En god fysisk vidhäftning av cement till tegel-, mur-, sten- eller stålkonstruktioner manifesteras i en hög kapacitet att absorbera energin som kommer från normala och tangentiella krafter till ytan som förenar cementen med strukturerna, dvs. en hög kapacitet att bära laster.

För att få god vidhäftning, när cementet möter strukturen, är det nödvändigt att ytan på vilken cementet ska placeras har tillräcklig absorption och att ytan är tillräckligt grov. Brist på vidhäftning resulterar i sprickor och lossning av det vidhäftade materialet.

referenser

1. Lee, L H. Fundamentals of Adhesion. New York: Plenium Press, 1991, sid. 1-150.
2. Pocius, A V. Lim, kapitel27. JE Mark. Polymers Handbooks fysiska egenskaper. New York: Springer, 2007, pp. 479-486.
3. Israelachvili, J N. Intermolekylära och ytkrafter. San Diego, CA: Academic Press, 1992.
4. Förhållandet mellan vidhäftnings- och friktionskrafterna. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung och Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 8, pp. 1231-1249.
5. Principer för kolloid- och ytkemi. Hiemenz, PC och Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.