FYSISK TILSLUTNING: HVA DET ER OG EKSEMPLER - FYSISK - 2026

Den fysiske vedheftingen er bindingen mellom to eller flere overflater av det samme materialet eller forskjellig materiale når den kommer i kontakt. Den er produsert av Van der Waals tiltrekningskraft og av de elektrostatiske interaksjonene som eksisterer mellom molekyler og atomer i materialer.

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

Tre M&M er limt

Elektrostatisk interaksjon er basert på dannelsen av et elektrisk dobbeltlag når to materialer kommer i kontakt. Dette samspillet produserer en elektrostatisk tiltrekningskraft mellom de to materialene ved å utveksle elektroner, kalt Coulomb-styrken.

Fysisk vedheft 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 vedheftskreftene mellom vannet og glasset. Disse kreftene virker mellom glassmolekylene og vannmolekylene, og holder vannet på overflaten av glasset.

Hva er fysisk tilslutning?

Fysisk vedlikehold er overflateegenskapene til materialer som lar dem holde sammen når de er i kontakt. Det er direkte relatert til overflatefri energi (ΔE) for fast-væske-vedheftet tilfelle.

Når det gjelder væske-væske eller væske-gass vedheft, kalles den overflatefrie energien grensesnittet eller overflatespenningen.

Overflatefri energi er energien som kreves for å generere en enhet av overflatearealet til materialet. Fra overflatefri energi fra to materialer kan vedheftingsarbeidet (vedheft) beregnes.

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

Jo større vedheftearbeid, desto større motstand mot separasjon av de to overflatene. Adhesjonsarbeid 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 den frie energien etter separasjon ( _slutt y ) og den frie energien før separasjon ( _innledende y ).

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

γ ₁ = overflatefri energi fra materiale 1

y ₂ = overflatefri energi fra materiale 2

Mengden W ₁₂ er vedheftearbeidet som måler materialenes heftfasthet.

γ ₁₂ = grensesnittfri energi

Når vedheftet er mellom et fast materiale og et flytende materiale, er vedheftingsarbeidet:

W _SL = γ _S + γ _LV - γ _SL

γ _S = overflatefri energi fra det faste stoffet i likevekt med sin egen damp

γ _LV = overflatefri energi av væsken i likevekt med damp

W _SL = heftarbeid mellom fast materiale og væske

γ ₁₂ = grensesnittfri energi

Ligningen er skrevet som en funksjon av likevektstrykket (π _likevekt ) som måler kraften per enhetslengde til de adsorberte molekylene ved grensesnittet.

π _likevekt = γ _S - γ _SV

γ _SV = overflatefri energi fra det faste stoffet i likevekt med dampen

W _SL = π _ekvivalent + γ _SV + γ _LV - γ _SL

Å erstatte γ _SV - γ _SL = γ _LV cos θ _C i ligningen vi oppnår

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

θ _C er likevektskontaktvinkelen mellom en fast overflate, en dråpe væske og damp.

Trefase kontaktvinkel, fast væske og gassformig.

Ligningen måler vedheftearbeidet mellom en fast overflate og en væskeoverflate på grunn av heftkraften mellom molekylene på begge overflater.

eksempler

Dekkgrep

Fysisk grep er en viktig egenskap for å evaluere dekkens effektivitet og sikkerhet. Uten godt grep kan ikke dekkene akselerere, bremse kjøretøyet eller bli styrt fra et sted til et annet, og førerens sikkerhet kan bli kompromittert.

Vedheftet av dekket skyldes friksjonskraften mellom dekkoverflaten og fortausflaten. Høy sikkerhet og effektivitet vil avhenge av vedheft til forskjellige overflater, både røffe og glatte, og under forskjellige atmosfæriske forhold.

Av denne grunn, fremskrider bilindustrien med å oppnå passende dekkdesign som tillater god vedheft selv på våte overflater.

Vedheft av polerte glassplater

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

Vannmolekylene binder seg til molekylene på den øvre platen og fester 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.

Vedheft av to plater med en væske

Tannheft

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

Effektiviteten i plassering av emaljer og dentiner i tannvev, og ved innarbeidelse av kunstige strukturer som keramikk og polymerer som erstatter tannstrukturen, vil avhenge av graden av vedheftelse av materialene som brukes.

Vedheft av sement til strukturer

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

For å oppnå god vedheft, når sementet møter strukturen, er det nødvendig at overflaten som sementen skal plasseres på har tilstrekkelig absorpsjon og at overflaten er tilstrekkelig grov. Mangelen på vedheft kan føre til sprekker og løsgjøring av det festede materialet.

referanser

1. Lee, L H. Fundamentals of Adhesion. New York: Plenium Press, 1991, pp. 1-150.
2. Pocius, A V. Adhesives, Chapter27. JE Mark. Fysiske egenskaper ved polymerhåndbok. New York: Springer, 2007, pp. 479-486.
3. Israelachvili, J N. Intermolekylære og overflatekrefter. San Diego, CA: Academic Press, 1992.
4. Forholdet mellom heft og friksjonskrefter. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung og Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 8, pp. 1231-1249.
5. Prinsipper for kolloid- og overflatekjemi. Hiemenz, PC og Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.