FYYSINEN SITOUTUMINEN: MIKÄ SE ON JA ESIMERKKEJÄ - FYYSINEN - 2026

Fyysinen adheesio on sitova kahden tai useamman pinnan samasta materiaalista tai eri materiaalista, kun yhteyttä. Sitä tuottavat Van der Waalsin vetovoima ja materiaalien molekyylien ja atomien väliset sähköstaattiset vuorovaikutukset.

Van der Waals -voimat ovat läsnä kaikissa materiaaleissa, ovat houkuttelevia ja ovat peräisin atomien ja molekyylien vuorovaikutuksista. Van der Waals -voimat johtuvat indusoiduista tai pysyvistä dipoleista, jotka muodostuvat molekyyleissä naapurimolekyylien sähkökenttien avulla; tai atomien ytimien ympärillä olevien elektronien hetkellisillä dipoleilla.

Kolme M&M on liimattu

Sähköstaattiset vuorovaikutukset perustuvat sähköisen kaksoiskerroksen muodostumiseen, kun kaksi materiaalia joutuvat kosketukseen. Tämä vuorovaikutus tuottaa sähköstaattisen vetovoiman kahden materiaalin välillä vaihtamalla elektroneja, nimeltään Coulomb-voima.

Fysikaalinen tarttuminen aiheuttaa nesteen tarttumisen pintaan, jolla se lepää. Esimerkiksi, kun vettä laitetaan lasille, pinnalle muodostuu ohut, tasainen kalvo veden ja lasin välisten tartuntavoimien vuoksi. Nämä voimat toimivat lasimolekyylien ja vesimolekyylien välillä pitäen veden lasin pinnalla.

Mikä on fyysinen sitoutuminen?

Fyysinen tarttuvuus on materiaalien pintaominaisuus, jonka avulla ne voivat pysyä yhdessä kosketuksessa. Se liittyy suoraan pintavapaaseen energiaan (ΔE) kiinteän nesteen tarttumistapauksessa.

Neste-neste- tai neste-kaasu-tarttumisen tapauksessa pintavapaata energiaa kutsutaan rajapinta- tai pintajännitykseksi.

Pintavapaa energia on energiaa, joka tarvitaan materiaalin pinta-alayksikön tuottamiseksi. Kahden materiaalin pintavapaasta energiasta voidaan laskea tartunnan (tartunnan) työ.

Tartuntatyö määritellään energian määränä, joka syötetään järjestelmään rajapinnan rikkomiseksi ja kahden uuden pinnan luomiseksi.

Mitä suurempi tartuntatyö, sitä suurempi vastustuskyky kahden pinnan erottelulle. Tartuntatyö mittaa vetovoimaa kahden eri materiaalin välillä, kun ne ovat kosketuksessa.

yhtälöt

Kahden materiaalin, 1 ja 2, erotuksen vapaa energia on yhtä suuri kuin erotuksen jälkeisen vapaan energian (_lopullinen γ) ja vapaan energian, joka erottuu ennen erotusta (_alku- y) välinen ero.

ΔE = W ₁₂ = _lopullinen γ - _alku γ = γ ₁ + γ ₂ - γ ₁₂

γ ₁ = materiaalin 1 pintavapaa energia

γ ₂ = materiaalin 2 pintavapaa energia

Määrä W ₁₂ on tartuntatyö, joka mittaa materiaalien tarttuvuuslujuutta.

γ ₁₂ = rajapinnan vapaa energia

Kun tarttuvuus on kiinteän ja nestemäisen materiaalin välillä, tartuntatyö on:

W _SL = γ _S + γ _LV - γ _SL

γ _S = kiinteän aineen pintavapaa energia tasapainossa oman höyrynsä kanssa

γ _LV = nesteen pintavapaa energia tasapainossa höyryn kanssa

W _SL = kiinteän aineen ja nesteen välinen tartuntatyö

γ ₁₂ = rajapinnan vapaa energia

Yhtälö kirjoitetaan tasapainon (π _tasapainon) funktiona, joka mittaa rajapinnalla adsorboituneiden molekyylien voimaa pituusyksikköä kohti.

π _equil = γ _S - γ _SV

γ _SV = kiinteän aineen pintavapaa energia tasapainossa höyryn kanssa

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

Korvaamalla γ _SV - γ _SL = γ _LV cos θ _C saadussa yhtälössä

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

θ _C on tasapainoinen kosketuskulma kiinteän pinnan, nestepisaran ja höyryn välillä.

Kolmivaiheinen kosketuskulma, kiinteä neste ja kaasumainen.

Kaava mittaa kiinteän pinnan ja nestemäisen pinnan välistä tarttumistoimintaa johtuen molempien pintojen molekyylien välisestä tarttuvuusvoimasta.

esimerkit

Renkaan pito

Fysikaalinen pito on tärkeä ominaisuus renkaiden tehokkuuden ja turvallisuuden arvioinnissa. Ilman hyvää pitoa renkaat eivät voi kiihdyttää, jarruttaa ajoneuvoa tai ohjata paikasta toiseen, ja kuljettajan turvallisuus voi vaarantua.

Renkaan tarttuvuus johtuu renkaan pinnan ja jalkakäytävän pinnan välisestä kitkavoimasta. Korkea turvallisuus ja tehokkuus riippuvat kiinnittymisestä erilaisiin pintoihin, sekä karkeisiin että liukkaisiin ja erilaisissa ilmakehän olosuhteissa.

Tästä syystä autoteollisuus etenee päivittäin hankkimalla sopivat rengasmallit, jotka sallivat hyvän tartunnan jopa märillä pinnoilla.

Kiillotettujen lasilevyjen kiinnittyminen

Kun kaksi kiillotettua ja kostutettua lasilevyä joutuvat kosketuksiin, he kokevat fyysisen tarttuvuuden, joka havaitaan pyrkimyksissä, jotka on tehtävä levyjen erotusvastuksen voittamiseksi.

Vesimolekyylit sitoutuvat ylemmän levyn molekyyleihin ja samalla tavoin kiinni alalevyyn estäen molempien levyjen irtoamista.

Vesimolekyyleillä on vahva koheesio toistensa kanssa, mutta ne osoittavat myös vahvan tarttuvuuden lasimolekyyleihin molekyylien välisten voimien vuoksi.

Kahden levyn tarttuminen nesteellä

Hampaiden tarttuminen

Esimerkki fyysisestä tarttumisesta on hampaan muisti, joka kiinnitetään hampaaseen, joka yleensä asetetaan korjaaviin hammashoitoihin. Tartunta ilmenee liima-aineen ja hampaan rakenteen välisessä rajapinnassa.

Emalojen ja dentiinien sijoittamisen hammaskudoksiin ja keinotekoisten rakenteiden, kuten hammasrakenteen korvaavien keraamien ja polymeerien, sisällyttämisen tehokkuus riippuu käytettyjen materiaalien tarttumisasteesta.

Sementin tarttuminen rakenteisiin

Sementin hyvä fysikaalinen tarttuvuus tiili-, muuraus-, kivi- tai teräsrakenteisiin ilmenee suurena kapasiteettina absorboida energiaa, joka tulee normaalista ja tangentiaalisesta voimasta pintaan, joka yhdistää sementin rakenteiden kanssa, ts. korkea kantokyky kantaa kuormia.

Hyvän tarttuvuuden saavuttamiseksi, kun sementti kohtaa rakenteen, on välttämätöntä, että pinta, johon sementti asetetaan, absorboi riittävästi ja pinta on riittävän karkea. Tarttuvuuden puute johtaa halkeamiin ja kiinnittyneen materiaalin irtoamiseen.

Viitteet

1. Lee, L H. Tarttuvuuden perusteet. New York: Plenium Press, 1991, ss. 1-150.
2. Pocius, A V. Liimat, luku 27. JE Mark. Polymeerien käsikirja. New York: Springer, 2007, ss. 479-486.
3. Israelachvili, J N. Molekyyliset ja pintavoimat. San Diego, CA: Academic Press, 1992.
4. Tarttuvuus- ja kitkavoimien suhde. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung ja Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, osa 8, ss. 1231-1249.
5. Kolloidi- ja pintakemian periaatteet. Hiemenz, PC ja Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.