- Was ist körperliche Anhaftung?
- Gleichungen
- Beispiele
- Reifengriff
- Haftung von polierten Glasplatten
- Zahnhaftung
- Anhaftung von Zement an Strukturen
- Verweise
Die physikalische Haftung ist die Bindung zwischen zwei oder mehr Oberflächen desselben Materials oder unterschiedlichen Materials bei Kontakt. Es wird durch die Anziehungskraft von Van der Waals und durch die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen Molekülen und Atomen von Materialien erzeugt.
Van-der-Waals-Kräfte sind in allen Materialien vorhanden, attraktiv und stammen aus atomaren und molekularen Wechselwirkungen. Van-der-Waals-Kräfte sind auf die induzierten oder permanenten Dipole zurückzuführen, die in den Molekülen durch die elektrischen Felder benachbarter Moleküle erzeugt werden. oder durch die augenblicklichen Dipole der Elektronen um die Atomkerne.
Drei M & M werden geklebt
Elektrostatische Wechselwirkungen beruhen auf der Bildung einer elektrischen Doppelschicht, wenn zwei Materialien in Kontakt kommen. Diese Wechselwirkung erzeugt eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen den beiden Materialien durch Austausch von Elektronen, die als Coulomb-Kraft bezeichnet wird.
Durch physikalische Haftung haftet die Flüssigkeit an der Oberfläche, auf der sie ruht. Wenn beispielsweise Wasser auf Glas gegeben wird, bildet sich aufgrund der Adhäsionskräfte zwischen Wasser und Glas ein dünner, gleichmäßiger Film auf der Oberfläche. Diese Kräfte wirken zwischen den Glasmolekülen und den Wassermolekülen und halten das Wasser auf der Oberfläche des Glases.
Was ist körperliche Anhaftung?
Die physikalische Haftung ist die Oberflächeneigenschaft von Materialien, die es ihnen ermöglicht, bei Kontakt zusammen zu bleiben. Sie steht in direktem Zusammenhang mit der freien Oberflächenenergie (ΔE) für den Fall der Fest-Flüssig-Adhäsion.
Im Falle einer Flüssig-Flüssig- oder Flüssiggas-Adhäsion wird die freie Oberflächenenergie als Grenzflächen- oder Oberflächenspannung bezeichnet.
Freie Oberflächenenergie ist die Energie, die benötigt wird, um eine Einheit der Oberfläche des Materials zu erzeugen. Aus der freien Oberflächenenergie zweier Materialien kann die Adhäsionsarbeit (Adhäsion) berechnet werden.
Adhäsionsarbeit ist definiert als die Energiemenge, die einem System zugeführt wird, um die Grenzfläche zu durchbrechen und zwei neue Oberflächen zu erzeugen.
Je größer die Adhäsionsarbeit ist, desto größer ist die Trennfestigkeit der beiden Oberflächen. Adhäsionsarbeiten messen die Anziehungskraft zwischen zwei verschiedenen Materialien bei Kontakt.
Gleichungen
Die freie Energie der Trennung zweier Materialien, 1 und 2, ist gleich der Differenz zwischen der freien Energie nach der Trennung ( endgültiges γ ) und der freien Energie vor der Trennung ( anfängliches γ ).
ΔE = W 12 = endgültiges γ - anfängliches γ = γ 1 + γ 2 - γ 12
γ 1 = freie Oberflächenenergie von Material 1
γ 2 = freie Oberflächenenergie von Material 2
Die Menge W 12 ist die Haftarbeit, die die Haftfestigkeit der Materialien misst.
γ 12 = freie Grenzflächenenergie
Wenn die Adhäsion zwischen einem festen Material und einem flüssigen Material liegt, ist die Adhäsionsarbeit:
W SL = γ S + γ LV - γ SL
γ S = freie Oberflächenenergie des Feststoffs im Gleichgewicht mit seinem eigenen Dampf
γ LV = freie Oberflächenenergie der Flüssigkeit im Gleichgewicht mit Dampf
W SL = Adhäsionsarbeit zwischen festem Material und Flüssigkeit
γ 12 = freie Grenzflächenenergie
Die Gleichung wird als Funktion des Gleichgewichtsdrucks (π- Gleichgewicht ) geschrieben, der die Kraft pro Längeneinheit der an der Grenzfläche adsorbierten Moleküle misst.
π- Gleichgewicht = γ S - γ SV
γ SV = freie Oberflächenenergie des Feststoffs im Gleichgewicht mit dem Dampf
W SL = π- Gleichgewicht + γ SV + γ LV - γ SL
Einsetzen von γ SV - γ SL = γ LV cos θ C in die Gleichung, die wir erhalten
W SL = π- Gleichgewicht + γ SL (1 + cos θ C )
θ C ist der Gleichgewichtskontaktwinkel zwischen einer festen Oberfläche, einem Flüssigkeitstropfen und Dampf.
Dreiphasenkontaktwinkel, feste Flüssigkeit und gasförmig.
Die Gleichung misst die Adhäsionsarbeit zwischen einer festen Oberfläche und einer flüssigen Oberfläche aufgrund der Adhäsionskraft zwischen den Molekülen beider Oberflächen.
Beispiele
Reifengriff
Der physische Grip ist ein wichtiges Merkmal für die Bewertung der Effizienz und Sicherheit von Reifen. Ohne guten Grip können die Reifen nicht beschleunigen, das Fahrzeug bremsen oder von einem Ort zum anderen gelenkt werden, und die Sicherheit des Fahrers kann beeinträchtigt werden.
Die Haftung des Reifens beruht auf der Reibungskraft zwischen der Reifenoberfläche und der Fahrbahnoberfläche. Hohe Sicherheit und Effizienz hängen von der Haftung auf verschiedenen Oberflächen ab, sowohl rau als auch rutschig, und unter verschiedenen atmosphärischen Bedingungen.
Aus diesem Grund macht die Automobiltechnik jeden Tag Fortschritte bei der Erzielung geeigneter Reifendesigns, die auch auf nassen Oberflächen eine gute Haftung ermöglichen.
Haftung von polierten Glasplatten
Wenn zwei polierte und angefeuchtete Glasplatten in Kontakt kommen, erfahren sie eine physikalische Haftung, die bei der Anstrengung beobachtet wird, die angewendet werden muss, um den Trennwiderstand der Platten zu überwinden.
Die Wassermoleküle binden an die Moleküle der oberen Platte und haften ebenfalls an der unteren Platte, wodurch verhindert wird, dass sich beide Platten trennen.
Wassermoleküle haben eine starke Kohäsion miteinander, zeigen aber aufgrund intermolekularer Kräfte auch eine starke Adhäsion an Glasmolekülen.
Anhaften von zwei Platten mit einer Flüssigkeit
Zahnhaftung
Ein Beispiel für die physische Haftung ist eine Zahnbelag, die an einem Zahn haftet, der normalerweise in restaurativen Zahnbehandlungen eingesetzt wird. Die Adhäsion manifestiert sich an der Grenzfläche zwischen dem Adhäsivmaterial und der Zahnstruktur.
Die Effizienz bei der Platzierung von Emails und Dentinen in Zahngeweben und beim Einbau künstlicher Strukturen wie Keramik und Polymere, die die Zahnstruktur ersetzen, hängt vom Grad der Haftung der verwendeten Materialien ab.
Anhaftung von Zement an Strukturen
Eine gute physikalische Haftung von Zement an Ziegel-, Mauerwerks-, Stein- oder Stahlkonstruktionen äußert sich in einer hohen Fähigkeit, die Energie zu absorbieren, die von normalen und tangentialen Kräften an die Oberfläche kommt, die den Zement mit den Konstruktionen verbindet, d. H. eine hohe Tragfähigkeit.
Um eine gute Haftung zu erhalten, ist es erforderlich, dass die Oberfläche, auf die der Zement aufgebracht werden soll, ausreichend absorbiert ist und dass die Oberfläche ausreichend rau ist, wenn der Zement auf die Struktur trifft. Der Mangel an Haftung führt zu Rissen und Ablösung des anhaftenden Materials.
Verweise
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- Prinzipien der Kolloid- und Oberflächenchemie. Hiemenz, PC und Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.