 | Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )
|
Дисперсионная адгезия , также называемая адгезией, представляет собой механизм адгезии, который приписывает силы притяжения между двумя материалами межмолекулярным взаимодействиям между молекулами каждого материала. Этот механизм широко рассматривается как самый важный из пяти механизмов адгезии из-за его присутствия в каждом типе адгезивной системы и его относительной прочности. [1]
Источник дисперсионного притяжения адгезии [ править ]
Источником адгезионных сил, согласно механизму дисперсионной адгезии, являются слабые взаимодействия, которые происходят между молекулами, расположенными близко друг к другу. [2] Эти взаимодействия включают лондонские дисперсионные силы , силы Кизома, силы Дебая и водородные связи . По отдельности эти притяжения не очень сильны, но, если их суммировать по большей части материала, они могут стать значительными.
Лондонская дисперсия [ править ]
Лондонские дисперсионные силы возникают из-за мгновенных диполей между двумя неполярными молекулами, расположенными близко друг к другу. Случайный характер электронной орбиты допускает моменты, когда распределение заряда в молекуле распределяется неравномерно, обеспечивая электростатическое притяжение к другой молекуле с помощью временного диполя . Более крупная молекула допускает больший диполь и, следовательно, будет иметь более сильные дисперсионные силы.
Кисом [ править ]
Силы Кизома, также известные как диполь-дипольные взаимодействия , возникают в результате того, что две молекулы имеют постоянные диполи из-за разницы в электроотрицательности между атомами в молекуле. Этот диполь вызывает кулоновское притяжение между двумя молекулами.
Дебай [ править ]
Силы Дебая или диполь-индуцированные дипольные взаимодействия также могут играть роль в дисперсионной адгезии. Они возникают, когда неполярная молекула становится временно поляризованной из-за взаимодействия с соседней полярной молекулой. Этот «индуцированный диполь» в неполярной молекуле затем притягивается к постоянному диполю, создавая притяжение Дебая.
Водородная связь [ править ]
Водородные связи, иногда объединяемые в химический механизм адгезии, могут повысить прочность сцепления за счет дисперсионного механизма. [3] Водородная связь возникает между молекулами с атомом водорода, присоединенным к небольшому электроотрицательному атому, например, фтора , кислорода или азота . Эта связь по природе полярна: атом водорода получает небольшой положительный заряд, а другой атом становится слегка отрицательным. Две молекулы или даже две функциональные группы в одной большой молекуле могут быть притянуты друг к другу посредством сил Кизома.
Факторы, влияющие на прочность сцепления [ править ]
Сила адгезии за счет дисперсионного механизма зависит от множества факторов, включая химическую структуру молекул, входящих в адгезивную систему, степень смачивания друг друга покрытий и шероховатость поверхности на границе раздела .
Химический состав [ править ]
Химическая структура материалов, входящих в данную адгезивную систему, играет большую роль в адгезии системы в целом, поскольку структура определяет тип и силу присутствующих межмолекулярных взаимодействий. При прочих равных, более крупные молекулы, которые испытывают более высокие дисперсионные силы, будут иметь большую адгезионную силу, чем меньшие молекулы того же основного химического отпечатка. Точно так же полярные молекулы будут обладать силами Кизома и Дебая, которых не испытывают неполярные молекулы аналогичного размера. Соединения, которые могут связывать водород через адгезионную поверхность, будут иметь еще большую адгезионную прочность.
Смачивание [ править ]
Смачивание - это мера термодинамической совместимости двух поверхностей. Если поверхности хорошо согласованы, поверхности будут «желать» взаимодействовать друг с другом, сводя к минимуму поверхностную энергию обеих фаз, и поверхности войдут в тесный контакт. [4] Поскольку межмолекулярное притяжение сильно коррелирует с расстоянием, чем ближе взаимодействующие молекулы находятся вместе, тем сильнее притяжение. Таким образом, два материала, которые хорошо смачиваются и имеют большую площадь соприкасающейся поверхности, будут иметь более сильное межмолекулярное притяжение и большую адгезионную силу из-за механизма диспергирования.
Шероховатость [ править ]
Шероховатость поверхности также может повлиять на прочность сцепления. Поверхности с шероховатостью в масштабе 1–2 микрометра могут обеспечить лучшее смачивание, поскольку они имеют большую площадь поверхности. Таким образом, может возникать больше межмолекулярных взаимодействий на более близких расстояниях, что приводит к более сильному притяжению и большей прочности сцепления. Как только шероховатость становится больше, порядка 10 микрометров, покрытие перестает эффективно смачиваться, что приводит к меньшей площади контакта и меньшей прочности сцепления. [5]
Макроскопическая форма [ править ]
Адгезионная прочность зависит также от размера и макроскопической формы клеевого контакта. Когда жесткий штамп ( жаргон ) с плоским, но странной формы лицом осторожно снимается с его мягкого аналога, отслоение не происходит мгновенно. Вместо этого фронты отсоединения начинаются с острых углов и перемещаются внутрь, пока не будет достигнута окончательная конфигурация. [6] Основным параметром, определяющим прочность сцепления плоских контактов, является максимальный линейный размер контакта. Процесс отрыва можно наблюдать экспериментально и в фильме. [ требуется разъяснение ] [7]
В системах преобладает дисперсионная адгезия [ править ]
Все материалы, даже те, которые обычно не классифицируются как адгезивы, испытывают влечение к другим материалам просто из-за дисперсионных сил. Во многих ситуациях эти достопримечательности тривиальны; однако дисперсионная адгезия играет доминирующую роль в различных адгезивных системах, особенно когда присутствуют множественные формы межмолекулярного притяжения. Экспериментальными методами было показано, что дисперсионный механизм адгезии играет большую роль в общей адгезии полимерных систем, в частности. [8] [9]
См. Также [ править ]
- Адгезия
- Межмолекулярная сила
- Силы Ван-дер-Ваальса
- Водородная связь
Ссылки [ править ]
- ^ Ли, LH; Адгезивное соединение, Plenum Press, Нью-Йорк. 1991, 19.
- ^ Пробуждение, туалет; Полимер. 1978, 19, 291-308.
- ^ Фаукс, FM; J. Adhes. Sci. и Тех. 1987, 1, 7-27.
- ^ Каммер, HW; Acta Polymerica. 1983, 34, 112–118.
- ^ Дженнингс, CW; J. Adhes. 1972, 4, 25-4.
- ^ Попов, Валентин Л .; Похрт, Роман; Ли, Цян (2017-09-01). «Прочность клеевых контактов: влияние геометрии контакта и градиента материала» . Трение . 5 (3): 308–325. DOI : 10.1007 / s40544-017-0177-3 .
- ^ Friction Physics (2017-12-06), Science friction: Adhesion of complex form , извлечено 2018-01-03.
- ^ Кинлох, AJ; J. Adhes. 1979, 10, 193–219.
- ^ Gledhill, RA и др .; J. Adhes. 1980, 11, 3–15.
