FYZICKÁ ADHERENCE: CO TO JE A PŘÍKLADY - FYZICKÝ - 2025

Fyzikální adheze je vazba mezi dvěma nebo více povrchů ze stejného materiálu nebo jiného materiálu při kontaktu. Je produkována přitažlivostí Van der Waals a elektrostatickými interakcemi, které existují mezi molekulami a atomy materiálů.

Van der Waalsovy síly jsou přítomny ve všech materiálech, jsou atraktivní a pocházejí z atomových a molekulárních interakcí. Van der Waalsovy síly jsou způsobeny indukovanými nebo permanentními dipóly vytvořenými v molekulách elektrickými poli sousedních molekul; nebo okamžitými dipóly elektronů kolem atomových jader.

Tři M&M jsou slepeny

Elektrostatické interakce jsou založeny na vytvoření elektrické dvojité vrstvy, když dva materiály přicházejí do styku. Tato interakce vytváří elektrostatickou přitažlivou sílu mezi dvěma materiály výměnou elektronů, nazývanou Coulombova síla.

Fyzická přilnavost způsobí, že kapalina ulpívá na povrchu, na kterém spočívá. Například, když je voda umístěna na sklo, vytvoří se na povrchu tenká, rovnoměrná fólie v důsledku adhezních sil mezi vodou a sklem. Tyto síly působí mezi molekulami skla a molekulami vody a udržují vodu na povrchu skla.

Co je to fyzická přilnavost?

Fyzická přilnavost je povrchová vlastnost materiálů, která jim umožňuje zůstat spolu při kontaktu. Je přímo úměrná energii bez povrchové energie (ΔE) pro případ adheze pevná látka-kapalina.

V případě adheze kapalina-kapalina nebo kapalný plyn se povrchová volná energie nazývá mezifázové nebo povrchové napětí.

Energie bez povrchů je energie potřebná k vytvoření jednotky povrchové plochy materiálu. Z povrchové volné energie dvou materiálů lze vypočítat adhezi (přilnavost).

Adhezní práce je definována jako množství energie dodávané do systému k přerušení rozhraní a vytvoření dvou nových povrchů.

Čím větší je přilnavost, tím větší je odolnost vůči oddělení obou povrchů. Adhezní práce měří přitažlivou sílu mezi dvěma různými materiály, když jsou ve styku.

Rovnice

Volná energie separace dvou materiálů, 1 a 2, se rovná rozdílu mezi volnou energií po separaci (_konečné γ) a volnou energií před separací (_{počáteční} γ).

AE = W ₁₂ = _konečné y - _{počáteční} γ = γ ₁ + γ ₂ - γ ₁₂

γ ₁ = povrchová energie materiálu 1

γ ₂ = povrchová volná energie materiálu 2

Množství W ₁₂ je adhezní prací, která měří adhezní pevnost materiálů.

γ ₁₂ = mezifázová volná energie

Když je adheze mezi pevným materiálem a kapalným materiálem, je adhezní práce:

W _SL = γ _S + γ _LV - γ _SL

γ _S = povrchová volná energie pevné látky v rovnováze s vlastní parou

γ _LV = povrchová volná energie kapaliny v rovnováze s párou

W _SL = adhezní práce mezi pevným materiálem a kapalinou

γ ₁₂ = mezifázová volná energie

Rovnice je psána jako funkce rovnovážného tlaku (π _ekvil), který měří sílu na jednotku délky molekul adsorbovaných na rozhraní.

π _equil = γ _S - γ _SV

γ _SV = povrchová volná energie pevné látky v rovnováze s párou

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

Nahrazení γ _SV - γ _SL = γ _LV cos θ _C v rovnici, kterou dostaneme

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

θ _C je rovnovážná úhel kontaktu mezi pevným povrchem, kapkou kapaliny a páry.

Třífázový kontaktní úhel, pevná kapalina a plynná.

Rovnice měří adhezní práci mezi pevným povrchem a kapalným povrchem v důsledku adhezní síly mezi molekulami obou povrchů.

Příklady

Přilnavost pneumatik

Fyzická přilnavost je důležitou charakteristikou pro hodnocení účinnosti a bezpečnosti pneumatik. Bez dobrého sevření nemohou pneumatiky zrychlit, zabrzdit vozidlo nebo řídit z jednoho místa na druhé a bezpečnost řidiče může být ohrožena.

Adheze pneumatiky je způsobena třecí silou mezi povrchem pneumatiky a povrchem vozovky. Vysoká bezpečnost a účinnost bude záviset na přilnavosti k různým povrchům, drsným i kluzkým, a za různých atmosférických podmínek.

Z tohoto důvodu každý den automobilový průmysl postupuje v získávání vhodných konstrukcí pneumatik, které umožňují dobrou přilnavost i na mokrých površích.

Přilnavost leštěných skleněných desek

Když se dostanou do styku dvě leštěné a navlhčené skleněné desky, dochází k fyzické adhezi, která je pozorována ve snaze, která musí být použita k překonání separačního odporu desek.

Molekuly vody se vážou k molekulám horní desky a rovněž ulpívají na spodní desce, což brání separaci obou desek.

Molekuly vody mají silnou soudržnost mezi sebou, ale také vykazují silnou adhezi se skleněnými molekulami díky mezimolekulárním silám.

Přilnavost dvou desek kapalinou

Zubní adheze

Příkladem fyzické adherence je zubní plak přilnutý k zubu, který je obvykle umístěn do restorativních zubních ošetření. Adheze se projevuje na rozhraní mezi adhezivním materiálem a strukturou zubu.

Účinnost umísťování sklovin a dentinů v zubních tkáních a začlenění umělých struktur, jako jsou keramika a polymery, které nahrazují zubní strukturu, bude záviset na stupni adherence použitých materiálů.

Přilnavost cementu ke strukturám

Dobrá fyzikální přilnavost cementu k cihlovým, zděným, kamenným nebo ocelovým konstrukcím se projevuje ve vysoké kapacitě absorbovat energii, která pochází z normálních a tangenciálních sil na povrch, který spojuje cement se strukturami, tj. vysoká nosnost.

Aby se dosáhlo dobré přilnavosti, když cement splňuje strukturu, je nutné, aby povrch, na který má být cement umístěn, měl dostatečnou absorpci a aby byl povrch dostatečně drsný. Nedostatek přilnavosti má za následek praskliny a oddělení přilepeného materiálu.

Reference

1. Lee, L H. Základy adheze. New York: Plenium Press, 1991, pp. 1-150.
2. Pocius, A V. Lepidla, Kapitola 27. JE Mark. Příručka fyzických vlastností polymerů. New York: Springer, 2007, str. 479-486.
3. Israelachvili, J N. Mezimolekulární a povrchové síly. San Diego, CA: Academic Press, 1992.
4. Vztah mezi adhezními a třecími silami. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung a Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, sv. 8, str. 1231-1249.
5. Základy koloidní a povrchové chemie. Hiemenz, PC a Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.