Wat is die verskil tussen oppervlakvrye energie en oppervlakenergie?Op die ou end is dit 'n suiwer semantiese vraag.Oppervlakvrye energie is die vrye energie in 'n spesifieke ruimte (materiaaloppervlak).In die suiwerste sin van termodinamika verwys vrye energie na die energie wat gebruik kan word om te werk, effekte te veroorsaak en iets te laat gebeur.Die oppervlakvrye energie hou verband met die energie wat op die oppervlak van die materiaal gedoen kan word.
Vir vervaardigers en enigiemand wat betrokke is by adhesie, skoonmaak, binding, bedekkings, ink en verfformulerings, verseëling of enige ander proses wat die interaksie van oppervlaktes met ander oppervlaktes of hul omgewing behels, word die oppervlakvrye energie gewoonlik verkort tot net Oppervlakenergie.
Oppervlaktes is van kritieke belang vir al die prosesse hierbo gelys, en selfs al het dit 'n direkte impak op die prestasie van produkvervaardigers in alle industrieë, word dit dikwels nie gemeet nie en dus nie beheer nie.
Beheer van die oppervlak in vervaardiging verwys na die beheer van die oppervlak-energie van die materiale wat gebruik word.
Die oppervlak is saamgestel uit molekules wat chemies met mekaar in wisselwerking is en die molekules wat die oppervlak van ander materiale vorm waarmee hulle in aanraking kom.Ten einde die oppervlak-energie te verander, moet dit verstaan word dat daardie molekules verwyder kan word deur skoonmaak en behandeling, vervang of andersins gemanipuleer kan word om verskillende vlakke van oppervlak-energie te produseer en die gewenste resultate te bereik.Om die oppervlak-energie te beheer, moet dit deur die hele proses van verandering van die oppervlakchemie gemeet word om te bepaal wanneer en met hoeveel.Sodoende kan die presiese hoeveelheid nodige oppervlak-energie op die gepaste tyd tydens die adhesie- of skoonmaakproses verkry word.
Om te verstaan hoe molekules die werk doen om sterk bindings te bou en oppervlaktes chemies skoon te maak, moet ons die aantrekkingskrag verstaan wat die molekules saamtrek en die totale vrye energie van die beskikbare oppervlak uitmaak.
Wanneer ons praat oor die energie van die oppervlak, praat ons van die vermoë van daardie oppervlak om werk te doen.Letterlik, dit is die vermoë van die oppervlak om molekules te beweeg - hierdie beweging vereis energie.Dit is belangrik om te onthou dat 'n oppervlak en die molekules waaruit die oppervlak bestaan dieselfde is.Sonder molekules is daar geen oppervlak nie.As daar geen energie is nie, kan hierdie molekules nie die werk van adsorbering op die gom voltooi nie, so daar is geen binding nie.
Daarom is werk direk eweredig aan energie.Meer werk verg meer energie.Verder, as jy meer energie het, sal jou werk toeneem.Die vermoë van 'n molekule om te funksioneer kom van sy aantrekkingskrag na ander molekules.Hierdie aantrekkingskragte kom van verskeie verskillende maniere waarop molekules interaksie het.
Fundamenteel is molekules in wisselwerking omdat hulle positief en negatief gelaaide molekules het, en hulle trek teenoorgestelde ladings tussen die molekules aan.’n Wolk elektrone dryf om die molekule.As gevolg van hierdie voortdurend bewegende elektrone, het die molekule 'n veranderlike lading in 'n molekule van 'n gegewe area.As alle molekules 'n eenvormige lading rondom hulle het, sal geen molekules mekaar aantrek nie.Stel jou twee kogellagers voor, elke kogellager het 'n eenvormige verspreiding van elektrone op sy oppervlak.Nie een sal mekaar aantrek nie, want hulle het albei 'n negatiewe lading en geen positiewe lading kan aangetrek word nie.
Gelukkig is hierdie elektroniese wolke in die regte wêreld in konstante beweging, en daar is areas met positiewe of negatiewe ladings op enige oomblik.As jy op enige tydstip twee molekules met ewekansig gelaaide elektrone rondom hulle het, sal hulle 'n bietjie aantrekkingskrag tussen hulle hê.Die krag wat gegenereer word deur die ewekansige herverdeling van positiewe en negatiewe ladings in die elektronwolk rondom die molekule word die dispersiekrag genoem.
Hierdie kragte is baie swak.Ongeag die struktuur of samestelling van die molekule, is daar 'n verspreidingskrag tussen alle molekules, wat direk teenoorgesteld is van die polêre krag wat deur die struktuur van die molekule gegenereer word.
Die dispersiekrag is byvoorbeeld die enigste krag wat tussen stikstofmolekules bestaan.By kamertemperatuur is stikstof 'n soort gas, want die verspreidingskrag is te swak, dit kan nie termiese vibrasie weerstaan selfs by die mees matige temperatuur nie, en dit kan nie die stikstofmolekules bymekaar hou nie.Eers wanneer ons amper al die hitte-energie verwyder deur dit af te koel tot onder -195°C, word die stikstof vloeibaar.Sodra die termiese energie voldoende verminder is, kan die swakker dispersiekrag die termiese vibrasie oorkom en die stikstofmolekules saamtrek om 'n vloeistof te vorm.
As ons na water kyk, is die molekulêre grootte en massa daarvan soortgelyk aan dié van stikstof, maar die struktuur en samestelling van watermolekules verskil van dié van stikstof.Aangesien water 'n baie polêre molekule is, sal die molekules mekaar baie sterk aantrek, en die water sal vloeibaar bly totdat die temperatuur van die water bo 100°C styg.By hierdie temperatuur oorwin die hitte-energie die molekulêre Met die polêre kragte wat bymekaar gehou word, word die water 'n gas.
Die belangrikste punt om te verstaan is die verskil in sterkte tussen die dispersiekrag en die polêre krag wat molekules na mekaar toe aantrek.Wanneer ons praat oor die oppervlak-energie wat deur hierdie aantreklike kragte geproduseer word, hou dit asseblief in gedagte.
Verspreide oppervlak-energie is deel van die oppervlak-energie, wat gegenereer word deur die verspreiding van elektronwolke in molekules op die oppervlak van die materiaal.Die totale oppervlakte-energie is 'n aantreklike uitdrukking van die aantrekking van molekules na mekaar.Verspreide oppervlakenergieë is deel van die totale energie, selfs al is dit swak en wisselende komponente.
Vir verskillende materiale is die verspreide oppervlak-energie verskillend.Hoogs aromatiese polimere (soos polistireen) het baie benseenringe en relatief groot oppervlak-energie-verspreidende komponente.Net so, omdat hulle 'n groot aantal heteroatome (soos chloor) bevat, het PVC ook 'n relatief groot verspreide oppervlak-energie-komponent in hul totale oppervlak-energie.
Daarom hang die rol van verspreidingsenergie in die vervaardigingsproses af van die materiale wat gebruik word.Aangesien die verspreidingskrag egter skaars van die spesifieke molekulêre struktuur afhang, is die manier om hulle te beheer baie beperk.
Die interaksie van verstrooide elektrondefleksie gebaseer op hierdie fluktuasies is nie die enigste manier waarop molekules met mekaar in wisselwerking kan tree nie.As gevolg van sekere strukturele kenmerke wat ander aantrekkingskragte tussen molekules skep, kan molekules met ander molekules in wisselwerking tree.Daar is baie maniere om hierdie ander kragte te klassifiseer, soos suur-basis-interaksies, waar molekules interaksie het deur hul vermoë om elektrone te aanvaar of te skenk.
Sommige molekules het strukturele kenmerke wat permanente dipole produseer, wat beteken dat, benewens die ewekansige verspreiding van elektrone om die molekule, sommige dele van die molekule altyd meer positief of negatief is as ander.Hierdie permanente dipole is aantrekliker as dispersiewe interaksies.
As gevolg van hul struktuur het sommige molekules permanent gelaaide streke wat óf positief óf negatief gelaai is.Polêre oppervlak-energie is 'n komponent van oppervlak-energie, wat veroorsaak word deur die aantrekking van hierdie ladings tussen molekules.
Ons kan alle nie-verspreidende interaksies maklik konsentreer onder die beskerming van polêre interaksies.
Die dispersie-eienskappe van 'n molekule is 'n funksie van die grootte van die molekule, veral hoeveel elektrone en protone teenwoordig is.Ons het nie veel beheer oor die aantal elektrone en protone nie, wat ons vermoë beperk om die verspreidingskomponent van oppervlakenergie te beheer.
Die polêre komponent hang egter af van die posisie van protone en elektrone - die vorm van die molekule.Ons kan die verspreiding van elektrone en protone verander deur behandelingsmetodes soos koronabehandeling en plasmabehandeling.Dit is soortgelyk aan hoe ons die vorm van blokklei kan verander, maar dit sal altyd dieselfde kwaliteit behou.
Polêre kragte is baie belangrik omdat hulle deel is van die oppervlakenergie wat ons beheer wanneer ons oppervlakbehandelings uitvoer.Dipool-dipool-aantrekking is die oorsaak van sterk adhesie tussen die meeste kleefmiddels, verf en ink en oppervlaktes.Deur skoonmaak, vlambehandeling, korona-behandeling, plasmabehandeling of enige ander vorm van oppervlakbehandeling kan ons die polêre komponent van oppervlakenergie fundamenteel verhoog en sodoende adhesie verbeter.
Deur dieselfde kant van die IPA-vee twee keer op dieselfde oppervlak te gebruik, kan slegs lae-energie-stowwe op die oppervlak ingebring word om die polêre komponent van die oppervlak-energie onbedoeld te verminder.Daarbenewens kan die oppervlak oorbehandel wees, wat oppervlak-energie vervlugtig en verminder.Wanneer die oppervlak glad nie geproduseer word nie, sal die polêre komponent van die oppervlak-energie ook verander.’n Skoon bergingsoppervlak lok molekules in die omgewing, insluitend verpakkingsmateriaal.Dit verander die molekulêre landskap van die oppervlak en kan die oppervlak-energie verminder.
Ons kan skaars die grootte van die verspreiding beheer.Hierdie kragte is basies vas, en daar is min waarde om die verspreidingskrag te probeer verander as 'n manier om oppervlakkwaliteit te beheer om betroubare adhesie tydens die vervaardigingsproses te verkry.
Wanneer ons die oppervlak ontwerp of verander, ontwerp ons die eienskappe van die polêre komponent van die oppervlak-energie.Daarom, as ons 'n oppervlakbehandelingsproses wil ontwikkel om die oppervlak van die materiaal te beheer, dan wil ons die polêre samestelling van die oppervlak beheer.
Oppervlakvrye energie is die som van alle individuele kragte wat tussen molekules inwerk.Daar is 'n paar formules vir oppervlakvrye energie.As ons besluit om alle nie-verspreidende kragte as polêre kragte te behandel, is die berekening van oppervlakvrye energie eenvoudig.Die formule is:
In die vervaardiging van betroubare produkte, oppervlakbehandeling, skoonmaak en voorbereiding, is die oppervlakvrye energie dieselfde as die oppervlakenergie.
As gevolg van die produksievereistes betrokke by verskeie prosesse, soos die adhesieprestasie van die voeg, die behoorlike adhesie van die ink op die plastiek of die coatingprestasie van die "selfreinigende" deklaag op die slimfoonskerm, hang alles af van die beheer van die oppervlak eienskappe.Daarom is dit baie belangrik om die oppervlak-energie te verstaan as 'n gevolg van die vervaardigingskonsep.
Oppervlakenergie kom van die verskillende maniere waarop molekules mekaar aantrek.Die polêre interaksies tussen molekules is die belangrikste vir die adhesie- en skoonmaakproses, want hierdie molekulêre-vlak interaksies is die molekulêre interaksies wat ons die meeste kan beheer deur middel van oppervlakbehandeling, slyp, skuur, skoonmaak, afvee of enige ander oppervlakvoorbereidingsmetodes.
Kennis van polariteit en dispersiesamestelling en oppervlakspanning is baie belangrik vir die ontwikkeling van kleefmiddels, ink en bedekkings.Vir produkte wat met kleefmiddels, ink, verf en bedekkings vervaardig word, hoef ons egter gewoonlik net aandag te gee aan die polêre komponent van die oppervlak-energie, want dit is een wat deur die vervaardigingsproses beïnvloed word.
Die meting van totale oppervlakte-energie is 'n relatief komplekse en foutgevoelige proses.Die kontakhoek van 'n enkele vloeistof soos water word egter feitlik geheel en al deur die polêre komponent van die oppervlak-energie bepaal.Deur dus die hoek te meet wat geproduseer word deur die hoogte van 'n druppel water op die oppervlak, kan ons met ongelooflike akkuraatheid weet hoe die polêre komponent van die oppervlak-energie verander.Oor die algemeen, hoe hoër die oppervlak-energie, hoe kleiner is die hoek wat veroorsaak word deur die waterdruppels wat so aangetrek word en versprei of benat word.Lae oppervlak-energie sal veroorsaak dat water kraal en krimp in klein borrels op die oppervlak, wat 'n groter kontakhoek vorm.Die konsekwentheid van hierdie kontakhoekmeting hou verband met oppervlakenergie en dus aan adhesieprestasie, wat vervaardigers 'n betroubare en herhaalbare manier bied om die sterkte van hul produkte te verseker.
Om meer te wete te kom oor die beheer van die vervaardigingsproses om meer voorspelbare resultate te behaal, laai ons gratis e-boek af: Verifieer voorspelbare adhesie in vervaardiging deur die proses.Hierdie e-boek is jou gids tot prosesmonitering deur gebruik te maak van voorspellende analise, 'n proses wat alle raaiwerk oor die handhawing van oppervlakkwaliteit deur die hele bindingsproses uitskakel.
Postyd: 29-Mrt-2021