У чым розніца паміж павярхоўнай свабоднай энергіяй і павярхоўнай энергіяй?У канчатковым рахунку, гэта чыста семантычнае пытанне.Павярхоўная свабодная энергія - гэта свабодная энергія ў пэўнай прасторы (паверхні матэрыялу).У самым чыстым сэнсе тэрмадынамікі свабодная энергія адносіцца да энергіі, якая можа быць выкарыстана для працы, выклікання эфектаў і прымусу чагосьці адбывацца.Павярхоўная свабодная энергія звязана з энергіяй, якая можа быць зроблена на паверхні матэрыялу.
Для вытворцаў і ўсіх, хто займаецца адгезіяй, ачысткай, склейваннем, нанясеннем пакрыццяў, чарнілаў і фарбаў, герметызацыяй або любым іншым працэсам, звязаным з узаемадзеяннем паверхняў з іншымі паверхнямі або навакольным асяроддзем, свабодная энергія паверхні звычайна скарачаецца да проста павярхоўнай энергіі.
Паверхні маюць вырашальнае значэнне для ўсіх працэсаў, пералічаных вышэй, і нават калі яны аказваюць непасрэдны ўплыў на прадукцыйнасць вытворцаў прадукцыі ва ўсіх галінах, яны часта не вымяраюцца і, такім чынам, не кантралююцца.
Кантроль паверхні ў вытворчасці адносіцца да кантролю павярхоўнай энергіі выкарыстоўваных матэрыялаў.
Паверхня складаецца з малекул, якія хімічна ўзаемадзейнічаюць адна з адной, і малекул, якія складаюць паверхню іншых матэрыялаў, з якімі яны ўступаюць у кантакт.Каб змяніць павярхоўную энергію, трэба разумець, што гэтыя малекулы можна выдаліць шляхам ачысткі і апрацоўкі, замяніць або іншым чынам маніпуляваць для атрымання розных узроўняў павярхоўнай энергіі і дасягнення жаданых вынікаў.Каб кантраляваць павярхоўную энергію, яе трэба вымяраць на працягу ўсяго працэсу змены хімічнага складу паверхні, каб вызначыць, калі і на колькі.Такім чынам можна атрымаць дакладную колькасць неабходнай павярхоўнай энергіі ў адпаведны час у працэсе адгезіі або ачысткі.
Каб зразумець, як малекулы выконваюць працу па будаўніцтве трывалых сувязяў і хімічнай ачыстцы паверхняў, нам трэба зразумець прыцягненне, якое збліжае малекулы і складае агульную свабодную энергію даступнай паверхні.
Калі мы гаворым пра энергію паверхні, мы гаворым пра здольнасць гэтай паверхні выконваць працу.Літаральна, гэта здольнасць паверхні перамяшчаць малекулы - гэты рух патрабуе энергіі.Важна памятаць, што паверхня і малекулы, якія складаюць паверхню, аднолькавыя.Без малекул няма паверхні.Калі энергіі няма, гэтыя малекулы не могуць завяршыць працу адсорбцыі на клеі, таму не адбываецца сувязі.
Такім чынам, праца прама прапарцыйная энергіі.Больш працы патрабуе больш энергіі.Больш за тое, калі ў вас будзе больш энергіі, ваша праца павялічыцца.Здольнасць малекулы функцыянаваць адбываецца ад яе прыцягнення да іншых малекул.Гэтыя сілы прыцягнення паходзяць з некалькіх розных спосабаў узаемадзеяння малекул.
Па сутнасці, малекулы ўзаемадзейнічаюць, таму што яны маюць станоўча і адмоўна зараджаныя малекулы, і яны прыцягваюць супрацьлеглыя зарады паміж малекуламі.Вакол малекулы плыве воблака электронаў.З-за гэтых электронаў, якія пастаянна рухаюцца, малекула мае зменны зарад у малекуле дадзенай плошчы.Калі ўсе малекулы маюць аднастайны зарад вакол сябе, ніякія малекулы не будуць прыцягваць адна адну.Уявіце сабе два шарыкападшыпніка, кожны шарыкападшыпнік мае раўнамернае размеркаванне электронаў на паверхні.Ні адзін не будзе прыцягваць адзін аднаго, таму што яны абодва маюць адмоўны зарад, і ніякі станоўчы зарад не можа быць прыцягнуты.
На шчасце, у рэальным свеце гэтыя электронныя аблокі знаходзяцца ў бесперапынным руху, і ў любы момант з'яўляюцца вобласці з станоўчым або адмоўным зарадам.Калі вакол вас у любы момант часу ёсць дзве малекулы з выпадкова зараджанымі электронамі, паміж імі будзе невялікае прыцягненне.Сіла, якая ствараецца выпадковым пераразмеркаваннем станоўчых і адмоўных зарадаў у электронным воблаку вакол малекулы, называецца сілай дысперсіі.
Гэтыя сілы вельмі слабыя.Незалежна ад структуры або складу малекулы, паміж усімі малекуламі існуе дысперсійная сіла, якая прама супрацьлеглая палярнай сіле, якая ствараецца структурай малекулы.
Напрыклад, дысперсійная сіла - гэта адзіная сіла, якая існуе паміж малекуламі азоту.Пры пакаёвай тэмпературы азот з'яўляецца свайго роду газам, таму што дыспергуючая сіла занадта слабая, ён не можа супрацьстаяць цеплавым ваганням нават пры самай умеранай тэмпературы і не можа ўтрымліваць малекулы азоту разам.Толькі калі мы выдаляем амаль усю цеплавую энергію, астуджаючы яе ніжэй за -195°C, азот становіцца вадкім.Пасля таго, як цеплавая энергія значна зніжаецца, больш слабая дысперсійная сіла можа пераадолець цеплавую вібрацыю і сцягнуць малекулы азоту разам з адукацыяй вадкасці.
Калі мы паглядзім на ваду, яе малекулярны памер і маса падобныя на малекулы азоту, але структура і склад малекул вады адрозніваюцца ад малекул азоту.Паколькі вада - вельмі палярная малекула, малекулы будуць вельмі моцна прыцягваць адна адну, і вада будзе заставацца вадкай, пакуль тэмпература вады не падымецца вышэй за 100°C.Пры гэтай тэмпературы цеплавая энергія пераадольвае малекулярную. З палярнымі сіламі, якія ўтрымліваюцца разам, вада становіцца газам.
Ключавым момантам для разумення з'яўляецца розніца ў сіле паміж дысперсійнай сілай і палярнай сілай, якая прыцягвае малекулы адна да адной.Калі мы гаворым пра павярхоўную энергію, якую ствараюць гэтыя сілы прыцягнення, майце гэта на ўвазе.
Дысперсная павярхоўная энергія - гэта частка павярхоўнай энергіі, якая ўтвараецца ў выніку рассейвання электронных аблокаў у малекулах на паверхні матэрыялу.Поўная павярхоўная энергія з'яўляецца прывабным выразам прыцягнення малекул адна да адной.Дысперсныя паверхневыя энергіі з'яўляюцца часткай агульнай энергіі, нават калі яны з'яўляюцца слабымі і вагальнымі кампанентамі.
Для розных матэрыялаў дысперсная павярхоўная энергія розная.Высокаараматычныя палімеры (напрыклад, полістырол) маюць шмат бензольных кольцаў і адносна вялікія кампаненты, якія дыспергуюць паверхневую энергію.Аналагічным чынам, паколькі яны ўтрымліваюць вялікую колькасць гетэраатамаў (напрыклад, хлору), ПВХ таксама мае адносна вялікі кампанент дысперснай павярхоўнай энергіі ў іх агульнай павярхоўнай энергіі.
Такім чынам, роля энергіі дысперсіі ў працэсе вытворчасці залежыць ад выкарыстоўваных матэрыялаў.Аднак, паколькі дысперсійная сіла практычна не залежыць ад канкрэтнай малекулярнай структуры, спосаб кіравання імі вельмі абмежаваны.
Узаемадзеянне адхілення рассеяных электронаў, заснаванае на гэтых флуктуацыях, - не адзіны спосаб узаемадзеяння малекул адна з адной.З-за пэўных структурных асаблівасцей, якія ствараюць іншыя сілы прыцягнення паміж малекуламі, малекулы могуць узаемадзейнічаць з іншымі малекуламі.Ёсць шмат спосабаў класіфікаваць гэтыя іншыя сілы, такія як кіслотна-шчолачныя ўзаемадзеянні, калі малекулы ўзаемадзейнічаюць праз іх здольнасць прымаць або аддаваць электроны.
Некаторыя малекулы маюць структурныя асаблівасці, якія ствараюць пастаянныя дыполі, што азначае, што, у дадатак да выпадковай дысперсіі электронаў вакол малекулы, некаторыя часткі малекулы заўсёды больш станоўчыя або адмоўныя, чым іншыя.Гэтыя пастаянныя дыполі больш прывабныя, чым дысперсіўныя ўзаемадзеянні.
З-за сваёй структуры некаторыя малекулы маюць пастаянна зараджаныя вобласці, якія зараджаныя станоўча або адмоўна.Палярная павярхоўная энергія - гэта кампанент павярхоўнай энергіі, які абумоўлены прыцягненнем гэтых зарадаў паміж малекуламі.
Мы можам лёгка сканцэнтраваць усе недысперсійныя ўзаемадзеянні пад абаронай палярных узаемадзеянняў.
Дысперсійныя ўласцівасці малекулы залежаць ад памеру малекулы, асабліва ад колькасці электронаў і пратонаў.Мы не маем асаблівага кантролю над колькасцю электронаў і пратонаў, што абмяжоўвае нашу здольнасць кантраляваць дысперсійны кампанент павярхоўнай энергіі.
Аднак палярны кампанент залежыць ад становішча пратонаў і электронаў - формы малекулы.Мы можам змяніць размеркаванне электронаў і пратонаў з дапамогай такіх метадаў апрацоўкі, як апрацоўка каронным разрадам і апрацоўка плазмай.Гэта падобна на тое, як мы можам змяніць форму глінянага блока, але ён заўсёды будзе захоўваць аднолькавую якасць.
Палярныя сілы вельмі важныя, таму што яны з'яўляюцца часткай павярхоўнай энергіі, якой мы кіруем падчас апрацоўкі паверхні.Дыполь-дыпольнае прыцягненне з'яўляецца прычынай моцнай адгезіі паміж большасцю клеяў, фарбаў і чарнілаў і паверхнямі.Дзякуючы ачыстцы, апрацоўцы полымем, апрацоўцы каронным разрадам, плазменнай апрацоўцы або любой іншай форме апрацоўкі паверхні, мы можам істотна павялічыць палярны кампанент павярхоўнай энергіі, тым самым паляпшаючы адгезію.
Выкарыстоўваючы адзін і той жа бок сурвэткі IPA двойчы на адной і той жа паверхні, на паверхню можна ўводзіць толькі рэчывы з нізкай энергіяй, каб ненаўмысна паменшыць палярны кампанент павярхоўнай энергіі.Акрамя таго, паверхня можа быць празмерна апрацавана, што прыводзіць да выпарэння і памяншэння павярхоўнай энергіі.Калі паверхня не ствараецца наогул, палярны кампанент павярхоўнай энергіі таксама зменіцца.Чыстая паверхня для захоўвання прыцягвае малекулы навакольнага асяроддзя, у тым ліку ўпаковачных матэрыялаў.Гэта змяняе малекулярны ландшафт паверхні і можа паменшыць павярхоўную энергію.
Мы наўрад ці можам кантраляваць памер дысперсіі.Гэтыя сілы ў асноўным фіксаваныя, і спроба змяніць дысперсійную сілу ў якасці сродку кантролю якасці паверхні для дасягнення надзейнай адгезіі падчас вытворчага працэсу не мае вялікага значэння.
Калі мы праектуем або мадыфікуем паверхню, мы распрацоўваем уласцівасці палярнага кампанента павярхоўнай энергіі.Такім чынам, калі мы хочам распрацаваць працэс апрацоўкі паверхні для кантролю паверхні матэрыялу, то мы хочам кантраляваць палярны склад паверхні.
Павярхоўная свабодная энергія - гэта сума ўсіх асобных сіл, якія дзейнічаюць паміж малекуламі.Ёсць некалькі формул для павярхоўнай свабоднай энергіі.Калі мы вырашылі разглядаць усе недысперсійныя сілы як палярныя сілы, разлік павярхоўнай свабоднай энергіі просты.Формула:
Пры вытворчасці надзейных прадуктаў, апрацоўцы паверхні, ачыстцы і падрыхтоўцы павярхоўная свабодная энергія такая ж, як і павярхоўная энергія.
У сувязі з вытворчымі патрабаваннямі, звязанымі з рознымі працэсамі, такімі як адгезія злучэння, правільнае прыліпанне чарнілаў да пластыка або характарыстыкі пакрыцця «самаачышчальнага» пакрыцця на экране смартфона, усё залежыць ад кантролю уласцівасцяў паверхні.Такім чынам, вельмі важна разумець павярхоўную энергію як следства канцэпцыі вытворчасці.
Павярхоўная энергія паходзіць ад розных спосабаў прыцягнення малекул адна да адной.Палярныя ўзаемадзеянні паміж малекуламі з'яўляюцца найбольш важнымі для працэсу адгезіі і ачысткі, таму што гэтыя ўзаемадзеянні на малекулярным узроўні з'яўляюцца малекулярнымі ўзаемадзеяннямі, якія мы можам найбольш кантраляваць з дапамогай апрацоўкі паверхні, шліфоўкі, шліфоўкі, ачысткі, працірання або любых іншых метадаў падрыхтоўкі паверхні.
Веданне палярнасці і дысперсійнага складу і павярхоўнага нацяжэння вельмі важна для распрацоўкі клеяў, чарнілаў і пакрыццяў.Аднак для прадуктаў, вырабленых з выкарыстаннем клеяў, чарнілаў, фарбаў і пакрыццяў, звычайна трэба звяртаць увагу толькі на палярны кампанент павярхоўнай энергіі, таму што менавіта на яго ўплывае вытворчы працэс.
Вымярэнне агульнай павярхоўнай энергіі з'яўляецца адносна складаным і схільным да памылак працэсам.Аднак кантактны вугал такой вадкасці, як вада, амаль цалкам вызначаецца палярным кампанентам павярхоўнай энергіі.Такім чынам, вымяраючы вугал, створаны вышынёй кроплі вады на паверхні, мы можам з дзіўнай дакладнасцю ведаць, як змяняецца палярны кампанент павярхоўнай энергіі.Як правіла, чым вышэй павярхоўная энергія, тым меншы кут, выкліканы прыцягненнем і распаўсюджваннем або змочваннем кропель вады.Нізкая павярхоўная энергія прывядзе да таго, што вада будзе шарыкавацца і сціскацца ў дробныя бурбалкі на паверхні, утвараючы большы кут кантакту.Адпаведнасць гэтага вымярэння вугла кантакту звязана з павярхоўнай энергіяй і, такім чынам, з характарыстыкамі адгезіі, што дае вытворцам надзейны і паўтаральны спосаб забяспечыць трываласць іх прадукцыі.
Каб даведацца больш аб кіраванні вытворчым працэсам для дасягнення больш прадказальных вынікаў, запампуйце нашу бясплатную электронную кнігу: Праверце прадказальную адгезію ў працэсе вытворчасці.Гэтая электронная кніга - ваша кіраўніцтва па маніторынгу працэсаў з выкарыстаннем прагнастычнай аналітыкі, працэсу, які выключае ўсе здагадкі аб захаванні якасці паверхні на працягу ўсяго працэсу склейвання.
Час публікацыі: 29 сакавіка 2021 г