úhlový korálek

Jaký je rozdíl mezi povrchovou volnou energií a povrchovou energií?V konečném důsledku je to otázka čistě sémantická.Povrchová volná energie je volná energie v určitém prostoru (povrchu materiálu).V nejčistším smyslu termodynamiky se volná energie vztahuje k energii, která může být použita k práci, vyvolání účinků a uskutečnění něčeho.Povrchová volná energie souvisí s energií, která může být provedena na povrchu materiálu.
Pro výrobce a kohokoli, kdo se zabývá adhezí, čištěním, lepením, nátěry, inkousty a formulacemi barev, těsněním nebo jakýmkoli jiným procesem zahrnujícím interakci povrchů s jinými povrchy nebo jejich prostředím, je volná povrchová energie obvykle zkrácena pouze na povrchovou energii.
Povrchy jsou kritické pro všechny výše uvedené procesy, a i když mají přímý dopad na výkonnost výrobců produktů ve všech průmyslových odvětvích, často nejsou měřeny, a proto nejsou kontrolovány.
Řízení povrchu ve výrobě se týká řízení povrchové energie použitých materiálů.
Povrch je složen z molekul, které spolu chemicky interagují, a molekul, které tvoří povrch jiných materiálů, se kterými přicházejí do styku.Aby se změnila povrchová energie, je třeba chápat, že tyto molekuly mohou být odstraněny čištěním a ošetřením, nahrazeny nebo jinak upraveny tak, aby produkovaly různé úrovně povrchové energie a dosáhly požadovaných výsledků.Aby bylo možné regulovat povrchovou energii, musí být měřena během procesu změny chemického složení povrchu, aby bylo možné určit, kdy a o kolik.Tímto způsobem lze získat přesné množství potřebné povrchové energie ve vhodnou dobu během procesu adheze nebo čištění.
Abychom pochopili, jak molekuly dělají práci při vytváření silných vazeb a chemickém čištění povrchů, musíme porozumět přitažlivosti, která přitahuje molekuly k sobě a tvoří celkovou volnou energii dostupného povrchu.
Když mluvíme o energii povrchu, mluvíme o schopnosti tohoto povrchu konat práci.Doslova jde o schopnost povrchu pohybovat molekulami – tento pohyb vyžaduje energii.Je důležité si uvědomit, že povrch a molekuly, které tvoří povrch, jsou stejné.Bez molekul není povrch.Pokud není energie, tyto molekuly nemohou dokončit práci adsorbce na lepidle, takže nedochází k žádné vazbě.
Práce je tedy přímo úměrná energii.Více práce vyžaduje více energie.Navíc, pokud máte více energie, vaše práce se zvýší.Schopnost molekuly fungovat pochází z její přitažlivosti k jiným molekulám.Tyto přitažlivé síly pocházejí z několika různých způsobů interakce molekul.
V zásadě molekuly interagují, protože mají kladně a záporně nabité molekuly a mezi molekulami přitahují opačné náboje.Kolem molekuly se vznáší oblak elektronů.Kvůli těmto neustále se pohybujícím elektronům má molekula proměnlivý náboj v molekule dané oblasti.Pokud mají všechny molekuly kolem sebe jednotný náboj, žádné molekuly se nebudou vzájemně přitahovat.Představte si dvě kuličková ložiska, každé kuličkové ložisko má na svém povrchu rovnoměrné rozložení elektronů.Ani jeden se nebude přitahovat, protože oba mají záporný náboj a žádný kladný náboj nelze přitahovat.
Naštěstí v reálném světě jsou tyto elektronické mraky v neustálém pohybu a v každém okamžiku existují oblasti s kladným nebo záporným nábojem.Pokud máte dvě molekuly s náhodně nabitými elektrony kolem sebe v libovolném okamžiku, budou mezi nimi trochu přitažlivé.Síla generovaná náhodným přerozdělením kladných a záporných nábojů v elektronovém oblaku kolem molekuly se nazývá disperzní síla.
Tyto síly jsou velmi slabé.Bez ohledu na strukturu nebo složení molekuly existuje mezi všemi molekulami disperzní síla, která je přímo opačná k polární síle generované strukturou molekuly.
Například disperzní síla je jediná síla, která existuje mezi molekulami dusíku.Při pokojové teplotě je dusík druh plynu, protože rozptylová síla je příliš slabá, nemůže odolat tepelným vibracím ani při nejmírnější teplotě a nedokáže udržet molekuly dusíku pohromadě.Teprve když odstraníme téměř všechnu tepelnou energii ochlazením pod -195°C, stane se dusík kapalným.Jakmile je tepelná energie dostatečně snížena, může slabší disperzní síla překonat tepelné vibrace a přitáhnout molekuly dusíku k sobě za vzniku kapaliny.
Pokud se podíváme na vodu, její molekulová velikost a hmotnost jsou podobné jako u dusíku, ale struktura a složení molekul vody se liší od molekul dusíku.Protože voda je velmi polární molekula, molekuly se budou navzájem velmi silně přitahovat a voda zůstane kapalná, dokud teplota vody nevystoupí nad 100 °C.Při této teplotě tepelná energie překonává molekulární S polárními silami drženými pohromadě se voda stává plynem.
Klíčovým bodem k pochopení je rozdíl v síle mezi disperzní silou a polární silou, která k sobě molekuly přitahuje.Když mluvíme o povrchové energii produkované těmito přitažlivými silami, mějte to prosím na paměti.
Rozptýlená povrchová energie je součástí povrchové energie, která vzniká rozptylem elektronových mraků v molekulách na povrchu materiálu.Celková povrchová energie je atraktivním vyjádřením vzájemné přitažlivosti molekul.Rozptýlené povrchové energie jsou součástí celkové energie, i když jde o slabé a kolísavé složky.
U různých materiálů je rozptýlená povrchová energie různá.Vysoce aromatické polymery (jako je polystyren) mají mnoho benzenových kruhů a relativně velké složky rozptylující povrchovou energii.Podobně, protože PVC obsahuje velké množství heteroatomů (jako je chlor), má také relativně velkou složku rozptýlené povrchové energie v jejich celkové povrchové energii.
Proto role disperzní energie ve výrobním procesu závisí na použitých materiálech.Protože však disperzní síla téměř nezávisí na specifické molekulární struktuře, je způsob, jak ji ovládat, velmi omezený.
Interakce vychýlení rozptýlených elektronů na základě těchto fluktuací není jediným způsobem vzájemné interakce molekul.Kvůli určitým strukturálním rysům, které vytvářejí další přitažlivé síly mezi molekulami, mohou molekuly interagovat s jinými molekulami.Existuje mnoho způsobů, jak klasifikovat tyto další síly, jako jsou acidobazické interakce, kdy molekuly interagují prostřednictvím své schopnosti přijímat nebo darovat elektrony.
Některé molekuly mají strukturní rysy, které vytvářejí trvalé dipóly, což znamená, že kromě náhodného rozptylu elektronů kolem molekuly jsou některé části molekuly vždy pozitivnější nebo zápornější než jiné.Tyto permanentní dipóly jsou atraktivnější než disperzní interakce.
Vzhledem ke své struktuře mají některé molekuly trvale nabité oblasti, které jsou buď kladně nebo záporně nabité.Polární povrchová energie je součástí povrchové energie, která je způsobena přitahováním těchto nábojů mezi molekulami.
Všechny nedisperzní interakce můžeme snadno soustředit pod ochranu polárních interakcí.
Disperzní vlastnosti molekuly jsou funkcí velikosti molekuly, zejména počtu přítomných elektronů a protonů.Nemáme moc pod kontrolou počet elektronů a protonů, což omezuje naši schopnost řídit disperzní složku povrchové energie.
Polární složka však závisí na poloze protonů a elektronů – tvaru molekuly.Můžeme změnit distribuci elektronů a protonů pomocí léčebných metod, jako je úprava korónou a úprava plazmou.Je to podobné, jako můžeme měnit tvar blokové hlíny, ale vždy si zachová stejnou kvalitu.
Polární síly jsou velmi důležité, protože jsou součástí povrchové energie, kterou řídíme, když provádíme povrchové úpravy.Dipól-dipól přitažlivost je příčinou silné adheze mezi většinou lepidel, barev a inkoustů a povrchů.Čištěním, plamenem, koronou, plazmou nebo jakoukoli jinou formou povrchové úpravy dokážeme zásadně zvýšit polární složku povrchové energie, a tím zlepšit přilnavost.
Použitím stejné strany utěrky IPA dvakrát na stejný povrch mohou být na povrch zavedeny pouze nízkoenergetické látky, které nechtěně sníží polární složku povrchové energie.Kromě toho může být povrch přepracován, což těká a snižuje povrchovou energii.Když se povrch vůbec nevytváří, změní se i polární složka povrchové energie.Čistý úložný povrch přitahuje molekuly v prostředí, včetně obalových materiálů.To mění molekulární krajinu povrchu a může snížit povrchovou energii.
Velikost rozptylu můžeme jen stěží ovlivnit.Tyto síly jsou v zásadě fixní a nemá cenu se pokoušet změnit disperzní sílu jako prostředek kontroly kvality povrchu pro dosažení spolehlivé adheze během výrobního procesu.
Když navrhujeme nebo upravujeme povrch, navrhujeme vlastnosti polární složky povrchové energie.Pokud tedy chceme vyvinout proces povrchové úpravy pro kontrolu povrchu materiálu, pak chceme kontrolovat polární složení povrchu.
Povrchová volná energie je součtem všech jednotlivých sil působících mezi molekulami.Existuje několik vzorců pro povrchovou volnou energii.Pokud se rozhodneme považovat všechny nedisperzní síly za polární síly, je výpočet volné povrchové energie jednoduchý.Vzorec je:
Při výrobě spolehlivých produktů, povrchové úpravě, čištění a přípravě je povrchová volná energie stejná jako povrchová energie.
Vzhledem k výrobním požadavkům souvisejícím s různými procesy, jako je adhezní výkon spoje, správná adheze inkoustu na plast nebo výkon „samočisticí“ vrstvy na obrazovce smartphonu, vše závisí na ovládání. vlastností povrchu.Proto je velmi důležité chápat povrchovou energii jako důsledek výrobní koncepce.
Povrchová energie pochází z různých způsobů, jak se molekuly vzájemně přitahují.Polární interakce mezi molekulami jsou nejdůležitější pro proces adheze a čištění, protože tyto interakce na molekulární úrovni jsou molekulární interakce, které můžeme nejvíce ovládat úpravou povrchu, broušením, broušením, čištěním, stíráním nebo jinými metodami přípravy povrchu.
Znalost polarity a disperzního složení a povrchového napětí je velmi důležitá pro vývoj lepidel, barev a nátěrů.U výrobků vyráběných pomocí lepidel, inkoustů, barev a nátěrů však obvykle musíme věnovat pozornost pouze polární složce povrchové energie, protože je ovlivněna výrobním procesem.
Měření celkové povrchové energie je poměrně složitý proces náchylný k chybám.Avšak kontaktní úhel jediné kapaliny, jako je voda, je téměř zcela určen polární složkou povrchové energie.Změřením úhlu vytvořeného výškou kapky vody na povrchu tedy můžeme s úžasnou přesností poznat, jak se mění polární složka povrchové energie.Obecně platí, že čím vyšší je povrchová energie, tím menší je úhel způsobený tak přitahováním kapiček vody a jejich šířením nebo smáčením.Nízká povrchová energie způsobí, že se voda srazí a stáhne se do malých bublinek na povrchu, čímž se vytvoří větší kontaktní úhel.Konzistence tohoto měření kontaktního úhlu souvisí s povrchovou energií, a tedy s adhezí, což výrobcům poskytuje spolehlivý a opakovatelný způsob, jak zajistit pevnost jejich výrobků.
Chcete-li se dozvědět více o řízení výrobního procesu za účelem dosažení předvídatelnějších výsledků, stáhněte si naši bezplatnou e-knihu: Ověřte předvídatelnou adhezi ve výrobě prostřednictvím procesu.Tato e-kniha je vaším průvodcem monitorováním procesu pomocí prediktivní analýzy, což je proces, který eliminuje veškeré dohady o zachování kvality povrchu během procesu lepení.