vinkelperle

Hvad er forskellen mellem overfladefri energi og overfladeenergi?I sidste ende er dette et rent semantisk spørgsmål.Overfladefri energi er den frie energi i et bestemt rum (materialeoverflade).I termodynamiks reneste betydning refererer fri energi til den energi, der kan bruges til at arbejde, forårsage virkninger og få noget til at ske.Den frie overfladeenergi er relateret til den energi, der kan laves på materialets overflade.
For producenter og enhver, der er involveret i vedhæftning, rengøring, limning, belægninger, blæk og malingsformuleringer, forsegling eller enhver anden proces, der involverer vekselvirkning mellem overflader og andre overflader eller deres miljø, er den overfladefri energi normalt forkortet til kun overfladeenergi.
Overflader er kritiske for alle ovennævnte processer, og selvom de har en direkte indflydelse på produktproducenternes ydeevne i alle brancher, bliver de ofte ikke målt og derfor ikke kontrolleret.
Kontrol af overfladen i fremstilling refererer til at kontrollere overfladeenergien af ​​de anvendte materialer.
Overfladen er sammensat af molekyler, der kemisk interagerer med hinanden, og de molekyler, der udgør overfladen af ​​andre materialer, som de kommer i kontakt med.For at ændre overfladeenergien skal det forstås, at disse molekyler kan fjernes ved rensning og behandling, erstattes eller på anden måde manipuleres for at producere forskellige niveauer af overfladeenergi og opnå de ønskede resultater.For at kontrollere overfladeenergien skal den måles under hele processen med at ændre overfladekemien for at bestemme hvornår og hvor meget.På denne måde kan den nøjagtige mængde af den nødvendige overfladeenergi opnås på det passende tidspunkt under klæbe- eller rengøringsprocessen.
For at forstå, hvordan molekyler udfører arbejdet med at bygge stærke bindinger og kemisk rense overflader, skal vi forstå den tiltrækning, der trækker molekylerne sammen og udgør den samlede frie energi af den tilgængelige overflade.
Når vi taler om overfladens energi, taler vi om overfladens evne til at udføre arbejde.Bogstaveligt talt er dette overfladens evne til at bevæge molekyler - denne bevægelse kræver energi.Det er vigtigt at huske, at en overflade og de molekyler, der udgør overfladen, er de samme.Uden molekyler er der ingen overflade.Hvis der ikke er energi, kan disse molekyler ikke fuldføre arbejdet med at adsorbere på klæbemidlet, så der er ingen binding.
Derfor er arbejdet direkte proportionalt med energien.Mere arbejde kræver mere energi.Desuden, hvis du har mere energi, vil dit arbejde øges.Et molekyles evne til at fungere kommer fra dets tiltrækning til andre molekyler.Disse tiltrækkende kræfter kommer fra flere forskellige måder, hvorpå molekyler interagerer.
Grundlæggende interagerer molekyler, fordi de har positivt og negativt ladede molekyler, og de tiltrækker modsatte ladninger mellem molekylerne.En sky af elektroner flyder rundt om molekylet.På grund af disse konstant bevægende elektroner har molekylet en variabel ladning i et molekyle af et givet område.Hvis alle molekyler har en ensartet ladning omkring sig, vil ingen molekyler tiltrække hinanden.Forestil dig to kuglelejer, hvert kugleleje har en ensartet fordeling af elektroner på overfladen.Ingen af ​​dem vil tiltrække hinanden, fordi de begge har en negativ ladning, og ingen positiv ladning kan tiltrækkes.
Heldigvis er disse elektroniske skyer i den virkelige verden i konstant bevægelse, og der er områder med positive eller negative ladninger til enhver tid.Hvis du har to molekyler med tilfældigt ladede elektroner omkring sig på et hvilket som helst tidspunkt, vil de have en lille tiltrækning mellem dem.Den kraft, der genereres af den tilfældige omfordeling af positive og negative ladninger i elektronskyen omkring molekylet, kaldes spredningskraften.
Disse kræfter er meget svage.Uanset strukturen eller sammensætningen af ​​molekylet, er der en dispersionskraft mellem alle molekyler, som er direkte modsat den polære kraft, der genereres af molekylets struktur.
For eksempel er spredningskraften den eneste kraft, der eksisterer mellem nitrogenmolekyler.Ved stuetemperatur er nitrogen en slags gas, fordi spredningskraften er for svag, den kan ikke modstå termiske vibrationer selv ved den mest moderate temperatur, og den kan ikke holde nitrogenmolekylerne sammen.Først når vi fjerner næsten al varmeenergien ved at afkøle den til under -195°C, bliver nitrogenet flydende.Når den termiske energi er tilstrækkeligt reduceret, kan den svagere spredningskraft overvinde den termiske vibration og trække nitrogenmolekylerne sammen for at danne en væske.
Hvis vi ser på vand, svarer dets molekylære størrelse og masse til nitrogens, men strukturen og sammensætningen af ​​vandmolekyler er forskellig fra nitrogens.Da vand er et meget polært molekyle, vil molekylerne tiltrække hinanden meget kraftigt, og vandet vil forblive flydende, indtil vandets temperatur kommer over 100°C.Ved denne temperatur overvinder varmeenergien det molekylære Med de polære kræfter holdt sammen bliver vandet til en gas.
Nøglepunktet at forstå er forskellen i styrke mellem dispersionskraften og den polære kraft, der tiltrækker molekyler til hinanden.Når vi taler om overfladeenergien produceret af disse tiltrækkende kræfter, så husk venligst dette.
Dispergeret overfladeenergi er en del af overfladeenergien, som genereres ved spredning af elektronskyer i molekyler på overfladen af ​​materialet.Den samlede overfladeenergi er et attraktivt udtryk for tiltrækningen af ​​molekyler til hinanden.Dispergerede overfladeenergier er en del af den samlede energi, selvom de er svage og fluktuerende komponenter.
For forskellige materialer er den spredte overfladeenergi forskellig.Meget aromatiske polymerer (såsom polystyren) har mange benzenringe og relativt store overfladeenergidispergerende komponenter.På samme måde, fordi de indeholder et stort antal heteroatomer (såsom klor), har PVC også en relativt stor dispergeret overfladeenergikomponent i deres samlede overfladeenergi.
Derfor afhænger spredningsenergiens rolle i fremstillingsprocessen af ​​de anvendte materialer.Men da dispersionskraften næppe afhænger af den specifikke molekylære struktur, er måden at kontrollere dem på meget begrænset.
Interaktionen af ​​spredt elektronafbøjning baseret på disse fluktuationer er ikke den eneste måde for molekyler at interagere med hinanden.På grund af visse strukturelle træk, der skaber andre tiltrækkende kræfter mellem molekyler, kan molekyler interagere med andre molekyler.Der er mange måder at klassificere disse andre kræfter på, såsom syre-base-interaktioner, hvor molekyler interagerer gennem deres evne til at acceptere eller donere elektroner.
Nogle molekyler har strukturelle træk, der producerer permanente dipoler, hvilket betyder, at ud over den tilfældige spredning af elektroner omkring molekylet, er nogle dele af molekylet altid mere positive eller negative end andre.Disse permanente dipoler er mere attraktive end dispersive interaktioner.
På grund af deres struktur har nogle molekyler permanent ladede områder, der enten er positivt eller negativt ladede.Polær overfladeenergi er en komponent af overfladeenergi, som er forårsaget af tiltrækningen af ​​disse ladninger mellem molekyler.
Vi kan nemt koncentrere alle ikke-dispersive interaktioner under beskyttelse af polære interaktioner.
Et molekyles dispersionsegenskaber er en funktion af molekylets størrelse, især hvor mange elektroner og protoner der er til stede.Vi har ikke meget kontrol over antallet af elektroner og protoner, hvilket begrænser vores evne til at kontrollere spredningskomponenten af ​​overfladeenergi.
Men den polære komponent afhænger af positionen af ​​protoner og elektroner - molekylets form.Vi kan ændre fordelingen af ​​elektroner og protoner gennem behandlingsmetoder som coronabehandling og plasmabehandling.Dette svarer til, hvordan vi kan ændre formen på blokler, men det vil altid bevare den samme kvalitet.
Polære kræfter er meget vigtige, fordi de er en del af overfladeenergien, som vi kontrollerer, når vi udfører overfladebehandlinger.Dipol-dipol tiltrækning er årsagen til stærk vedhæftning mellem de fleste lime, maling og blæk og overflader.Gennem rengøring, flammebehandling, coronabehandling, plasmabehandling eller enhver anden form for overfladebehandling kan vi fundamentalt øge den polære komponent af overfladeenergi og derved forbedre vedhæftningen.
Ved at bruge den samme side af IPA-kluden to gange på den samme overflade, kan der kun indføres lavenergistoffer på overfladen for utilsigtet at reducere den polære komponent af overfladeenergien.Derudover kan overfladen være overbehandlet, hvilket fordamper og reducerer overfladeenergien.Når overfladen slet ikke produceres, vil den polære komponent af overfladeenergien også ændre sig.En ren lageroverflade tiltrækker molekyler i miljøet, herunder emballagematerialer.Dette ændrer overfladens molekylære landskab og kan reducere overfladeenergien.
Vi kan næsten ikke kontrollere størrelsen af ​​spredningen.Disse kræfter er grundlæggende faste, og der er ringe værdi i at forsøge at ændre spredningskraften som et middel til at kontrollere overfladekvaliteten for at opnå pålidelig vedhæftning under fremstillingsprocessen.
Når vi designer eller modificerer overfladen, designer vi egenskaberne af den polære komponent af overfladeenergien.Derfor, hvis vi ønsker at udvikle en overfladebehandlingsproces til at kontrollere overfladen af ​​materialet, så ønsker vi at kontrollere den polære sammensætning af overfladen.
Overfladefri energi er summen af ​​alle individuelle kræfter, der virker mellem molekyler.Der er nogle formler for overfladefri energi.Hvis vi beslutter os for at behandle alle ikke-dispersive kræfter som polære kræfter, er beregningen af ​​overfladefri energi enkel.Formlen er:
Ved fremstilling af pålidelige produkter, overfladebehandling, rengøring og klargøring er den frie overfladeenergi den samme som overfladeenergien.
På grund af de produktionskrav, der er involveret i forskellige processer, såsom sammenføjningens vedhæftningsevne, den korrekte vedhæftning af blækket på plasten eller belægningens ydeevne af den "selvrensende" belægning på smartphoneskærmen, afhænger alt af styringen af overfladeegenskaberne.Derfor er det meget vigtigt at forstå overfladeenergien som en konsekvens af fremstillingskonceptet.
Overfladeenergi kommer fra de forskellige måder, hvorpå molekyler tiltrækker hinanden.De polære interaktioner mellem molekyler er de vigtigste for adhæsions- og rengøringsprocessen, fordi disse interaktioner på molekylært niveau er de molekylære interaktioner, som vi kan kontrollere mest gennem overfladebehandling, slibning, slibning, rengøring, aftørring eller andre overfladeforberedelsesmetoder.
Kendskab til polaritet og dispersionssammensætning og overfladespænding er meget vigtig for udviklingen af ​​klæbemidler, blæk og belægninger.Men for produkter fremstillet ved hjælp af klæbemidler, blæk, maling og belægninger skal vi normalt kun være opmærksomme på den polære komponent af overfladeenergien, fordi det er en, der påvirkes af fremstillingsprocessen.
Måling af total overfladeenergi er en relativt kompleks og fejlbehæftet proces.Imidlertid er kontaktvinklen for en enkelt væske som vand næsten udelukkende bestemt af den polære komponent af overfladeenergien.Ved at måle vinklen produceret af højden af ​​en vanddråbe på overfladen kan vi derfor med forbløffende nøjagtighed vide, hvordan den polære komponent af overfladeenergien ændrer sig.Generelt gælder det, at jo højere overfladeenergien er, jo mindre er vinklen forårsaget af, at vanddråberne tiltrækkes og spredes eller fugtes.Lav overfladeenergi vil få vand til at perle og krympe til små bobler på overfladen, hvilket danner en større kontaktvinkel.Konsistensen af ​​denne kontaktvinkelmåling er relateret til overfladeenergi og derfor til adhæsionsevnen, hvilket giver producenterne en pålidelig og gentagelig måde at sikre styrken af ​​deres produkter.
For at lære mere om styring af fremstillingsprocessen for at opnå mere forudsigelige resultater, download vores gratis e-bog: Bekræft forudsigelig adhæsion i fremstilling gennem processen.Denne e-bog er din guide til procesovervågning ved hjælp af prædiktiv analyse, en proces, der eliminerer alt gætværk om opretholdelse af overfladekvalitet gennem hele bindingsprocessen.