Winkelperle

Was ist der Unterschied zwischen freier Oberflächenenergie und Oberflächenenergie?Letztlich handelt es sich hierbei um eine rein semantische Frage.Die freie Oberflächenenergie ist die freie Energie in einem bestimmten Raum (Materialoberfläche).Im reinsten Sinne der Thermodynamik bezieht sich freie Energie auf die Energie, die genutzt werden kann, um zu arbeiten, Wirkungen hervorzurufen und etwas geschehen zu lassen.Die freie Oberflächenenergie bezieht sich auf die Energie, die auf der Oberfläche des Materials erzeugt werden kann.
Für Hersteller und alle, die sich mit Kleben, Reinigen, Kleben, Beschichtungen, Tinten und Farbformulierungen, Versiegeln oder anderen Prozessen befassen, bei denen es um die Wechselwirkung von Oberflächen mit anderen Oberflächen oder deren Umgebung geht, wird die freie Oberflächenenergie normalerweise auf reine Oberflächenenergie abgekürzt.
Oberflächen sind für alle oben aufgeführten Prozesse von entscheidender Bedeutung, und auch wenn sie einen direkten Einfluss auf die Leistung von Produktherstellern in allen Branchen haben, werden sie oft nicht gemessen und daher nicht kontrolliert.
Die Kontrolle der Oberfläche in der Fertigung bezieht sich auf die Kontrolle der Oberflächenenergie der verwendeten Materialien.
Die Oberfläche besteht aus Molekülen, die chemisch miteinander interagieren, und den Molekülen, die die Oberfläche anderer Materialien bilden, mit denen sie in Kontakt kommen.Um die Oberflächenenergie zu ändern, muss man verstehen, dass diese Moleküle durch Reinigung und Behandlung entfernt, ersetzt oder auf andere Weise manipuliert werden können, um unterschiedliche Niveaus der Oberflächenenergie zu erzeugen und die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.Um die Oberflächenenergie zu kontrollieren, muss sie während des gesamten Prozesses der Änderung der Oberflächenchemie gemessen werden, um zu bestimmen, wann und um wie viel.Auf diese Weise kann zum richtigen Zeitpunkt während des Klebe- oder Reinigungsprozesses genau die erforderliche Oberflächenenergie gewonnen werden.
Um zu verstehen, wie Moleküle starke Bindungen aufbauen und Oberflächen chemisch reinigen, müssen wir die Anziehungskraft verstehen, die die Moleküle zusammenzieht und die gesamte freie Energie der verfügbaren Oberfläche ausmacht.
Wenn wir über die Energie der Oberfläche sprechen, sprechen wir über die Fähigkeit dieser Oberfläche, Arbeit zu verrichten.Im wahrsten Sinne des Wortes ist dies die Fähigkeit der Oberfläche, Moleküle zu bewegen – diese Bewegung erfordert Energie.Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass eine Oberfläche und die Moleküle, aus denen die Oberfläche besteht, gleich sind.Ohne Moleküle gibt es keine Oberfläche.Wenn keine Energie vorhanden ist, können diese Moleküle die Adsorptionsarbeit am Klebstoff nicht vollenden, so dass es zu keiner Bindung kommt.
Daher ist die Arbeit direkt proportional zur Energie.Mehr Arbeit erfordert mehr Energie.Darüber hinaus wird Ihre Arbeit zunehmen, wenn Sie mehr Energie haben.Die Funktionsfähigkeit eines Moleküls beruht auf seiner Anziehungskraft auf andere Moleküle.Diese Anziehungskräfte entstehen durch verschiedene Arten der Wechselwirkung von Molekülen.
Grundsätzlich interagieren Moleküle, weil sie positiv und negativ geladene Moleküle haben und entgegengesetzte Ladungen zwischen den Molekülen anziehen.Um das Molekül herum schwebt eine Elektronenwolke.Aufgrund dieser sich ständig bewegenden Elektronen hat das Molekül in einem Molekül einer bestimmten Fläche eine variable Ladung.Wenn alle Moleküle um sich herum eine gleichmäßige Ladung haben, werden sich keine Moleküle gegenseitig anziehen.Stellen Sie sich zwei Kugellager vor. Jedes Kugellager hat eine gleichmäßige Elektronenverteilung auf seiner Oberfläche.Keiner von beiden zieht sich gegenseitig an, da beide negativ geladen sind und keine positive Ladung angezogen werden kann.
Glücklicherweise sind diese elektronischen Wolken in der realen Welt ständig in Bewegung und es gibt jederzeit Bereiche mit positiver oder negativer Ladung.Wenn Sie zu irgendeinem Zeitpunkt zwei Moleküle mit zufällig geladenen Elektronen um sich herum haben, üben sie eine leichte Anziehung zwischen ihnen aus.Die Kraft, die durch die zufällige Umverteilung positiver und negativer Ladungen in der Elektronenwolke um das Molekül herum entsteht, wird Dispersionskraft genannt.
Diese Kräfte sind sehr schwach.Unabhängig von der Struktur oder Zusammensetzung des Moleküls gibt es zwischen allen Molekülen eine Dispersionskraft, die der durch die Struktur des Moleküls erzeugten polaren Kraft direkt entgegengesetzt ist.
Beispielsweise ist die Dispersionskraft die einzige Kraft, die zwischen Stickstoffmolekülen existiert.Bei Raumtemperatur ist Stickstoff eine Art Gas, da die Dispergierkraft zu schwach ist, er thermischen Vibrationen selbst bei mäßigster Temperatur nicht widerstehen kann und die Stickstoffmoleküle nicht zusammenhalten kann.Erst wenn wir dem Stickstoff nahezu die gesamte Wärmeenergie entziehen, indem wir ihn auf unter -195 °C abkühlen, wird er flüssig.Sobald die thermische Energie ausreichend reduziert ist, kann die schwächere Dispersionskraft die thermische Vibration überwinden und die Stickstoffmoleküle zusammenziehen, um eine Flüssigkeit zu bilden.
Wenn wir uns Wasser ansehen, ähneln seine Molekülgröße und Masse denen von Stickstoff, aber die Struktur und Zusammensetzung der Wassermoleküle unterscheidet sich von denen des Stickstoffs.Da Wasser ein sehr polares Molekül ist, ziehen sich die Moleküle sehr stark an und das Wasser bleibt flüssig, bis die Wassertemperatur über 100 °C steigt.Bei dieser Temperatur überwindet die Wärmeenergie die molekulare Energie. Durch Zusammenhalten der polaren Kräfte wird das Wasser zu einem Gas.
Der entscheidende Punkt, den es zu verstehen gilt, ist der Unterschied in der Stärke zwischen der Dispersionskraft und der polaren Kraft, die Moleküle zueinander anzieht.Wenn wir über die durch diese Anziehungskräfte erzeugte Oberflächenenergie sprechen, denken Sie bitte daran.
Die dispergierte Oberflächenenergie ist Teil der Oberflächenenergie, die durch die Dispersion von Elektronenwolken in Molekülen auf der Oberfläche des Materials erzeugt wird.Die Gesamtoberflächenenergie ist ein attraktiver Ausdruck der Anziehungskraft von Molekülen zueinander.Zerstreute Oberflächenenergien sind Teil der Gesamtenergie, auch wenn es sich um schwache und schwankende Komponenten handelt.
Bei verschiedenen Materialien ist die dispergierte Oberflächenenergie unterschiedlich.Hocharomatische Polymere (wie Polystyrol) haben viele Benzolringe und relativ große Komponenten zur Verteilung der Oberflächenenergie.Da PVC eine große Anzahl an Heteroatomen (z. B. Chlor) enthält, weist es in seiner gesamten Oberflächenenergie auch einen relativ großen verteilten Oberflächenenergieanteil auf.
Daher hängt die Rolle der Dispersionsenergie im Herstellungsprozess von den verwendeten Materialien ab.Da die Dispersionskraft jedoch kaum von der spezifischen Molekülstruktur abhängt, sind die Möglichkeiten, sie zu kontrollieren, sehr begrenzt.
Die auf diesen Fluktuationen basierende Wechselwirkung der Streuelektronenablenkung ist nicht die einzige Möglichkeit für Moleküle, miteinander zu interagieren.Aufgrund bestimmter Strukturmerkmale, die andere Anziehungskräfte zwischen Molekülen erzeugen, können Moleküle mit anderen Molekülen interagieren.Es gibt viele Möglichkeiten, diese anderen Kräfte zu klassifizieren, beispielsweise Säure-Base-Wechselwirkungen, bei denen Moleküle durch ihre Fähigkeit, Elektronen aufzunehmen oder abzugeben, interagieren.
Einige Moleküle weisen strukturelle Merkmale auf, die permanente Dipole erzeugen. Das bedeutet, dass zusätzlich zur zufälligen Verteilung der Elektronen um das Molekül herum einige Teile des Moleküls immer positiver oder negativer sind als andere.Diese permanenten Dipole sind attraktiver als dispersive Wechselwirkungen.
Aufgrund ihrer Struktur verfügen einige Moleküle über dauerhaft geladene Bereiche, die entweder positiv oder negativ geladen sind.Polare Oberflächenenergie ist eine Komponente der Oberflächenenergie, die durch die Anziehung dieser Ladungen zwischen Molekülen verursacht wird.
Wir können alle nichtdispersiven Wechselwirkungen leicht unter dem Schutz polarer Wechselwirkungen konzentrieren.
Die Dispersionseigenschaften eines Moleküls hängen von der Größe des Moleküls ab, insbesondere davon, wie viele Elektronen und Protonen vorhanden sind.Wir haben nicht viel Kontrolle über die Anzahl der Elektronen und Protonen, was unsere Fähigkeit einschränkt, die Dispersionskomponente der Oberflächenenergie zu kontrollieren.
Die polare Komponente hängt jedoch von der Position der Protonen und Elektronen ab – der Form des Moleküls.Durch Behandlungsmethoden wie Koronabehandlung und Plasmabehandlung können wir die Verteilung von Elektronen und Protonen verändern.Dies ähnelt der Art und Weise, wie wir die Form von Tonblöcken ändern können, aber die Qualität bleibt immer gleich.
Polarkräfte sind sehr wichtig, da sie Teil der Oberflächenenergie sind, die wir steuern, wenn wir Oberflächenbehandlungen durchführen.Die Dipol-Dipol-Anziehung ist die Ursache für eine starke Haftung zwischen den meisten Klebstoffen, Farben und Tinten sowie Oberflächen.Durch Reinigung, Flammbehandlung, Koronabehandlung, Plasmabehandlung oder jede andere Form der Oberflächenbehandlung können wir den polaren Anteil der Oberflächenenergie grundsätzlich erhöhen und dadurch die Haftung verbessern.
Durch die zweimalige Verwendung derselben Seite des IPA-Wischtuchs auf derselben Oberfläche können nur niederenergetische Substanzen auf die Oberfläche eingebracht werden, wodurch die polare Komponente der Oberflächenenergie unbeabsichtigt verringert wird.Darüber hinaus kann es zu einer Überbehandlung der Oberfläche kommen, wodurch diese verflüchtigt und die Oberflächenenergie verringert wird.Wenn die Oberfläche überhaupt nicht erzeugt wird, ändert sich auch die polare Komponente der Oberflächenenergie.Eine saubere Lageroberfläche zieht Moleküle in der Umgebung an, auch in Verpackungsmaterialien.Dies verändert die molekulare Landschaft der Oberfläche und kann die Oberflächenenergie verringern.
Wir können die Größe der Streuung kaum kontrollieren.Diese Kräfte sind grundsätzlich fest, und der Versuch, die Dispersionskraft als Mittel zur Steuerung der Oberflächenqualität zu ändern, um während des Herstellungsprozesses eine zuverlässige Haftung zu erreichen, hat wenig Sinn.
Wenn wir die Oberfläche entwerfen oder modifizieren, entwerfen wir die Eigenschaften der polaren Komponente der Oberflächenenergie.Wenn wir also einen Oberflächenbehandlungsprozess entwickeln wollen, um die Oberfläche des Materials zu kontrollieren, dann wollen wir auch die polare Zusammensetzung der Oberfläche kontrollieren.
Die freie Oberflächenenergie ist die Summe aller einzelnen Kräfte, die zwischen Molekülen wirken.Es gibt einige Formeln für die freie Oberflächenenergie.Wenn wir beschließen, alle nichtdispersiven Kräfte als polare Kräfte zu behandeln, ist die Berechnung der freien Oberflächenenergie einfach.Die Formel lautet:
Bei der Herstellung zuverlässiger Produkte, der Oberflächenbehandlung, Reinigung und Vorbereitung ist die freie Oberflächenenergie gleich der Oberflächenenergie.
Aufgrund der Produktionsanforderungen an verschiedene Prozesse, wie zum Beispiel die Haftungsleistung der Verbindung, die ordnungsgemäße Haftung der Tinte auf dem Kunststoff oder die Beschichtungsleistung der „selbstreinigenden“ Beschichtung auf dem Smartphone-Bildschirm, hängen sie von der Steuerung ab der Oberflächeneigenschaften.Daher ist es sehr wichtig, die Oberflächenenergie als Folge des Fertigungskonzepts zu verstehen.
Oberflächenenergie entsteht durch die unterschiedliche Art und Weise, wie Moleküle sich gegenseitig anziehen.Die polaren Wechselwirkungen zwischen Molekülen sind für den Adhäsions- und Reinigungsprozess am wichtigsten, da diese Wechselwirkungen auf molekularer Ebene die molekularen Wechselwirkungen sind, die wir durch Oberflächenbehandlung, Schleifen, Schmirgeln, Reinigen, Wischen oder andere Oberflächenvorbereitungsmethoden am besten steuern können.
Für die Entwicklung von Klebstoffen, Tinten und Beschichtungen sind Kenntnisse über Polarität und Dispersionszusammensetzung sowie Oberflächenspannung von großer Bedeutung.Bei Produkten, die mit Klebstoffen, Farben, Farben und Beschichtungen hergestellt werden, müssen wir jedoch in der Regel nur auf die polare Komponente der Oberflächenenergie achten, da diese durch den Herstellungsprozess beeinflusst wird.
Die Messung der gesamten Oberflächenenergie ist ein relativ komplexer und fehleranfälliger Prozess.Allerdings wird der Kontaktwinkel einer einzelnen Flüssigkeit wie Wasser fast ausschließlich durch die polare Komponente der Oberflächenenergie bestimmt.Indem wir den Winkel messen, der durch die Höhe eines Wassertropfens auf der Oberfläche entsteht, können wir daher mit erstaunlicher Genauigkeit wissen, wie sich die polare Komponente der Oberflächenenergie ändert.Im Allgemeinen gilt: Je höher die Oberflächenenergie, desto kleiner ist der Winkel, der dadurch entsteht, dass die Wassertröpfchen angezogen werden und sich ausbreiten oder benetzen.Eine niedrige Oberflächenenergie führt dazu, dass Wasser auf der Oberfläche perlt und zu kleinen Bläschen schrumpft, wodurch ein größerer Kontaktwinkel entsteht.Die Konsistenz dieser Kontaktwinkelmessung hängt mit der Oberflächenenergie und damit mit der Adhäsionsleistung zusammen, was Herstellern eine zuverlässige und wiederholbare Möglichkeit bietet, die Festigkeit ihrer Produkte sicherzustellen.
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