γωνιακή χάντρα

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της ελεύθερης επιφάνειας και της επιφανειακής ενέργειας;Σε τελική ανάλυση, αυτό είναι ένα καθαρά σημασιολογικό ερώτημα.Επιφανειακή ελεύθερη ενέργεια είναι η ελεύθερη ενέργεια σε ένα συγκεκριμένο χώρο (υλική επιφάνεια).Με την καθαρότερη έννοια της θερμοδυναμικής, η ελεύθερη ενέργεια αναφέρεται στην ενέργεια που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να λειτουργήσει, να προκαλέσει αποτελέσματα και να κάνει κάτι να συμβεί.Η ενέργεια ελεύθερη επιφάνειας σχετίζεται με την ενέργεια που μπορεί να γίνει στην επιφάνεια του υλικού.
Για τους κατασκευαστές και οποιονδήποτε εμπλέκεται στην πρόσφυση, τον καθαρισμό, τη συγκόλληση, τις επικαλύψεις, τα μελάνια και τις συνθέσεις χρωμάτων, τη σφράγιση ή οποιαδήποτε άλλη διαδικασία που περιλαμβάνει την αλληλεπίδραση επιφανειών με άλλες επιφάνειες ή το περιβάλλον τους, η ενέργεια χωρίς επιφάνειες συνήθως συντομεύεται σε ενέργεια επιφανείας.
Οι επιφάνειες είναι κρίσιμες για όλες τις διαδικασίες που αναφέρονται παραπάνω, και ακόμη κι αν έχουν άμεσο αντίκτυπο στην απόδοση των κατασκευαστών προϊόντων σε όλους τους κλάδους, συχνά δεν μετρώνται και επομένως δεν ελέγχονται.
Ο έλεγχος της επιφάνειας στην κατασκευή αναφέρεται στον έλεγχο της επιφανειακής ενέργειας των υλικών που χρησιμοποιούνται.
Η επιφάνεια αποτελείται από μόρια που αλληλεπιδρούν χημικά μεταξύ τους και από τα μόρια που αποτελούν την επιφάνεια άλλων υλικών με τα οποία έρχονται σε επαφή.Προκειμένου να αλλάξει η επιφανειακή ενέργεια, πρέπει να γίνει κατανοητό ότι αυτά τα μόρια μπορούν να αφαιρεθούν με καθαρισμό και επεξεργασία, να αντικατασταθούν ή να χειριστούν με άλλο τρόπο ώστε να παραχθούν διαφορετικά επίπεδα επιφανειακής ενέργειας και να επιτευχθούν τα επιθυμητά αποτελέσματα.Προκειμένου να ελεγχθεί η επιφανειακή ενέργεια, πρέπει να μετρηθεί σε όλη τη διαδικασία αλλαγής της χημείας της επιφάνειας για να προσδιοριστεί πότε και κατά πόσο.Με αυτόν τον τρόπο, η ακριβής ποσότητα της απαραίτητης επιφανειακής ενέργειας μπορεί να ληφθεί την κατάλληλη στιγμή κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πρόσφυσης ή καθαρισμού.
Για να κατανοήσουμε πώς τα μόρια κάνουν το έργο της δημιουργίας ισχυρών δεσμών και του χημικού καθαρισμού των επιφανειών, πρέπει να κατανοήσουμε την έλξη που έλκει τα μόρια μαζί και αποτελεί τη συνολική ελεύθερη ενέργεια της διαθέσιμης επιφάνειας.
Όταν μιλάμε για την ενέργεια της επιφάνειας, μιλάμε για την ικανότητα αυτής της επιφάνειας να κάνει δουλειά.Κυριολεκτικά, αυτή είναι η ικανότητα της επιφάνειας να κινεί μόρια - αυτή η κίνηση απαιτεί ενέργεια.Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι μια επιφάνεια και τα μόρια που αποτελούν την επιφάνεια είναι ίδια.Χωρίς μόρια, δεν υπάρχει επιφάνεια.Εάν δεν υπάρχει ενέργεια, αυτά τα μόρια δεν μπορούν να ολοκληρώσουν το έργο της προσρόφησης στην κόλλα, επομένως δεν υπάρχει συγκόλληση.
Επομένως, η εργασία είναι ευθέως ανάλογη με την ενέργεια.Περισσότερη δουλειά απαιτεί περισσότερη ενέργεια.Επιπλέον, αν έχετε περισσότερη ενέργεια, η δουλειά σας θα αυξηθεί.Η ικανότητα ενός μορίου να λειτουργεί προέρχεται από την έλξη του προς άλλα μόρια.Αυτές οι ελκτικές δυνάμεις προέρχονται από πολλούς διαφορετικούς τρόπους με τους οποίους αλληλεπιδρούν τα μόρια.
Βασικά, τα μόρια αλληλεπιδρούν επειδή έχουν θετικά και αρνητικά φορτισμένα μόρια και προσελκύουν αντίθετα φορτία μεταξύ των μορίων.Ένα νέφος ηλεκτρονίων επιπλέει γύρω από το μόριο.Εξαιτίας αυτών των ηλεκτρονίων που κινούνται συνεχώς, το μόριο έχει μεταβλητό φορτίο σε ένα μόριο μιας δεδομένης περιοχής.Εάν όλα τα μόρια έχουν ομοιόμορφο φορτίο γύρω τους, κανένα μόριο δεν θα έλκει το ένα το άλλο.Φανταστείτε δύο ρουλεμάν, κάθε ρουλεμάν έχει ομοιόμορφη κατανομή ηλεκτρονίων στην επιφάνειά του.Κανένα από τα δύο δεν θα προσελκύσει το ένα το άλλο γιατί και τα δύο έχουν αρνητικό φορτίο και κανένα θετικό φορτίο δεν μπορεί να έλκεται.
Ευτυχώς, στον πραγματικό κόσμο, αυτά τα ηλεκτρονικά σύννεφα βρίσκονται σε συνεχή κίνηση και υπάρχουν περιοχές με θετικά ή αρνητικά φορτία ανά πάσα στιγμή.Εάν έχετε δύο μόρια με τυχαία φορτισμένα ηλεκτρόνια γύρω τους σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή, θα έχουν μια μικρή έλξη μεταξύ τους.Η δύναμη που δημιουργείται από την τυχαία ανακατανομή θετικών και αρνητικών φορτίων στο νέφος ηλεκτρονίων γύρω από το μόριο ονομάζεται δύναμη διασποράς.
Αυτές οι δυνάμεις είναι πολύ αδύναμες.Ανεξάρτητα από τη δομή ή τη σύνθεση του μορίου, υπάρχει μια δύναμη διασποράς μεταξύ όλων των μορίων, η οποία είναι ακριβώς αντίθετη από την πολική δύναμη που δημιουργείται από τη δομή του μορίου.
Για παράδειγμα, η δύναμη διασποράς είναι η μόνη δύναμη που υπάρχει μεταξύ των μορίων του αζώτου.Σε θερμοκρασία δωματίου, το άζωτο είναι ένα είδος αερίου, επειδή η δύναμη διασποράς είναι πολύ ασθενής, δεν μπορεί να αντισταθεί στους θερμικούς κραδασμούς ακόμη και στην πιο μέτρια θερμοκρασία και δεν μπορεί να συγκρατήσει τα μόρια του αζώτου μαζί.Μόνο όταν αφαιρέσουμε σχεδόν όλη τη θερμική ενέργεια ψύχοντάς την κάτω από τους -195°C, το άζωτο γίνεται υγρό.Μόλις μειωθεί επαρκώς η θερμική ενέργεια, η ασθενέστερη δύναμη διασποράς μπορεί να υπερνικήσει τη θερμική δόνηση και να τραβήξει τα μόρια του αζώτου μαζί για να σχηματίσουν ένα υγρό.
Αν κοιτάξουμε το νερό, το μοριακό του μέγεθος και η μάζα του είναι παρόμοια με εκείνα του αζώτου, αλλά η δομή και η σύσταση των μορίων του νερού είναι διαφορετική από αυτές του αζώτου.Δεδομένου ότι το νερό είναι ένα πολύ πολικό μόριο, τα μόρια θα έλκονται μεταξύ τους πολύ έντονα και το νερό θα παραμείνει υγρό μέχρι η θερμοκρασία του νερού να ανέβει πάνω από τους 100°C.Σε αυτή τη θερμοκρασία, η θερμική ενέργεια υπερνικά τη μοριακή Με τις πολικές δυνάμεις να συγκρατούνται μαζί, το νερό γίνεται αέριο.
Το βασικό σημείο που πρέπει να κατανοήσουμε είναι η διαφορά στη δύναμη μεταξύ της δύναμης διασποράς και της πολικής δύναμης που έλκει τα μόρια μεταξύ τους.Όταν μιλάμε για την επιφανειακή ενέργεια που παράγεται από αυτές τις ελκτικές δυνάμεις, παρακαλούμε να το έχετε υπόψη σας.
Η διασπαρμένη επιφανειακή ενέργεια είναι μέρος της επιφανειακής ενέργειας, η οποία παράγεται από τη διασπορά των νεφών ηλεκτρονίων σε μόρια στην επιφάνεια του υλικού.Η συνολική επιφανειακή ενέργεια είναι μια ελκυστική έκφραση της έλξης των μορίων μεταξύ τους.Οι διασπαρμένες επιφανειακές ενέργειες αποτελούν μέρος της συνολικής ενέργειας, ακόμα κι αν είναι αδύναμα και κυμαινόμενα συστατικά.
Για διαφορετικά υλικά, η διασπαρμένη επιφανειακή ενέργεια είναι διαφορετική.Τα πολύ αρωματικά πολυμερή (όπως το πολυστυρένιο) έχουν πολλούς δακτυλίους βενζολίου και σχετικά μεγάλα συστατικά επιφανειακής διασποράς ενέργειας.Ομοίως, επειδή περιέχουν μεγάλο αριθμό ετεροατόμων (όπως το χλώριο), το PVC έχει επίσης ένα σχετικά μεγάλο συστατικό διασπαρμένης επιφανειακής ενέργειας στη συνολική επιφανειακή τους ενέργεια.
Επομένως, ο ρόλος της ενέργειας διασποράς στη διαδικασία παραγωγής εξαρτάται από τα υλικά που χρησιμοποιούνται.Ωστόσο, δεδομένου ότι η δύναμη διασποράς δεν εξαρτάται σχεδόν καθόλου από τη συγκεκριμένη μοριακή δομή, ο τρόπος ελέγχου τους είναι πολύ περιορισμένος.
Η αλληλεπίδραση της εκτροπής σκεδαζόμενων ηλεκτρονίων που βασίζεται σε αυτές τις διακυμάνσεις δεν είναι ο μόνος τρόπος για να αλληλεπιδράσουν τα μόρια μεταξύ τους.Λόγω ορισμένων δομικών χαρακτηριστικών που δημιουργούν άλλες ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των μορίων, τα μόρια μπορούν να αλληλεπιδράσουν με άλλα μόρια.Υπάρχουν πολλοί τρόποι ταξινόμησης αυτών των άλλων δυνάμεων, όπως οι αλληλεπιδράσεις οξέος-βάσης, όπου τα μόρια αλληλεπιδρούν μέσω της ικανότητάς τους να δέχονται ή να δίνουν ηλεκτρόνια.
Ορισμένα μόρια έχουν δομικά χαρακτηριστικά που παράγουν μόνιμα δίπολα, πράγμα που σημαίνει ότι, εκτός από την τυχαία διασπορά ηλεκτρονίων γύρω από το μόριο, ορισμένα μέρη του μορίου είναι πάντα πιο θετικά ή αρνητικά από άλλα.Αυτά τα μόνιμα δίπολα είναι πιο ελκυστικά από τις αλληλεπιδράσεις διασποράς.
Λόγω της δομής τους, ορισμένα μόρια έχουν μόνιμα φορτισμένες περιοχές που είναι είτε θετικά είτε αρνητικά φορτισμένες.Η πολική επιφανειακή ενέργεια είναι ένα συστατικό της επιφανειακής ενέργειας, η οποία προκαλείται από την έλξη αυτών των φορτίων μεταξύ των μορίων.
Μπορούμε εύκολα να συγκεντρώσουμε όλες τις αλληλεπιδράσεις χωρίς διασπορά υπό την προστασία των πολικών αλληλεπιδράσεων.
Οι ιδιότητες διασποράς ενός μορίου είναι συνάρτηση του μεγέθους του μορίου, ιδιαίτερα του πόσα ηλεκτρόνια και πρωτόνια υπάρχουν.Δεν έχουμε πολύ έλεγχο στον αριθμό των ηλεκτρονίων και των πρωτονίων, γεγονός που περιορίζει την ικανότητά μας να ελέγχουμε το συστατικό διασποράς της επιφανειακής ενέργειας.
Ωστόσο, το πολικό συστατικό εξαρτάται από τη θέση των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων - το σχήμα του μορίου.Μπορούμε να αλλάξουμε την κατανομή των ηλεκτρονίων και των πρωτονίων μέσω μεθόδων θεραπείας όπως η θεραπεία κορώνας και η θεραπεία με πλάσμα.Αυτό είναι παρόμοιο με το πώς μπορούμε να αλλάξουμε το σχήμα του μπλοκ πηλού, αλλά θα διατηρεί πάντα την ίδια ποιότητα.
Οι πολικές δυνάμεις είναι πολύ σημαντικές γιατί αποτελούν μέρος της επιφανειακής ενέργειας που ελέγχουμε όταν εκτελούμε επιφανειακές επεξεργασίες.Η έλξη δίπολου-διπόλου είναι η αιτία της ισχυρής πρόσφυσης μεταξύ των περισσότερων συγκολλητικών, χρωμάτων και μελανιών και επιφανειών.Μέσω καθαρισμού, επεξεργασίας φλόγας, επεξεργασίας κορώνας, επεξεργασίας πλάσματος ή οποιασδήποτε άλλης μορφής επιφανειακής επεξεργασίας, μπορούμε να αυξήσουμε θεμελιωδώς το πολικό συστατικό της επιφανειακής ενέργειας, βελτιώνοντας έτσι την πρόσφυση.
Χρησιμοποιώντας την ίδια πλευρά του σκουπίσματος IPA δύο φορές στην ίδια επιφάνεια, μόνο ουσίες χαμηλής ενέργειας μπορούν να εισαχθούν στην επιφάνεια για να μειωθεί ακούσια η πολική συνιστώσα της επιφανειακής ενέργειας.Επιπλέον, η επιφάνεια μπορεί να υποστεί υπερβολική επεξεργασία, γεγονός που εξατμίζει και μειώνει την επιφανειακή ενέργεια.Όταν η επιφάνεια δεν παράγεται καθόλου, η πολική συνιστώσα της επιφανειακής ενέργειας θα αλλάξει επίσης.Μια καθαρή επιφάνεια αποθήκευσης προσελκύει μόρια στο περιβάλλον, συμπεριλαμβανομένων των υλικών συσκευασίας.Αυτό αλλάζει το μοριακό τοπίο της επιφάνειας και μπορεί να μειώσει την επιφανειακή ενέργεια.
Δύσκολα μπορούμε να ελέγξουμε το μέγεθος της διασποράς.Αυτές οι δυνάμεις είναι βασικά σταθερές και έχει μικρή αξία στην προσπάθεια αλλαγής της δύναμης διασποράς ως μέσο ελέγχου της ποιότητας της επιφάνειας για την επίτευξη αξιόπιστης πρόσφυσης κατά τη διαδικασία κατασκευής.
Όταν σχεδιάζουμε ή τροποποιούμε την επιφάνεια, σχεδιάζουμε τις ιδιότητες του πολικού συστατικού της επιφανειακής ενέργειας.Επομένως, εάν θέλουμε να αναπτύξουμε μια διαδικασία επεξεργασίας επιφάνειας για τον έλεγχο της επιφάνειας του υλικού, τότε θέλουμε να ελέγξουμε την πολική σύνθεση της επιφάνειας.
Η ενέργεια ελεύθερη επιφάνειας είναι το άθροισμα όλων των επιμέρους δυνάμεων που δρουν μεταξύ των μορίων.Υπάρχουν ορισμένοι τύποι για ενέργεια χωρίς επιφάνεια.Εάν αποφασίσουμε να αντιμετωπίσουμε όλες τις δυνάμεις μη διασποράς ως πολικές δυνάμεις, ο υπολογισμός της ελεύθερης ενέργειας της επιφάνειας είναι απλός.Ο τύπος είναι:
Στην κατασκευή αξιόπιστων προϊόντων, επεξεργασία επιφανειών, καθαρισμό και προετοιμασία, η ενέργεια χωρίς επιφάνεια είναι ίδια με την επιφανειακή ενέργεια.
Λόγω των απαιτήσεων παραγωγής που εμπλέκονται σε διάφορες διαδικασίες, όπως η απόδοση πρόσφυσης της άρθρωσης, η σωστή πρόσφυση του μελανιού στο πλαστικό ή η απόδοση επίστρωσης της επίστρωσης "αυτοκαθαριζόμενης" επίστρωσης στην οθόνη του smartphone, όλα εξαρτώνται από τον έλεγχο των ιδιοτήτων της επιφάνειας.Ως εκ τούτου, είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσουμε την επιφανειακή ενέργεια ως συνέπεια της ιδέας της κατασκευής.
Η επιφανειακή ενέργεια προέρχεται από τους διαφορετικούς τρόπους με τους οποίους τα μόρια έλκονται μεταξύ τους.Οι πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μορίων είναι οι πιο σημαντικές για τη διαδικασία προσκόλλησης και καθαρισμού, επειδή αυτές οι αλληλεπιδράσεις σε μοριακό επίπεδο είναι οι μοριακές αλληλεπιδράσεις που μπορούμε να ελέγξουμε περισσότερο μέσω επιφανειακής επεξεργασίας, λείανσης, λείανσης, καθαρισμού, σκουπίσματος ή οποιωνδήποτε άλλων μεθόδων προετοιμασίας επιφανειών.
Η γνώση της πολικότητας και της σύνθεσης διασποράς και της επιφανειακής τάσης είναι πολύ σημαντική για την ανάπτυξη κόλλων, μελανιών και επικαλύψεων.Ωστόσο, για προϊόντα που κατασκευάζονται με χρήση κόλλων, μελανιών, χρωμάτων και επικαλύψεων, συνήθως χρειάζεται μόνο να δώσουμε προσοχή στο πολικό συστατικό της επιφανειακής ενέργειας, επειδή είναι αυτό που επηρεάζεται από τη διαδικασία κατασκευής.
Η μέτρηση της συνολικής επιφανειακής ενέργειας είναι μια σχετικά περίπλοκη και επιρρεπής σε σφάλματα διαδικασία.Ωστόσο, η γωνία επαφής ενός μεμονωμένου υγρού όπως το νερό καθορίζεται σχεδόν εξ ολοκλήρου από την πολική συνιστώσα της επιφανειακής ενέργειας.Επομένως, μετρώντας τη γωνία που παράγεται από το ύψος μιας σταγόνας νερού στην επιφάνεια, μπορούμε να γνωρίζουμε με εκπληκτική ακρίβεια πώς αλλάζει η πολική συνιστώσα της επιφανειακής ενέργειας.Γενικά, όσο υψηλότερη είναι η επιφανειακή ενέργεια, τόσο μικρότερη είναι η γωνία που προκαλείται από την έλξη και την εξάπλωση ή τη διαβροχή των σταγονιδίων νερού.Η χαμηλή επιφανειακή ενέργεια θα προκαλέσει το νερό να σφαιρίδια και να συρρικνωθεί σε μικρές φυσαλίδες στην επιφάνεια, σχηματίζοντας μια μεγαλύτερη γωνία επαφής.Η συνέπεια αυτής της μέτρησης γωνίας επαφής σχετίζεται με την επιφανειακή ενέργεια και συνεπώς με την απόδοση πρόσφυσης, η οποία παρέχει στους κατασκευαστές έναν αξιόπιστο και επαναλαμβανόμενο τρόπο για να εξασφαλίσουν την αντοχή των προϊόντων τους.
Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τον έλεγχο της διαδικασίας παραγωγής για να επιτύχετε πιο προβλέψιμα αποτελέσματα, κατεβάστε το δωρεάν ηλεκτρονικό μας βιβλίο: Επαληθεύστε την προβλέψιμη προσκόλληση στην κατασκευή μέσω της διαδικασίας.Αυτό το ηλεκτρονικό βιβλίο είναι ο οδηγός σας για την παρακολούθηση της διαδικασίας χρησιμοποιώντας προγνωστικά αναλυτικά στοιχεία, μια διαδικασία που εξαλείφει κάθε εικασία σχετικά με τη διατήρηση της ποιότητας της επιφάνειας σε όλη τη διαδικασία συγκόλλησης.