Mis vahe on pinnavaba energia ja pinnaenergia vahel?Lõppkokkuvõttes on see puhtalt semantiline küsimus.Pinna vaba energia on vaba energia konkreetses ruumis (materjali pinnal).Termodünaamika puhtaimas tähenduses tähendab vaba energia energiat, mida saab kasutada töötamiseks, mõjude tekitamiseks ja millegi toimumiseks.Pinnavaba energia on seotud energiaga, mida saab teha materjali pinnal.
Tootjate ja kõigi jaoks, kes on seotud nakkumise, puhastamise, liimimise, katete, tintide ja värvide valmistamisega, tihendamisega või mis tahes muu protsessiga, mis hõlmab pindade koostoimet teiste pindade või nende keskkonnaga, lühendatakse pinna vaba energia tavaliselt ainult pinnaenergiaks.
Pinnad on kõigi ülaltoodud protsesside jaoks kriitilise tähtsusega ja isegi kui neil on otsene mõju tootetootjate tulemustele kõigis tööstusharudes, ei mõõdeta neid sageli ja seetõttu ei kontrollita neid.
Pinna kontrollimine tootmises viitab kasutatavate materjalide pinnaenergia kontrollimisele.
Pind koosneb molekulidest, mis omavahel keemiliselt interakteeruvad, ja molekulidest, mis moodustavad teiste materjalide pinna, millega nad kokku puutuvad.Pinnaenergia muutmiseks tuleb mõista, et neid molekule saab puhastamise ja töötlemisega eemaldada, asendada või muul viisil manipuleerida, et tekitada erineval tasemel pinnaenergiat ja saavutada soovitud tulemusi.Pinnaenergia kontrollimiseks tuleb seda mõõta kogu pinnakeemia muutmise protsessi jooksul, et teha kindlaks, millal ja kui palju.Nii saab nakkumise või puhastusprotsessi käigus sobival ajal saada täpse koguse vajaliku pinnaenergia.
Et mõista, kuidas molekulid teevad tugevate sidemete loomise ja keemiliselt pindade puhastamise tööd, peame mõistma külgetõmmet, mis tõmbab molekulid kokku ja moodustab saadaoleva pinna kogu vaba energia.
Kui me räägime pinna energiast, siis räägime selle pinna võimest tööd teha.Sõna otseses mõttes on see pinna võime molekule liigutada - see liikumine nõuab energiat.Oluline on meeles pidada, et pind ja pinna moodustavad molekulid on samad.Ilma molekulideta pole pinda.Kui energiat pole, ei saa need molekulid liimile adsorbeeruvat tööd lõpule viia, seega puudub side.
Seetõttu on töö energiaga otseselt võrdeline.Rohkem tööd nõuab rohkem energiat.Veelgi enam, kui teil on rohkem energiat, suureneb teie töö.Molekuli funktsioneerimisvõime tuleneb selle külgetõmbest teiste molekulide suhtes.Need atraktiivsed jõud pärinevad mitmel erineval viisil, kuidas molekulid interakteeruvad.
Põhimõtteliselt interakteeruvad molekulid, kuna neil on positiivselt ja negatiivselt laetud molekulid ning nad tõmbavad molekulide vahele vastupidiseid laenguid.Molekuli ümber hõljub elektronide pilv.Nende pidevalt liikuvate elektronide tõttu on molekulil teatud ala molekulis muutuv laeng.Kui kõigi molekulide ümber on ühtlane laeng, ei tõmba ükski molekul üksteist ligi.Kujutage ette kahte kuullaagrit, iga kuullaagri pinnal on elektronide ühtlane jaotus.Kumbki ei tõmba teineteist ligi, sest mõlemal on negatiivne laeng ja positiivset laengut ei saa meelitada.
Õnneks on reaalses maailmas need elektroonilised pilved pidevas liikumises ja igal hetkel on positiivse või negatiivse laenguga piirkondi.Kui teil on igal ajahetkel kaks molekuli, mille ümber on juhuslikult laetud elektronid, on nende vahel väike külgetõmme.Jõudu, mis tekib positiivsete ja negatiivsete laengute juhuslikul ümberjaotumisel molekuli ümbritsevas elektronpilves, nimetatakse dispersioonijõuks.
Need jõud on väga nõrgad.Sõltumata molekuli struktuurist või koostisest on kõigi molekulide vahel dispersioonijõud, mis on otseselt vastupidine molekuli struktuuri poolt tekitatavale polaarjõule.
Näiteks dispersioonijõud on ainus jõud, mis eksisteerib lämmastiku molekulide vahel.Lämmastik on toatemperatuuril omamoodi gaas, kuna dispergeerimisjõud on liiga nõrk, ei talu termilist vibratsiooni isegi kõige mõõdukamal temperatuuril ega suuda lämmastiku molekule koos hoida.Alles siis, kui eemaldame peaaegu kogu soojusenergia, jahutades selle temperatuurini alla -195°C, muutub lämmastik vedelaks.Kui soojusenergia on piisavalt vähenenud, võib nõrgem dispersioonijõud ületada termilise vibratsiooni ja tõmmata lämmastiku molekulid kokku, moodustades vedeliku.
Kui vaatame vett, siis selle molekuli suurus ja mass on sarnased lämmastiku omaga, kuid veemolekulide struktuur ja koostis erinevad lämmastiku omast.Kuna vesi on väga polaarne molekul, tõmbavad molekulid üksteist väga tugevalt ligi ja vesi jääb vedelaks, kuni vee temperatuur tõuseb üle 100°C.Sellel temperatuuril ületab soojusenergia molekulaarse Polaarjõudude kooshoidmisel muutub vesi gaasiks.
Peamine mõistmine on tugevuse erinevus dispersioonijõu ja polaarjõu vahel, mis tõmbab molekule üksteise külge.Kui me räägime nende atraktiivsete jõudude tekitatud pinnaenergiast, pidage seda meeles.
Hajutatud pinnaenergia on osa pinnaenergiast, mis tekib elektronpilvede hajumisel materjali pinnal molekulides.Kogu pinnaenergia on molekulide üksteise külgetõmbe atraktiivne väljendus.Hajutatud pinnaenergiad on osa koguenergiast, isegi kui need on nõrgad ja kõikuvad komponendid.
Erinevate materjalide puhul on hajutatud pinnaenergia erinev.Väga aromaatsetes polümeerides (näiteks polüstüreen) on palju benseenirõngaid ja suhteliselt suured pinnaenergiat hajutavad komponendid.Samamoodi, kuna need sisaldavad suurt hulka heteroaatomeid (näiteks kloori), on PVC-l ka suhteliselt suur hajutatud pinnaenergia komponent kogu pinnaenergias.
Seetõttu sõltub dispersioonienergia roll tootmisprotsessis kasutatavatest materjalidest.Kuna aga dispersioonijõud ei sõltu peaaegu konkreetsest molekulaarstruktuurist, on nende kontrollimise viis väga piiratud.
Nendel fluktuatsioonidel põhinev hajutatud elektronide läbipainde vastastikmõju ei ole ainus viis, kuidas molekulid omavahel suhelda saavad.Teatud struktuuriomaduste tõttu, mis tekitavad molekulide vahel muid atraktiivseid jõude, võivad molekulid suhelda teiste molekulidega.Nende teiste jõudude klassifitseerimiseks on palju viise, näiteks happe-aluse interaktsioonid, kus molekulid interakteeruvad tänu nende võimele vastu võtta või annetada elektrone.
Mõnel molekulil on struktuursed omadused, mis tekitavad püsivaid dipoole, mis tähendab, et lisaks elektronide juhuslikule dispersioonile ümber molekuli on mõned molekuli osad alati positiivsemad või negatiivsemad kui teised.Need püsivad dipoolid on atraktiivsemad kui hajutavad interaktsioonid.
Oma struktuuri tõttu on mõnel molekulil püsivalt laetud piirkonnad, mis on kas positiivselt või negatiivselt laetud.Polaarpinna energia on pinnaenergia komponent, mis on põhjustatud nende laengute külgetõmbamisest molekulide vahel.
Saame hõlpsasti koondada kõik mittehajutavad interaktsioonid polaarsete vastastikmõjude kaitse alla.
Molekuli dispersiooniomadused sõltuvad molekuli suurusest, eriti sellest, kui palju elektrone ja prootoneid on olemas.Meil ei ole palju kontrolli elektronide ja prootonite arvu üle, mis piirab meie võimet kontrollida pinnaenergia dispersioonikomponenti.
Polaarne komponent sõltub aga prootonite ja elektronide asukohast – molekuli kujust.Elektronide ja prootonite jaotust saame muuta selliste ravimeetoditega nagu koroonaravi ja plasmaravi.See sarnaneb sellega, kuidas saame muuta plokksavi kuju, kuid see säilitab alati sama kvaliteedi.
Polaarjõud on väga olulised, kuna need on osa pinnaenergiast, mida me pinnatöötluse käigus kontrollime.Dipool-dipool-tõmbejõud on enamiku liimide, värvide ja trükivärvide ning pindade tugeva nakkumise põhjuseks.Puhastamise, leegi töötlemise, koroonatöötluse, plasmatöötluse või mis tahes muu pinnatöötluse abil saame pinnaenergia polaarset komponenti põhjalikult suurendada, parandades seeläbi adhesiooni.
Kasutades IPA lappi sama külge kaks korda samal pinnal, saab pinnale viia ainult madala energiatarbega aineid, mis vähendavad tahtmatult pinnaenergia polaarset komponenti.Lisaks võib pind olla ületöödeldud, mis lendub ja vähendab pinnaenergiat.Kui pinda üldse ei toodeta, muutub ka pinnaenergia polaarne komponent.Puhas säilituspind meelitab keskkonda molekule, sealhulgas pakkematerjale.See muudab pinna molekulaarset maastikku ja võib vähendada pinnaenergiat.
Vaevalt suudame dispersiooni suurust kontrollida.Need jõud on põhimõtteliselt fikseeritud ja dispersioonijõu muutmine pinnakvaliteedi kontrollimise vahendina, et saavutada tootmisprotsessi ajal usaldusväärne haardumine, on väike.
Pinna kujundamisel või muutmisel kujundame pinnaenergia polaarse komponendi omadusi.Seega, kui soovime välja töötada pinnatöötlusprotsessi materjali pinna kontrollimiseks, siis tahame kontrollida pinna polaarset koostist.
Pinna vaba energia on kõigi molekulide vahel mõjuvate üksikute jõudude summa.Pinnavaba energia jaoks on mõned valemid.Kui otsustame käsitleda kõiki mittehajutavaid jõude polaarjõududena, on pinna vaba energia arvutamine lihtne.Valem on:
Usaldusväärsete toodete valmistamisel, pinnatöötlusel, puhastamisel ja ettevalmistamisel on pinna vaba energia sama, mis pinnaenergia.
Erinevate protsessidega seotud tootmisnõuete tõttu, nagu vuugi nakkuvus, tindi õige nakkumine plastikule või nutitelefoni ekraani isepuhastuva katte toimivus, sõltuvad kõik juhtseadmest. pinna omadustest.Seetõttu on väga oluline mõista pinnaenergiat kui tootmiskontseptsiooni tagajärge.
Pinnaenergia tuleneb erinevatest viisidest, kuidas molekulid üksteist meelitavad.Molekulide vahelised polaarsed interaktsioonid on adhesiooni- ja puhastusprotsessi jaoks kõige olulisemad, kuna need molekulaarsed vastasmõjud on molekulaarsed vastasmõjud, mida saame kõige enam kontrollida pinnatöötluse, lihvimise, lihvimise, puhastamise, pühkimise või mõne muu pinna ettevalmistusmeetodi abil.
Liimide, trükivärvide ja katete väljatöötamisel on väga oluline teadmine polaarsusest ja dispersioonikompositsioonist ning pindpinevusest.Liimide, tintide, värvide ja kattekihtide abil valmistatud toodete puhul peame aga tavaliselt tähelepanu pöörama ainult pinnaenergia polaarsele komponendile, sest seda mõjutab tootmisprotsess.
Pinna koguenergia mõõtmine on suhteliselt keeruline ja vigadetundlik protsess.Ühe vedeliku, näiteks vee, kokkupuutenurga määrab aga peaaegu täielikult pinnaenergia polaarne komponent.Seetõttu saame pinnal oleva veetilga kõrguse poolt tekitatud nurka mõõtes hämmastava täpsusega teada, kuidas muutub pinnaenergia polaarne komponent.Üldiselt, mida suurem on pinnaenergia, seda väiksem on veepiiskade nii ligitõmbamise ja levimise või märgumise nurk.Madal pinnaenergia põhjustab vee kihistumist ja kahanemist pinnal väikesteks mullideks, moodustades suurema kontaktnurga.Selle kontaktnurga mõõtmise järjepidevus on seotud pinnaenergiaga ja seega ka haardumisvõimega, mis annab tootjatele usaldusväärse ja korratava võimaluse oma toodete tugevuse tagamiseks.
Kui soovite lisateavet tootmisprotsessi juhtimise kohta prognoositavamate tulemuste saavutamiseks, laadige alla meie tasuta e-raamat: Kontrollige protsessi käigus tootmisprotsessi prognoositavat nakkumist.See e-raamat on juhend protsesside jälgimiseks, kasutades ennustavat analüütikat – protsessi, mis välistab igasuguse oletuse pinnakvaliteedi säilitamise kohta kogu liimimisprotsessi vältel.
Postitusaeg: 29. märts 2021