kulmahelmi

Mitä eroa on pintavapaalla energialla ja pintaenergialla?Loppujen lopuksi tämä on puhtaasti semanttinen kysymys.Pinta vapaa energia on vapaata energiaa tietyssä tilassa (materiaalipinnassa).Termodynamiikan puhtaimmassa merkityksessä vapaalla energialla tarkoitetaan energiaa, jota voidaan käyttää toimimaan, aiheuttamaan vaikutuksia ja saamaan jotain tapahtumaan.Pinta vapaa energia liittyy energiaan, joka voidaan tehdä materiaalin pinnalle.
Valmistajille ja kaikille, jotka ovat mukana tarttumisessa, puhdistuksessa, liimauksessa, pinnoittamisessa, musteissa ja maaliformulaatioissa, tiivistämisessä tai missä tahansa muussa prosessissa, johon liittyy pintojen vuorovaikutusta muiden pintojen tai niiden ympäristön kanssa, pinnan vapaa energia lyhennetään yleensä vain pintaenergiaksi.
Pinnat ovat kriittisiä kaikille yllä luetelluille prosesseille, ja vaikka niillä on suora vaikutus tuotevalmistajien suorituskykyyn kaikilla toimialoilla, niitä ei usein mitata eikä siksi valvota.
Pinnan hallinta valmistuksessa tarkoittaa käytettyjen materiaalien pintaenergian hallintaa.
Pinta koostuu molekyyleistä, jotka ovat kemiallisesti vuorovaikutuksessa keskenään ja molekyyleistä, jotka muodostavat muiden materiaalien pinnan, joiden kanssa ne joutuvat kosketuksiin.Pintaenergian muuttamiseksi on ymmärrettävä, että nämä molekyylit voidaan poistaa puhdistamalla ja käsittelemällä, korvata tai muutoin käsitellä tuottamaan erilaisia ​​pintaenergiatasoja ja saavuttamaan halutut tulokset.Pintaenergian hallitsemiseksi sitä on mitattava koko pinnan kemian muutosprosessin ajan, jotta voidaan määrittää milloin ja kuinka paljon.Tällä tavalla voidaan saada tarkka määrä tarvittavaa pintaenergiaa sopivalla hetkellä tartunta- tai puhdistusprosessin aikana.
Ymmärtääksemme, kuinka molekyylit muodostavat vahvoja sidoksia ja puhdistavat pintoja kemiallisesti, meidän on ymmärrettävä vetovoima, joka vetää molekyylit yhteen ja muodostaa käytettävissä olevan pinnan vapaan kokonaisenergian.
Kun puhumme pinnan energiasta, puhumme pinnan kyvystä tehdä työtä.Kirjaimellisesti tämä on pinnan kyky siirtää molekyylejä - tämä liike vaatii energiaa.On tärkeää muistaa, että pinta ja pinnan muodostavat molekyylit ovat samat.Ilman molekyylejä ei ole pintaa.Jos energiaa ei ole, nämä molekyylit eivät voi suorittaa adsorboitumistyötä liimaan, joten sitoutumista ei ole.
Siksi työ on suoraan verrannollinen energiaan.Enemmän työtä vaatii enemmän energiaa.Lisäksi, jos sinulla on enemmän energiaa, työsi lisääntyy.Molekyylin kyky toimia johtuu sen vetovoimasta muihin molekyyleihin.Nämä houkuttelevat voimat tulevat useista eri tavoista, joilla molekyylit ovat vuorovaikutuksessa.
Pohjimmiltaan molekyylit ovat vuorovaikutuksessa, koska niillä on positiivisesti ja negatiivisesti varautuneita molekyylejä, ja ne houkuttelevat vastakkaisia ​​varauksia molekyylien väliin.Elektronipilvi kelluu molekyylin ympärillä.Näiden jatkuvasti liikkuvien elektronien vuoksi molekyylillä on vaihteleva varaus tietyn alueen molekyylissä.Jos kaikilla molekyyleillä on tasainen varaus ympärillään, mikään molekyyli ei houkuttele toisiaan.Kuvittele kaksi kuulalaakeria, kunkin kuulalaakerin pinnalla on tasainen elektronien jakautuminen.Kumpikaan ei houkuttele toisiaan, koska molemmilla on negatiivinen varaus, eikä positiivista varausta voida vetää puoleensa.
Onneksi todellisessa maailmassa nämä elektroniset pilvet ovat jatkuvassa liikkeessä, ja joka hetki on alueita, joissa on positiivisia tai negatiivisia varauksia.Jos sinulla on kaksi molekyyliä, joiden ympärillä on satunnaisesti varautuneita elektroneja milloin tahansa, niiden välillä on pieni vetovoima.Positiivisten ja negatiivisten varausten satunnaisen uudelleenjakauman synnyttämää voimaa elektronipilvessä molekyylin ympärillä kutsutaan dispersiovoimaksi.
Nämä voimat ovat erittäin heikkoja.Molekyylin rakenteesta tai koostumuksesta riippumatta kaikkien molekyylien välillä on dispersiovoima, joka on suoraan päinvastainen molekyylin rakenteen synnyttämän polaarisen voiman kanssa.
Esimerkiksi dispersiovoima on ainoa voima, joka on olemassa typpimolekyylien välillä.Huoneenlämmössä typpi on eräänlainen kaasu, koska hajotusvoima on liian heikko, se ei kestä lämpövärähtelyä edes maltillisimmassa lämpötilassa, eikä se voi pitää typpimolekyylejä yhdessä.Vasta kun poistamme lähes kaiken lämpöenergian jäähdyttämällä sen alle -195°C:een, typpi muuttuu nestemäiseksi.Kun lämpöenergiaa on vähennetty riittävästi, heikompi dispersiovoima voi voittaa lämpövärähtelyn ja vetää typpimolekyylit yhteen muodostaen nestettä.
Jos katsomme vettä, sen molekyylikoko ja massa ovat samanlaisia ​​kuin typen, mutta vesimolekyylien rakenne ja koostumus eroavat typen rakenteesta ja koostumuksesta.Koska vesi on erittäin polaarinen molekyyli, molekyylit vetävät toisiaan hyvin puoleensa ja vesi pysyy nestemäisenä, kunnes veden lämpötila nousee yli 100°C.Tässä lämpötilassa lämpöenergia voittaa molekyylin. Polaaristen voimien pysyessä yhdessä vesi muuttuu kaasuksi.
Keskeinen asia, joka on ymmärrettävä, on dispersiovoiman ja molekyylejä toisiaan puoleensa vetävän polaarisen voiman välinen ero.Kun puhumme näiden houkuttelevien voimien tuottamasta pintaenergiasta, pidä tämä mielessä.
Dispergoitu pintaenergia on osa pintaenergiaa, joka syntyy elektronipilvien hajoamisesta materiaalin pinnalla oleviin molekyyleihin.Kokonaispintaenergia on houkutteleva ilmaus molekyylien vetovoimasta toisiinsa.Hajallaan olevat pintaenergiat ovat osa kokonaisenergiaa, vaikka ne olisivatkin heikkoja ja vaihtelevia komponentteja.
Eri materiaaleille hajallaan oleva pintaenergia on erilainen.Erittäin aromaattisissa polymeereissä (kuten polystyreenissä) on monia bentseenirenkaita ja suhteellisen suuria pintaenergiaa hajottavia komponentteja.Vastaavasti, koska PVC:llä on suuri määrä heteroatomeja (kuten klooria), sen kokonaispintaenergiassa on myös suhteellisen suuri hajallaan oleva pintaenergiakomponentti.
Siksi dispersioenergian rooli valmistusprosessissa riippuu käytetyistä materiaaleista.Kuitenkin, koska dispersiovoima tuskin riippuu tietystä molekyylirakenteesta, tapa hallita niitä on hyvin rajallinen.
Näihin vaihteluihin perustuva sironneen elektronin taipuman vuorovaikutus ei ole molekyylien ainoa tapa olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa.Tiettyjen rakenteellisten ominaisuuksien vuoksi, jotka luovat muita houkuttelevia voimia molekyylien välille, molekyylit voivat olla vuorovaikutuksessa muiden molekyylien kanssa.On monia tapoja luokitella nämä muut voimat, kuten happo-emäsvuorovaikutukset, joissa molekyylit ovat vuorovaikutuksessa kykynsä vastaanottaa tai luovuttaa elektroneja.
Joillakin molekyyleillä on rakenteellisia piirteitä, jotka tuottavat pysyviä dipoleja, mikä tarkoittaa, että elektronien satunnaisen dispersion lisäksi molekyylin ympärillä jotkut molekyylin osat ovat aina positiivisempia tai negatiivisempia kuin toiset.Nämä pysyvät dipolit ovat houkuttelevampia kuin dispersiiviset vuorovaikutukset.
Rakenteensa vuoksi joissakin molekyyleissä on pysyvästi varautuneita alueita, jotka ovat joko positiivisesti tai negatiivisesti varautuneita.Napapintaenergia on pintaenergian komponentti, joka johtuu näiden varausten vetovoimasta molekyylien välillä.
Voimme helposti keskittää kaikki ei-dispersiiviset vuorovaikutukset polaaristen vuorovaikutusten suojan alle.
Molekyylin dispersio-ominaisuudet riippuvat molekyylin koosta, erityisesti kuinka monta elektronia ja protonia on läsnä.Meillä ei ole paljon hallintaa elektronien ja protonien lukumäärään, mikä rajoittaa kykyämme hallita pintaenergian dispersiokomponenttia.
Polaarinen komponentti riippuu kuitenkin protonien ja elektronien sijainnista - molekyylin muodosta.Voimme muuttaa elektronien ja protonien jakautumista hoitomenetelmillä, kuten korona- ja plasmakäsittelyllä.Tämä on samanlaista kuin kuinka voimme muuttaa lohkosaven muotoa, mutta se säilyttää aina saman laadun.
Napavoimat ovat erittäin tärkeitä, koska ne ovat osa pintaenergiaa, jota hallitsemme pintakäsittelyjä tehdessämme.Dipoli-dipoli vetovoima on syy useimpien liimojen, maalien ja musteiden ja pintojen väliseen vahvaan tarttumiseen.Puhdistuksen, liekkikäsittelyn, koronakäsittelyn, plasmakäsittelyn tai minkä tahansa muun pintakäsittelyn avulla voimme perusteellisesti lisätä pintaenergian polaarista komponenttia ja parantaa siten tarttuvuutta.
Käyttämällä samaa IPA-pyyhkeen puolta kahdesti samalla pinnalla, pinnalle voidaan päästää vain vähän energiaa sisältäviä aineita vähentämään vahingossa pintaenergian polaarista komponenttia.Lisäksi pinta voi olla ylikäsitelty, mikä haihtuu ja vähentää pintaenergiaa.Kun pintaa ei valmisteta ollenkaan, myös pintaenergian polaarinen komponentti muuttuu.Puhdas säilytyspinta houkuttelee ympäristössä olevia molekyylejä, mukaan lukien pakkausmateriaalit.Tämä muuttaa pinnan molekyylimaisemaa ja voi vähentää pintaenergiaa.
Dispersion kokoa tuskin pystymme hallitsemaan.Nämä voimat ovat pohjimmiltaan kiinteitä, ja ei ole juurikaan arvoa yrittää muuttaa dispersiovoimaa keinona hallita pinnan laatua luotettavan adheesion saavuttamiseksi valmistusprosessin aikana.
Kun suunnittelemme tai muokkaamme pintaa, suunnittelemme pintaenergian polaarisen komponentin ominaisuuksia.Siksi, jos haluamme kehittää pintakäsittelyprosessin materiaalin pinnan hallitsemiseksi, haluamme hallita pinnan polaarista koostumusta.
Pinta vapaa energia on kaikkien molekyylien välillä vaikuttavien yksittäisten voimien summa.Pintavapaalle energialle on joitain kaavoja.Jos päätetään käsitellä kaikkia ei-dispersiivisiä voimia polaarisina voimina, pinnan vapaan energian laskenta on yksinkertaista.Kaava on:
Luotettavien tuotteiden valmistuksessa, pintakäsittelyssä, puhdistuksessa ja esikäsittelyssä pinnan vapaa energia on sama kuin pintaenergia.
Eri prosesseihin liittyvien tuotantovaatimusten vuoksi, kuten liitoksen tarttuvuus, musteen asianmukainen tarttuminen muoviin tai älypuhelimen näytön "itsepuhdistuvan" pinnoitteen pinnoituskyky, kaikki riippuvat ohjauksesta. pinnan ominaisuuksista.Siksi on erittäin tärkeää ymmärtää pintaenergia valmistuskonseptin seurauksena.
Pintaenergia tulee eri tavoista, joilla molekyylit houkuttelevat toisiaan.Molekyylien väliset polaariset vuorovaikutukset ovat tärkeimpiä kiinnittymis- ja puhdistusprosessin kannalta, koska nämä molekyylitason vuorovaikutukset ovat niitä molekyylivuorovaikutuksia, joita voimme parhaiten hallita pintakäsittelyllä, hiomalla, hiomalla, puhdistamalla, pyyhkimällä tai millä tahansa muulla pinnankäsittelymenetelmällä.
Polaarisuuden ja dispersiokoostumuksen sekä pintajännityksen tuntemus on erittäin tärkeää liimojen, musteiden ja pinnoitteiden kehittämisessä.Liimoilla, musteilla, maaleilla ja pinnoitteilla valmistetuissa tuotteissa on kuitenkin yleensä kiinnitettävä huomiota vain pintaenergian polaariseen komponenttiin, koska se on sellainen, johon valmistusprosessi vaikuttaa.
Kokonaispintaenergian mittaaminen on suhteellisen monimutkainen ja virhealtis prosessi.Kuitenkin yksittäisen nesteen, kuten veden, kosketuskulma määräytyy lähes kokonaan pintaenergian polaarisen komponentin mukaan.Siksi mittaamalla pinnalla olevan vesipisaran korkeuden muodostaman kulman voimme tietää hämmästyttävällä tarkkuudella kuinka pintaenergian polaarinen komponentti muuttuu.Yleisesti ottaen mitä suurempi pintaenergia on, sitä pienempi on vesipisaroiden vetäytymisen ja leviämisen tai kastumisen aiheuttama kulma.Alhainen pintaenergia saa veden halkeilemaan ja kutistumaan pinnalle pieniksi kupliksi muodostaen suuremman kosketuskulman.Tämän kosketuskulmamittauksen johdonmukaisuus liittyy pintaenergiaan ja siten tartuntakykyyn, mikä tarjoaa valmistajille luotettavan ja toistettavan tavan varmistaa tuotteidensa lujuus.
Saat lisätietoja valmistusprosessin ohjaamisesta ennustettavampien tulosten saavuttamiseksi lataamalla ilmainen e-kirjamme: Tarkista ennustettava tarttuvuus valmistuksessa prosessin aikana.Tämä e-kirja on oppaasi prosessien seurantaan käyttämällä ennakoivaa analytiikkaa, prosessia, joka eliminoi kaikki arvaukset pinnanlaadun säilyttämisestä koko liimausprosessin ajan.