Aký je rozdiel medzi povrchovou voľnou energiou a povrchovou energiou?V konečnom dôsledku ide o čisto sémantickú otázku.Voľná povrchová energia je voľná energia v špecifickom priestore (povrch materiálu).V najčistejšom zmysle termodynamiky sa voľná energia vzťahuje na energiu, ktorú možno použiť na prácu, spôsobenie účinkov a na uskutočnenie niečoho.Voľná povrchová energia súvisí s energiou, ktorá môže byť vykonaná na povrchu materiálu.
Pre výrobcov a kohokoľvek, kto sa podieľa na adhézii, čistení, lepení, náteroch, atramentoch a formuláciách farieb, tesnení alebo akomkoľvek inom procese zahŕňajúcom interakciu povrchov s inými povrchmi alebo ich prostredím, sa voľná povrchová energia zvyčajne skráti len na povrchovú energiu.
Povrchy sú rozhodujúce pre všetky vyššie uvedené procesy a aj keď majú priamy vplyv na výkonnosť výrobcov produktov vo všetkých odvetviach, často nie sú merané, a preto nie sú kontrolované.
Riadenie povrchu vo výrobe sa týka riadenia povrchovej energie použitých materiálov.
Povrch je zložený z molekúl, ktoré medzi sebou chemicky interagujú, a molekúl, ktoré tvoria povrch iných materiálov, s ktorými prichádzajú do kontaktu.Aby sa zmenila povrchová energia, musí sa chápať, že tieto molekuly možno odstrániť čistením a úpravou, nahradiť alebo inak spracovať, aby sa vytvorili rôzne úrovne povrchovej energie a dosiahli sa požadované výsledky.Aby bolo možné regulovať povrchovú energiu, musí sa merať počas procesu zmeny chémie povrchu, aby sa určilo kedy a o koľko.Týmto spôsobom je možné získať presné množstvo potrebnej povrchovej energie vo vhodnom čase počas procesu lepenia alebo čistenia.
Aby sme pochopili, ako molekuly fungujú pri vytváraní silných väzieb a chemickom čistení povrchov, musíme pochopiť príťažlivosť, ktorá priťahuje molekuly k sebe a tvorí celkovú voľnú energiu dostupného povrchu.
Keď hovoríme o energii povrchu, hovoríme o schopnosti tohto povrchu konať prácu.Doslova ide o schopnosť povrchu pohybovať molekulami – tento pohyb si vyžaduje energiu.Je dôležité si uvedomiť, že povrch a molekuly, ktoré tvoria povrch, sú rovnaké.Bez molekúl nie je povrch.Ak neexistuje žiadna energia, tieto molekuly nemôžu dokončiť prácu adsorbovania na lepidle, takže nedochádza k žiadnej väzbe.
Preto je práca priamo úmerná energii.Viac práce si vyžaduje viac energie.Navyše, ak máte viac energie, vaša práca sa zvýši.Schopnosť molekuly fungovať pochádza z jej príťažlivosti k iným molekulám.Tieto príťažlivé sily pochádzajú z niekoľkých rôznych spôsobov interakcie molekúl.
V zásade molekuly interagujú, pretože majú pozitívne a negatívne nabité molekuly a medzi molekulami priťahujú opačné náboje.Okolo molekuly pláva oblak elektrónov.Kvôli týmto neustále sa pohybujúcim elektrónom má molekula premenlivý náboj v molekule danej oblasti.Ak majú všetky molekuly okolo seba jednotný náboj, žiadne molekuly sa nebudú navzájom priťahovať.Predstavte si dve guľôčkové ložiská, každé guľôčkové ložisko má na svojom povrchu rovnomerné rozloženie elektrónov.Ani jeden sa nebude navzájom priťahovať, pretože obaja majú negatívny náboj a žiadny pozitívny náboj sa nedá pritiahnuť.
Našťastie v reálnom svete sú tieto elektronické oblaky v neustálom pohybe a v každom okamihu existujú oblasti s kladným alebo záporným nábojom.Ak máte dve molekuly s náhodne nabitými elektrónmi okolo nich v akomkoľvek časovom bode, budú medzi nimi trochu príťažlivé.Sila generovaná náhodným prerozdelením kladných a záporných nábojov v elektrónovom oblaku okolo molekuly sa nazýva disperzná sila.
Tieto sily sú veľmi slabé.Bez ohľadu na štruktúru alebo zloženie molekuly existuje medzi všetkými molekulami disperzná sila, ktorá je priamo opačná k polárnej sile generovanej štruktúrou molekuly.
Napríklad disperzná sila je jedinou silou, ktorá existuje medzi molekulami dusíka.Pri izbovej teplote je dusík druh plynu, pretože disperzná sila je príliš slabá, nedokáže odolávať tepelným vibráciám ani pri najmiernejšej teplote a nedokáže udržať molekuly dusíka pohromade.Až keď odstránime takmer všetku tepelnú energiu ochladením pod -195°C, stane sa dusík tekutým.Akonáhle je tepelná energia dostatočne znížená, slabšia disperzná sila môže prekonať tepelné vibrácie a stiahnuť molekuly dusíka dohromady, aby vytvorili kvapalinu.
Ak sa pozrieme na vodu, jej molekulová veľkosť a hmotnosť sú podobné molekulám a hmotnosti dusíka, ale štruktúra a zloženie molekúl vody sa líšia od molekúl dusíka.Keďže voda je veľmi polárna molekula, molekuly sa budú navzájom veľmi silne priťahovať a voda zostane tekutá, kým teplota vody nevystúpi nad 100 °C.Pri tejto teplote tepelná energia prekoná molekulárnu S polárnymi silami držanými pohromade sa voda stáva plynom.
Kľúčovým bodom, ktorý treba pochopiť, je rozdiel v sile medzi disperznou silou a polárnou silou, ktorá priťahuje molekuly k sebe.Keď hovoríme o povrchovej energii produkovanej týmito príťažlivými silami, majte to prosím na pamäti.
Rozptýlená povrchová energia je súčasťou povrchovej energie, ktorá vzniká rozptylom elektrónových oblakov v molekulách na povrchu materiálu.Celková povrchová energia je atraktívnym vyjadrením vzájomnej príťažlivosti molekúl.Rozptýlené povrchové energie sú súčasťou celkovej energie, aj keď ide o slabé a kolísavé zložky.
Pre rôzne materiály je rozptýlená povrchová energia odlišná.Vysoko aromatické polyméry (ako je polystyrén) majú veľa benzénových kruhov a relatívne veľké zložky dispergujúce povrchovú energiu.Podobne, pretože PVC obsahuje veľký počet heteroatómov (ako je chlór), má tiež relatívne veľkú zložku rozptýlenej povrchovej energie v ich celkovej povrchovej energii.
Preto úloha disperznej energie vo výrobnom procese závisí od použitých materiálov.Keďže však disperzná sila takmer nezávisí od špecifickej molekulárnej štruktúry, spôsob ich kontroly je veľmi obmedzený.
Interakcia vychýlenia rozptýlených elektrónov na základe týchto fluktuácií nie je jediným spôsobom, ako môžu molekuly navzájom interagovať.Kvôli určitým štrukturálnym vlastnostiam, ktoré vytvárajú ďalšie príťažlivé sily medzi molekulami, môžu molekuly interagovať s inými molekulami.Existuje mnoho spôsobov, ako klasifikovať tieto ďalšie sily, ako sú acidobázické interakcie, kde molekuly interagujú prostredníctvom svojej schopnosti prijímať alebo darovať elektróny.
Niektoré molekuly majú štruktúrne znaky, ktoré vytvárajú permanentné dipóly, čo znamená, že okrem náhodného rozptylu elektrónov okolo molekuly sú niektoré časti molekuly vždy pozitívnejšie alebo negatívnejšie ako iné.Tieto permanentné dipóly sú atraktívnejšie ako disperzné interakcie.
Kvôli svojej štruktúre majú niektoré molekuly trvalo nabité oblasti, ktoré sú buď pozitívne alebo negatívne nabité.Polárna povrchová energia je súčasťou povrchovej energie, ktorá je spôsobená priťahovaním týchto nábojov medzi molekulami.
Všetky nedisperzné interakcie môžeme ľahko sústrediť pod ochranu polárnych interakcií.
Disperzné vlastnosti molekuly sú funkciou veľkosti molekuly, najmä počtu prítomných elektrónov a protónov.Nemáme veľkú kontrolu nad počtom elektrónov a protónov, čo obmedzuje našu schopnosť kontrolovať disperznú zložku povrchovej energie.
Polárna zložka však závisí od polohy protónov a elektrónov - tvaru molekuly.Môžeme zmeniť distribúciu elektrónov a protónov pomocou liečebných metód, ako je korónové ošetrenie a plazmové ošetrenie.Je to podobné, ako môžeme meniť tvar blokovej hliny, ale vždy si zachová rovnakú kvalitu.
Polárne sily sú veľmi dôležité, pretože sú súčasťou povrchovej energie, ktorú riadime, keď vykonávame povrchové úpravy.Dipól-dipólová príťažlivosť je príčinou silnej adhézie medzi väčšinou lepidiel, farieb a atramentov a povrchov.Čistením, plameňom, korónou, plazmou alebo akoukoľvek inou formou povrchovej úpravy dokážeme zásadne zvýšiť polárnu zložku povrchovej energie a tým zlepšiť priľnavosť.
Použitím tej istej strany utierky IPA dvakrát na ten istý povrch sa na povrch môžu dostať iba nízkoenergetické látky, aby sa neúmyselne znížila polárna zložka povrchovej energie.Okrem toho môže byť povrch nadmerne upravený, čo prchá a znižuje povrchovú energiu.Keď sa povrch vôbec nevytvorí, zmení sa aj polárna zložka povrchovej energie.Čistý úložný povrch priťahuje molekuly v prostredí, vrátane obalových materiálov.To mení molekulárnu krajinu povrchu a môže znížiť povrchovú energiu.
Len ťažko môžeme kontrolovať veľkosť rozptylu.Tieto sily sú v podstate fixné a má malý význam snažiť sa zmeniť disperznú silu ako prostriedok kontroly kvality povrchu na dosiahnutie spoľahlivej adhézie počas výrobného procesu.
Keď navrhujeme alebo upravujeme povrch, navrhujeme vlastnosti polárnej zložky povrchovej energie.Preto, ak chceme vyvinúť proces povrchovej úpravy na kontrolu povrchu materiálu, potom chceme kontrolovať polárne zloženie povrchu.
Voľná povrchová energia je súčtom všetkých jednotlivých síl pôsobiacich medzi molekulami.Existuje niekoľko vzorcov pre voľnú povrchovú energiu.Ak sa rozhodneme považovať všetky nedisperzné sily za polárne sily, výpočet voľnej povrchovej energie je jednoduchý.Vzorec je:
Pri výrobe spoľahlivých produktov, povrchovej úprave, čistení a príprave je voľná povrchová energia rovnaká ako povrchová energia.
Vzhľadom na výrobné požiadavky spojené s rôznymi procesmi, ako je priľnavosť spoja, správna priľnavosť atramentu na plast alebo výkonnosť „samočistiacej“ vrstvy na obrazovke smartfónu, všetko závisí od ovládania. povrchových vlastností.Preto je veľmi dôležité pochopiť povrchovú energiu ako dôsledok výrobného konceptu.
Povrchová energia pochádza z rôznych spôsobov, akými sa molekuly navzájom priťahujú.Polárne interakcie medzi molekulami sú najdôležitejšie pre proces adhézie a čistenia, pretože tieto interakcie na molekulárnej úrovni sú molekulárne interakcie, ktoré môžeme najviac kontrolovať úpravou povrchu, brúsením, brúsením, čistením, utieraním alebo akýmikoľvek inými metódami prípravy povrchu.
Znalosť polarity a disperzného zloženia a povrchového napätia je veľmi dôležitá pre vývoj lepidiel, farieb a náterov.Pri produktoch vyrábaných pomocou lepidiel, atramentov, farieb a náterov však zvyčajne musíme venovať pozornosť len polárnej zložke povrchovej energie, pretože je to tá, ktorá je ovplyvnená výrobným procesom.
Meranie celkovej povrchovej energie je pomerne zložitý proces náchylný na chyby.Avšak kontaktný uhol jednej kvapaliny, ako je voda, je takmer úplne určený polárnou zložkou povrchovej energie.Preto meraním uhla vytváraného výškou kvapky vody na povrchu môžeme s úžasnou presnosťou vedieť, ako sa mení polárna zložka povrchovej energie.Vo všeobecnosti platí, že čím vyššia je povrchová energia, tým menší je uhol spôsobený tým, že kvapky vody sú priťahované a šíria sa alebo zvlhčujú.Nízka povrchová energia spôsobí, že sa voda zrazí a zmrští na malé bublinky na povrchu, čím sa vytvorí väčší kontaktný uhol.Konzistentnosť tohto merania kontaktného uhla súvisí s povrchovou energiou, a teda s výkonom adhézie, čo výrobcom poskytuje spoľahlivý a opakovateľný spôsob, ako zabezpečiť pevnosť svojich produktov.
Ak sa chcete dozvedieť viac o riadení výrobného procesu s cieľom dosiahnuť predvídateľnejšie výsledky, stiahnite si našu bezplatnú e-knihu: Overte predvídateľnú priľnavosť vo výrobe prostredníctvom procesu.Táto e-kniha je vaším sprievodcom monitorovaním procesov pomocou prediktívnej analýzy, procesu, ktorý eliminuje všetky dohady o zachovaní kvality povrchu počas procesu lepenia.
Čas odoslania: 29. marca 2021