Yüzey serbest enerjisi ile yüzey enerjisi arasındaki fark nedir?Son tahlilde bu tamamen anlamsal bir sorudur.Yüzey serbest enerjisi, belirli bir uzaydaki (malzeme yüzeyi) serbest enerjidir.Termodinamiğin en saf anlamında serbest enerji; çalışmak, etkilere neden olmak ve bir şeyin gerçekleşmesini sağlamak için kullanılabilecek enerjiyi ifade eder.Yüzey serbest enerjisi, malzemenin yüzeyinde yapılabilecek enerji ile ilgilidir.
Üreticiler ve yapıştırma, temizleme, yapıştırma, kaplamalar, mürekkepler ve boya formülasyonları, sızdırmazlık veya yüzeylerin diğer yüzeylerle veya çevreleriyle etkileşimini içeren diğer işlemlerle ilgilenen herkes için yüzey serbest enerjisi genellikle yalnızca Yüzey enerjisine kısaltılır.
Yüzeyler yukarıda listelenen tüm süreçler için kritik öneme sahiptir ve tüm sektörlerdeki ürün üreticilerinin performansı üzerinde doğrudan etkiye sahip olsalar bile çoğu zaman ölçülmez ve dolayısıyla kontrol edilmez.
İmalatta yüzeyin kontrol edilmesi, kullanılan malzemelerin yüzey enerjisinin kontrol edilmesi anlamına gelir.
Yüzey, birbirleriyle kimyasal olarak etkileşime giren moleküllerden ve temas ettikleri diğer malzemelerin yüzeyini oluşturan moleküllerden oluşur.Yüzey enerjisini değiştirmek için, bu moleküllerin temizleme ve işleme yoluyla uzaklaştırılabileceği, değiştirilebileceği veya farklı düzeylerde yüzey enerjisi üretmek ve istenen sonuçları elde etmek için başka şekilde manipüle edilebileceği anlaşılmalıdır.Yüzey enerjisini kontrol etmek için, yüzey kimyasının ne zaman ve ne kadar değiştirileceğinin belirlenmesi süreci boyunca ölçülmesi gerekir.Bu sayede yapıştırma veya temizleme işlemi sırasında gerekli yüzey enerjisinin tam miktarı uygun zamanda elde edilebilir.
Moleküllerin güçlü bağlar kurma ve yüzeyleri kimyasal olarak temizleme işini nasıl yaptığını anlamak için, molekülleri bir araya getiren ve mevcut yüzeyin toplam serbest enerjisini oluşturan çekim kuvvetini anlamamız gerekir.
Yüzeyin enerjisinden bahsettiğimizde o yüzeyin iş yapabilme yeteneğinden bahsediyoruz.Kelimenin tam anlamıyla bu, yüzeyin molekülleri hareket ettirme yeteneğidir; bu hareket enerji gerektirir.Bir yüzeyin ve yüzeyi oluşturan moleküllerin aynı olduğunu unutmamak önemlidir.Moleküller olmadan yüzey olmaz.Enerji yoksa bu moleküller yapıştırıcıya adsorbe olma işini tamamlayamaz, dolayısıyla bağlanma olmaz.
Bu nedenle iş enerjiyle doğru orantılıdır.Daha fazla iş daha fazla enerji gerektirir.Üstelik enerjiniz fazlaysa işleriniz de artacaktır.Bir molekülün görev yapabilme yeteneği diğer moleküllere olan ilgisinden kaynaklanır.Bu çekici kuvvetler, moleküllerin etkileşime girdiği birkaç farklı yoldan gelir.
Temel olarak moleküller pozitif ve negatif yüklü moleküllere sahip oldukları için etkileşime girerler ve moleküller arasındaki zıt yükleri çekerler.Molekülün etrafında bir elektron bulutu yüzer.Sürekli hareket eden bu elektronlar nedeniyle molekül, belirli bir alandaki molekülde değişken bir yüke sahiptir.Eğer tüm moleküllerin etrafında eşit bir yük varsa hiçbir molekül birbirini çekmeyecektir.İki bilyeli yatak hayal edin; her bir bilyenin yüzeyinde eşit bir elektron dağılımı vardır.İkisi de birbirini çekmeyecek çünkü her ikisinin de negatif yükü var ve hiçbir pozitif yük çekilemez.
Neyse ki gerçek dünyada bu elektronik bulutlar sürekli hareket halindedir ve her an pozitif ya da negatif yük taşıyan alanlar mevcuttur.Herhangi bir zamanda etraflarında rastgele yüklü elektronlar bulunan iki molekülünüz varsa, aralarında küçük bir çekim olacaktır.Molekül etrafındaki elektron bulutundaki pozitif ve negatif yüklerin rastgele yeniden dağıtılmasıyla oluşturulan kuvvete dağılım kuvveti denir.
Bu kuvvetler çok zayıftır.Molekülün yapısı veya bileşimi ne olursa olsun, tüm moleküller arasında, molekülün yapısının oluşturduğu kutupsal kuvvetin tam tersi bir dispersiyon kuvveti vardır.
Örneğin, dağılma kuvveti nitrojen molekülleri arasında var olan tek kuvvettir.Oda sıcaklığında nitrojen bir tür gazdır, çünkü dağıtma kuvveti çok zayıftır, en orta sıcaklıkta bile termal titreşime karşı koyamaz ve nitrojen moleküllerini bir arada tutamaz.Sadece ısı enerjisinin neredeyse tamamını -195°C'nin altına soğutarak ortadan kaldırdığımızda nitrojen sıvı hale gelir.Termal enerji yeterince azaltıldığında, daha zayıf olan dağılım kuvveti termal titreşimin üstesinden gelebilir ve nitrojen moleküllerini bir sıvı oluşturacak şekilde bir araya getirebilir.
Suya baktığımızda molekül büyüklüğü ve kütlesi nitrojeninkine benzer, ancak su moleküllerinin yapısı ve bileşimi nitrojenden farklıdır.Su çok polar bir molekül olduğundan moleküller birbirini çok kuvvetli çekecek ve suyun sıcaklığı 100°C'nin üzerine çıkana kadar su sıvı kalacaktır.Bu sıcaklıkta ısı enerjisi molekülleri yener. Kutupsal kuvvetlerin bir arada tutulmasıyla su gaz haline gelir.
Anlaşılması gereken en önemli nokta, dağılma kuvveti ile molekülleri birbirine çeken kutupsal kuvvet arasındaki güç farkıdır.Bu çekici kuvvetlerin ürettiği yüzey enerjisinden bahsederken lütfen bunu aklınızda bulundurun.
Dağınık yüzey enerjisi, malzemenin yüzeyindeki moleküllerdeki elektron bulutlarının dağılmasıyla üretilen yüzey enerjisinin bir parçasıdır.Toplam yüzey enerjisi moleküllerin birbirlerine olan çekimlerinin çekici bir ifadesidir.Dağınık yüzey enerjileri, zayıf ve dalgalanan bileşenler olsa bile toplam enerjinin bir parçasıdır.
Farklı malzemeler için dağılmış yüzey enerjisi farklıdır.Oldukça aromatik polimerler (polistiren gibi) birçok benzen halkasına ve nispeten büyük yüzey enerjisi dağıtıcı bileşenlere sahiptir.Benzer şekilde, çok sayıda heteroatom (klor gibi) içerdikleri için PVC de toplam yüzey enerjisinde nispeten büyük bir dağılmış yüzey enerjisi bileşenine sahiptir.
Bu nedenle üretim sürecinde dispersiyon enerjisinin rolü kullanılan malzemelere bağlıdır.Ancak dispersiyon kuvveti spesifik moleküler yapıya pek bağlı olmadığından bunları kontrol etmenin yolu oldukça sınırlıdır.
Bu dalgalanmalara bağlı olarak saçılan elektron sapmasının etkileşimi, moleküllerin birbirleriyle etkileşime girmesinin tek yolu değildir.Moleküller arasında başka çekici kuvvetler yaratan bazı yapısal özellikler nedeniyle moleküller diğer moleküllerle etkileşime girebilir.Moleküllerin elektron kabul etme veya bağışlama yetenekleri aracılığıyla etkileşime girdiği asit-baz etkileşimleri gibi bu diğer kuvvetleri sınıflandırmanın birçok yolu vardır.
Bazı moleküller, kalıcı dipoller üreten yapısal özelliklere sahiptir; bu, elektronların molekül etrafındaki rastgele dağılımına ek olarak, molekülün bazı kısımlarının her zaman diğerlerinden daha pozitif veya negatif olduğu anlamına gelir.Bu kalıcı dipoller dağıtıcı etkileşimlerden daha çekicidir.
Yapıları gereği bazı moleküller, pozitif veya negatif yüklü, kalıcı olarak yüklü bölgelere sahiptir.Polar yüzey enerjisi, bu yüklerin moleküller arasında çekilmesinden kaynaklanan yüzey enerjisinin bir bileşenidir.
Dağılmayan tüm etkileşimleri kutupsal etkileşimlerin koruması altında kolaylıkla yoğunlaştırabiliriz.
Bir molekülün dağılım özellikleri, molekülün büyüklüğünün, özellikle kaç elektron ve protonun mevcut olduğunun bir fonksiyonudur.Elektron ve protonların sayısı üzerinde fazla bir kontrolümüz yok, bu da yüzey enerjisinin dağılım bileşenini kontrol etme yeteneğimizi sınırlıyor.
Ancak polar bileşen protonların ve elektronların konumuna, yani molekülün şekline bağlıdır.Korona tedavisi, plazma tedavisi gibi tedavi yöntemleriyle elektron ve protonların dağılımını değiştirebiliriz.Bu, blok kilin şeklini nasıl değiştirebileceğimize benzer, ancak her zaman aynı kaliteyi koruyacaktır.
Polar kuvvetler çok önemlidir çünkü yüzey işlemlerini gerçekleştirirken kontrol ettiğimiz yüzey enerjisinin bir parçasıdırlar.Dipol-dipol çekimi çoğu yapıştırıcı, boya, mürekkep ve yüzey arasındaki güçlü yapışmanın nedenidir.Temizleme, alev işlemi, korona işlemi, plazma işlemi veya diğer herhangi bir yüzey işlemi yoluyla yüzey enerjisinin polar bileşenini temel olarak artırabilir ve böylece yapışmayı geliştirebiliriz.
IPA mendilin aynı tarafı aynı yüzeyde iki kez kullanıldığında, yüzey enerjisinin polar bileşenini istemeden azaltmak için yüzeye yalnızca düşük enerjili maddeler verilebilir.Ayrıca yüzeye aşırı işlem uygulanmış olabilir, bu da buharlaşarak yüzey enerjisini azaltır.Yüzey hiç üretilmediğinde yüzey enerjisinin polar bileşeni de değişecektir.Temiz bir depolama yüzeyi, ambalaj malzemeleri de dahil olmak üzere çevredeki molekülleri çeker.Bu, yüzeyin moleküler yapısını değiştirir ve yüzey enerjisini azaltabilir.
Dağılımın boyutunu zorlukla kontrol edebiliyoruz.Bu kuvvetler temelde sabittir ve üretim süreci sırasında güvenilir yapışma elde etmek için yüzey kalitesini kontrol etme aracı olarak dağılım kuvvetini değiştirmeye çalışmanın çok az değeri vardır.
Yüzeyi tasarladığımızda veya değiştirdiğimizde, yüzey enerjisinin polar bileşeninin özelliklerini tasarlıyoruz.Bu nedenle, malzemenin yüzeyini kontrol etmek için bir yüzey işleme prosesi geliştirmek istiyorsak, o zaman yüzeyin polar bileşimini de kontrol etmek isteriz.
Yüzey serbest enerjisi, moleküller arasında etki eden tüm bireysel kuvvetlerin toplamıdır.Yüzey serbest enerjisi için bazı formüller vardır.Dağıtıcı olmayan tüm kuvvetleri kutupsal kuvvetler olarak ele almaya karar verirsek, yüzey serbest enerjisinin hesaplanması basittir.Formül:
Güvenilir ürünlerin üretiminde, yüzey işlemede, temizlemede ve hazırlamada yüzey serbest enerjisi yüzey enerjisiyle aynıdır.
Bağlantının yapışma performansı, mürekkebin plastiğe düzgün şekilde yapışması veya akıllı telefon ekranındaki "kendi kendini temizleyen" kaplamanın kaplama performansı gibi çeşitli proseslerde yer alan üretim gereklilikleri nedeniyle hepsi kontrole bağlıdır. yüzey özelliklerinden kaynaklanmaktadır.Bu nedenle imalat konseptinin bir sonucu olarak yüzey enerjisini anlamak çok önemlidir.
Yüzey enerjisi moleküllerin birbirini çekmesinin farklı yollarından gelir.Moleküller arasındaki polar etkileşimler yapışma ve temizleme süreci için en önemli olanlardır çünkü bu moleküler düzeydeki etkileşimler yüzey işleme, taşlama, zımparalama, temizleme, silme veya diğer yüzey hazırlama yöntemleriyle en çok kontrol edebildiğimiz moleküler etkileşimlerdir.
Yapışkanların, mürekkeplerin ve kaplamaların geliştirilmesi için polarite, dispersiyon bileşimi ve yüzey gerilimi bilgisi çok önemlidir.Ancak yapıştırıcılar, mürekkepler, boyalar ve kaplamalar kullanılarak üretilen ürünler için genellikle yüzey enerjisinin yalnızca polar bileşenine dikkat etmemiz gerekir çünkü bu, üretim sürecinden etkilenen bir bileşendir.
Toplam yüzey enerjisinin ölçülmesi nispeten karmaşık ve hataya açık bir süreçtir.Ancak su gibi tek bir sıvının temas açısı neredeyse tamamen yüzey enerjisinin polar bileşeni tarafından belirlenir.Bu nedenle, bir su damlasının yüzeydeki yüksekliğinin oluşturduğu açıyı ölçerek, yüzey enerjisinin polar bileşeninin nasıl değiştiğini inanılmaz bir doğrulukla bilebiliriz.Genel olarak yüzey enerjisi ne kadar yüksek olursa, su damlacıklarının bu kadar çekilmesi, yayılması veya ıslanmasının neden olduğu açı da o kadar küçük olur.Düşük yüzey enerjisi suyun boncuklanmasına ve yüzeyde küçük kabarcıklar halinde büzülmesine neden olacak ve daha büyük bir temas açısı oluşturacaktır.Bu temas açısı ölçümünün tutarlılığı, yüzey enerjisiyle ve dolayısıyla yapışma performansıyla ilgilidir; bu da üreticilere, ürünlerinin mukavemetini sağlamak için güvenilir ve tekrarlanabilir bir yol sağlar.
Daha öngörülebilir sonuçlar elde etmek amacıyla üretim sürecini kontrol etme hakkında daha fazla bilgi edinmek için ücretsiz e-kitabımızı indirin: Süreç boyunca üretimde öngörülebilir yapışmayı doğrulayın.Bu e-kitap, yapıştırma süreci boyunca yüzey kalitesinin korunmasına ilişkin tüm tahminleri ortadan kaldıran bir süreç olan tahmine dayalı analitiği kullanarak süreç izleme konusunda rehberinizdir.
Gönderim zamanı: Mart-29-2021