FIZIKSEL BAĞLILIK: NEDIR VE ÖRNEKLER - FIZIKSEL - 2024

Fiziksel yapışma temas ettirildiği zaman, aynı malzemeden ya da farklı bir malzemeden, iki ya da daha fazla yüzey arasında bağlayıcıdır. Van der Waals çekim kuvveti ve malzemelerin molekülleri ve atomları arasında var olan elektrostatik etkileşimler tarafından üretilir.

Van der Waals kuvvetleri tüm materyallerde mevcuttur, çekicidir ve atomik ve moleküler etkileşimlerden kaynaklanır. Van der Waals kuvvetleri, komşu moleküllerin elektrik alanları tarafından moleküllerde oluşturulan indüklenmiş veya kalıcı çift kutuplardan kaynaklanır; veya atom çekirdeğinin etrafındaki elektronların anlık çift kutupları ile.

Üç M&M yapıştırılmış

Elektrostatik etkileşimler, iki malzeme birbirine temas ettiğinde elektriksel bir çift katmanın oluşumuna dayanır. Bu etkileşim, Coulomb kuvveti adı verilen elektron alışverişi yaparak iki malzeme arasında elektrostatik bir çekim kuvveti oluşturur.

Fiziksel aderans, sıvının üzerinde durduğu yüzeye yapışmasına neden olur. Örneğin cam üzerine su konulduğunda su ile cam arasındaki yapışma kuvvetleri nedeniyle yüzeyde ince, homojen bir film oluşur. Bu kuvvetler, cam molekülleri ve su molekülleri arasında hareket ederek suyu camın yüzeyinde tutar.

Fiziksel bağlılık nedir?

Fiziksel aderans, malzemelerin temas halindeyken bir arada kalmalarını sağlayan yüzey özelliğidir. Katı-sıvı yapışma durumu için doğrudan yüzey serbest enerjisi (AE) ile ilgilidir.

Sıvı-sıvı veya sıvı-gaz ​​yapışması durumunda, yüzey serbest enerjisine arayüzey veya yüzey gerilimi denir.

Yüzey serbest enerjisi, malzemenin bir birim yüzey alanı oluşturmak için gereken enerjidir. İki malzemenin yüzey serbest enerjisinden yapışma işi (aderans) hesaplanabilir.

Yapışma işi, arayüzü kırmak ve iki yeni yüzey oluşturmak için bir sisteme sağlanan enerji miktarı olarak tanımlanır.

Yapışma işi ne kadar büyükse, iki yüzeyin ayrılmasına karşı direnç o kadar büyük olur. Yapışma işi, temas halindeyken iki farklı malzeme arasındaki çekim kuvvetini ölçer.

Denklemler

İki malzemenin (1 ve 2) ayrılma serbest enerjisi, ayrılmadan sonraki serbest enerji ( _son γ ) ile ayrılmadan önceki serbest enerji ( _başlangıç γ ) arasındaki farka eşittir .

ΔE = W ₁₂ = _son γ - _ilk γ = γ ₁ + γ ₂ - γ ₁₂

γ ₁ = malzeme 1'in yüzey serbest enerjisi

γ ₂ = malzeme 2'nin yüzey serbest enerjisi

W ₁₂ miktarı , malzemelerin yapışma mukavemetini ölçen yapışma işidir.

γ ₁₂ = arayüz serbest enerjisi

Yapışma katı bir malzeme ile sıvı bir malzeme arasında olduğunda yapışma işi şu şekildedir:

W _SL = γ _S + γ _LV - γ _SL

γ _S = kendi buharı ile denge halindeki katının yüzey serbest enerjisi

γ _LV = buharla denge halindeki sıvının yüzey serbest enerjisi

W _SL = katı malzeme ve sıvı arasında yapışma çalışması

γ ₁₂ = arayüz serbest enerjisi

Denklem denge basıncının bir fonksiyonu (π olarak yazılır _equil ara yüzeyde adsorbe moleküllerin birim uzunluk başına kuvvet ölçer).

π _eşit = γ _S - γ _SV

γ _SV = buharla denge halindeki katının yüzey serbest enerjisi

W _SL = π _eşitlik + γ _SV + γ _LV - γ _SL

Elde ettiğimiz denklemde γ _SV - γ _SL = γ _LV cos θ _C yerine

W _SL = π _eşitlik + γ _SL (1 + cos θ _C )

θ _C , bir katı yüzey, bir damla sıvı ve buhar arasındaki denge temas açısıdır.

Üç fazlı temas açısı, katı sıvı ve gaz.

Denklem, her iki yüzeyin molekülleri arasındaki yapışma kuvveti nedeniyle bir katı yüzey ile bir sıvı yüzey arasındaki yapışma çalışmasını ölçer.

Örnekler

Lastik tutuşu

Fiziksel kavrama, lastiklerin verimliliğini ve güvenliğini değerlendirmek için önemli bir özelliktir. İyi bir tutuş olmadan lastikler hızlanamaz, aracı frenleyemez veya bir yerden başka bir yere yönlendirilemez ve sürücünün güvenliği tehlikeye atılabilir.

Lastiğin yapışması, lastik yüzeyi ile kaplama yüzeyi arasındaki sürtünme kuvvetinden kaynaklanmaktadır. Yüksek güvenlik ve verimlilik, hem pürüzlü hem de kaygan farklı yüzeylere ve farklı atmosfer koşullarında yapışmaya bağlı olacaktır.

Bu nedenle otomotiv mühendisliği, ıslak yüzeylerde bile iyi yapışma sağlayan uygun lastik tasarımlarının elde edilmesinde her geçen gün ilerlemektedir.

Cilalı cam plakaların yapıştırılması

Parlatılmış ve nemlendirilmiş iki cam plaka birbirine temas ettiğinde, plakaların ayrılma direncini yenmek için uygulanması gereken çabada gözlemlenen fiziksel bir yapışma yaşarlar.

Su molekülleri üst plakanın moleküllerine bağlanır ve benzer şekilde alt plakaya yapışarak her iki plakanın ayrılmasını engeller.

Su molekülleri birbirleriyle güçlü bir kohezyona sahiptir, ancak aynı zamanda moleküller arası kuvvetler nedeniyle cam moleküller ile güçlü yapışma gösterirler.

İki plakanın bir sıvı ile yapıştırılması

Diş yapışma

Fiziksel yapışmanın bir örneği, genellikle restoratif diş tedavilerine yerleştirilen bir dişe yapıştırılan bir diş plağıdır. Yapışma, yapışkan malzeme ile diş yapısı arasındaki arayüzde kendini gösterir.

Diş dokularına emayelerin ve dentinlerin yerleştirilmesinde ve diş yapısının yerini alan seramik ve polimerler gibi yapay yapıların dahil edilmesindeki verimlilik, kullanılan malzemelerin yapışma derecesine bağlı olacaktır.

Çimentonun yapılara yapışması

Çimentonun tuğla, duvar, taş veya çelik yapılara iyi bir fiziksel yapışması, çimentoyu yapılarla birleştiren yüzeye normal ve teğet kuvvetlerden gelen enerjiyi absorbe etme kapasitesinin yüksek olmasıyla ortaya çıkar. yüksek yük taşıma kapasitesi.

İyi bir yapışma elde etmek için, çimento, yapıyla karşılaştığında, çimentonun yerleştirileceği yüzeyin yeterli emiciliğe sahip olması ve yüzeyin yeterince pürüzlü olması gerekir. Yapışma eksikliği, yapıştırılan malzemenin çatlamasına ve ayrılmasına neden olur.

Referanslar

1. Lee, L H.Adhezyonun Temelleri. New York: Plenium Press, 1991, s. 1-150.
2. Pocius, A V. Yapıştırıcılar, Bölüm 27. JE Mark. Polimerlerin Fiziksel Özellikleri El Kitabı. New York: Springer, 2007, s. 479-486.
3. Israelachvili, J N. Moleküller arası ve yüzey kuvvetleri. San Diego, CA: Academic Press, 1992.
4. Yapışma ve sürtünme kuvvetleri arasındaki ilişki. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung ve Yoshizawa, H.11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, Cilt 8, s. 1231-1249.
5. Kolloid ve Yüzey Kimyasının İlkeleri. Hiemenz, PC ve Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.