Дисперсионная адгезия

Тихоокеанская прыгающая собачка взбирается на из оргстекла . пластину

Дисперсионная адгезия , также называемая адсорбционной адгезией, представляет собой механизм адгезии , который приписывает силы притяжения между двумя материалами межмолекулярным взаимодействиям между молекулами каждого материала. Этот механизм широко рассматривается как наиболее важный из пяти механизмов адгезии из-за его присутствия во всех типах адгезивных систем и его относительной прочности. ^[1]

Источник дисперсионного адгезионного притяжения

Источником сил адгезии, согласно дисперсионному механизму адгезии, являются слабые взаимодействия, возникающие между близко расположенными друг к другу молекулами. ^[2] Эти взаимодействия включают дисперсионные силы Лондона , силы Кисома , силы Дебая и водородные связи . По отдельности эти притяжения не очень сильны, но если суммировать их по объему материала, они могут стать значительными.

Лондонская дисперсия

Дисперсионные силы Лондона возникают из-за мгновенных диполей между двумя неполярными молекулами, расположенными близко друг к другу. Случайный характер электронной орбиты допускает моменты, когда распределение заряда в молекуле распределяется неравномерно, что обеспечивает электростатическое притяжение к другой молекуле с временным диполем . Молекула большего размера обеспечивает больший диполь и, следовательно, будет иметь более сильные дисперсионные силы.

Кисом

Силы Кисома, также известные как диполь-дипольные взаимодействия , возникают в результате того, что две молекулы имеют постоянные диполи из-за разницы в электроотрицательности между атомами в молекуле. Этот диполь вызывает кулоновское притяжение между двумя молекулами.

Дебай

Силы Дебая или диполь-индуцированные дипольные взаимодействия также могут играть роль в дисперсионной адгезии. Это происходит, когда неполярная молекула временно поляризуется из-за взаимодействия с соседней полярной молекулой. Этот «индуцированный диполь» в неполярной молекуле затем притягивается к постоянному диполю, создавая притяжение Дебая.

Водородная связь

Водородная связь, которую иногда объединяют в химический механизм адгезии, может увеличить прочность адгезии за счет дисперсионного механизма. ^[3] Водородная связь возникает между молекулами, в которых водорода атом присоединен к небольшому электроотрицательному атому, такому как фтор , кислород или азот . Эта связь естественным образом полярна: атом водорода получает небольшой положительный заряд, а другой атом становится слегка отрицательным. Две молекулы или даже две функциональные группы в одной большой молекуле могут затем притягиваться друг к другу силами Кисома.

Факторы, влияющие на прочность сцепления

Прочность адгезии по дисперсионному механизму зависит от множества факторов, в том числе от химической структуры молекул, входящих в клеевую систему, степени смачивания покрытий друг друга, шероховатости поверхности на границе раздела .

Химический состав

Химическая структура материалов, входящих в данную клеевую систему, играет большую роль в адгезии системы в целом, поскольку структура определяет тип и силу имеющихся межмолекулярных взаимодействий. При прочих равных условиях более крупные молекулы, которые испытывают более высокие дисперсионные силы, будут иметь большую силу сцепления, чем более мелкие молекулы с тем же основным химическим отпечатком. Точно так же полярные молекулы будут иметь силы Кисома и Дебая, которых не испытывают неполярные молекулы аналогичного размера. Соединения, которые могут образовывать водородные связи на границе раздела клея, будут иметь еще большую адгезионную прочность.

Смачивание

Смачивание является мерой термодинамической совместимости двух поверхностей. Если поверхности хорошо подобраны, поверхности «захотят» взаимодействовать друг с другом, сводя к минимуму поверхностную энергию обеих фаз, и поверхности вступят в тесный контакт. ^[4] Поскольку межмолекулярное притяжение сильно коррелирует с расстоянием, чем ближе взаимодействующие молекулы друг к другу, тем сильнее притяжение. Таким образом, два материала, которые хорошо смачиваются и имеют большую площадь контакта, будут иметь более сильное межмолекулярное притяжение и большую адгезионную прочность благодаря дисперсионному механизму.

Шероховатость

Шероховатость поверхности также может влиять на прочность клея. Поверхности с шероховатостью в пределах 1–2 микрометров могут обеспечить лучшее смачивание, поскольку имеют большую площадь поверхности. Таким образом, на более близких расстояниях может возникать больше межмолекулярных взаимодействий, что приводит к более сильному притяжению и большей адгезионной прочности. Как только шероховатость становится больше, порядка 10 микрометров, покрытие больше не может эффективно смачиваться, что приводит к уменьшению площади контакта и меньшей прочности сцепления. ^[5]

Макроскопическая форма

Прочность адгезии зависит также от размера и макроскопической формы клеевого контакта. Когда жесткий удар ^{[ жаргон ]} с плоским, но странной формы лицом осторожно отрывают от своего мягкого аналога, отслоение происходит не мгновенно. Вместо этого фронты отделения начинаются с заостренных углов и продвигаются внутрь, пока не будет достигнута окончательная конфигурация. ^[6] Основным параметром, определяющим адгезионную прочность плоских контактов, является максимальный линейный размер контакта. Процесс отслоения можно наблюдать экспериментально, можно увидеть в фильме. ^{[ нужны разъяснения ]}^[7]

Системы с преобладанием дисперсионной адгезии

Все материалы, даже те, которые обычно не классифицируются как клеи, испытывают притяжение к другим материалам просто за счет дисперсионных сил. Во многих ситуациях эти привлекательности тривиальны; однако дисперсионная адгезия играет доминирующую роль в различных адгезионных системах, особенно когда присутствуют множественные формы межмолекулярного притяжения. Экспериментальными методами показано, что дисперсионный механизм адгезии играет большую роль в общей адгезии полимерных систем, в частности. ^[8]^[9]

См. также

Ссылки

^ Ли, Л.Х.; Адгезивное соединение, Plenum Press, Нью-Йорк. 1991, 19.
^ Уэйк, туалет; Полимер. 1978, 19, 291–308.
^ Фаукс, FM; Дж. Адес. наук. и Тех. 1987, 1, 7-27.
^ Чембер, HW; Акта Полимерика. 1983, 34, 112–118.
^ Дженнингс, CW; Дж. Адес. 1972, 4, 25-4.
^ Попов Валентин Леонидович; Порт, Роман; Ли, Цян (01 сентября 2017 г.). «Прочность клеевых контактов: Влияние геометрии контакта и градиентов материала» . Трение . 5 (3): 308–325. дои : 10.1007/s40544-017-0177-3 .
^ Физика трения (06 декабря 2017 г.), Наука трение: Адгезия сложных форм , получено 3 января 2018 г.
^ Кинлох, AJ; Дж. Адес. 1979, 10, 193–219.
^ Гледхилл, Р.А. и др.; Дж. Адес. 1980, 11, 3–15.

[1] Ли, Л.Х.; Адгезивное соединение, Plenum Press, Нью-Йорк. 1991, 19.

[2] Уэйк, туалет; Полимер. 1978, 19, 291–308.

[3] Фаукс, FM; Дж. Адес. наук. и Тех. 1987, 1, 7-27.

[4] Чембер, HW; Акта Полимерика. 1983, 34, 112–118.

[5] Дженнингс, CW; Дж. Адес. 1972, 4, 25-4.

[6] Попов Валентин Леонидович; Порт, Роман; Ли, Цян (01 сентября 2017 г.). «Прочность клеевых контактов: Влияние геометрии контакта и градиентов материала» . Трение . 5 (3): 308–325. дои : 10.1007/s40544-017-0177-3 .

[7] Физика трения (06 декабря 2017 г.), Наука трение: Адгезия сложных форм , получено 3 января 2018 г.

[8] Кинлох, AJ; Дж. Адес. 1979, 10, 193–219.

[9] Гледхилл, Р.А. и др.; Дж. Адес. 1980, 11, 3–15.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]