Tarttuvuus - Adhesion

Osa sarjasta
Jatkuvamekaniikka
:${\ displaystyle J = -D {\ frac {d \ varphi} {dx}}}$ Fickin diffuusiolait
Lait Säilytykset Massa Vauhti Energia Eriarvoisuudet Clausius – Duhem (entropia)
Vankka mekaniikka Muodonmuutos Joustavuus lineaarinen Plastisuus Hooken laki Stressi Äärellinen rasitus Äärettömän pieni rasitus Yhteensopivuus Taivutus Ota yhteyttä mekaanikkoihin kitkaa Materiaalivian teoria Murtumismekaniikka
Nestemekaniikka Nesteet Statiikka  · Dynamiikka Archimedesin periaate  · Bernoullin periaate Navier -Stokesin yhtälöt Poiseuillen yhtälö  · Pascalin laki Viskositeetti ( Newtonilainen  · ei-newtonilainen ) Kelluvuus  · Sekoitus  · Paine Nesteet Tarttuvuus Kapillaarinen toiminta Kromatografia Koheesio (kemia) Pintajännitys Kaasut Tunnelma Boylen laki Charlesin laki Yhdistetty kaasulaki Fickin laki Gay-Lussacin laki Grahamin laki Plasma
Reologia Viskoelastisuus Reometria Reometri Älykkäät nesteet Sähköreologinen Magnetoreologinen Ferrofluids
Tiedemiehet Bernoulli Boyle Cauchy Charles Euler Fick Gay-Lussac Graham Koukku Newton Navier Noll Pascal Stokes Truesdell
v t e

Kastepisarat tarttuvat hämähäkinverkkoon

Toista mediaa

Sammakon tarttuminen pystysuoraan lasipintaan.

Kovera meniski johtuu tarttumisesta.

Tarttuvuus on erilaisten hiukkasten tai pintojen taipumus tarttua toisiinsa ( koheesio viittaa samanlaisten tai identtisten hiukkasten/pintojen taipumukseen tarttua toisiinsa).

Voimat jotka aiheuttavat tarttuvuus ja koheesio voidaan jakaa useita erilaisia. Molekyylien välisiä voimia vastaava toiminto erilaisten tarroja ja teippi jakaa luokkiin kemiallisen adheesion , dispersiivinen tarttuvuus , ja diffuuseissa adheesio . Näiden molekyylienvälisten voimien kumulatiivisten suuruuksien lisäksi on myös tiettyjä syntyviä mekaanisia vaikutuksia .

Pinnan energia

Kaavio erilaisista pilkkomistapauksista, joissa jokainen yksilöllinen laji on merkitty.
A : γ = (1/2) W ₁₁
B : W ₁₂ = γ ₁ + γ ₂ - γ ₁₂
C : γ ₁₂ = (1/2) W ₁₂₁ = (1/2) W ₂₁₂
D : W ₁₂ + W ₃₃ - L ₁₃ - L ₂₃ = L ₁₃₂ .

Pintaenergia määritellään perinteisesti työksi, joka vaaditaan tietyn pinnan alueen rakentamiseen . Toinen tapa tarkastella pintaenergiaa on yhdistää se töihin, jotka vaaditaan irtotavaran näytteen lohkaisemiseksi, jolloin syntyy kaksi pintaa. Jos uudet pinnat ovat identtisiä, kunkin pinnan pintaenergia γ on puolet katkaisutyöstä, W: γ = (1/2) W ₁₁ .

Jos pinnat ovat epätasaisia, sovelletaan Young-Duprén yhtälöä : W ₁₂ = γ ₁ + γ _2- γ ₁₂ , missä γ ₁ ja γ ₂ ovat kahden uuden pinnan pintaenergiat ja γ ₁₂ on rajapinnan energia.

Tätä menetelmää voidaan käyttää myös keskustelemaan toisessa väliaineessa tapahtuvasta pilkkomisesta : γ ₁₂ = (1/2) W ₁₂₁ = (1/2) W ₂₁₂ . Nämä kaksi energiamäärää viittaavat energiaan, joka tarvitaan yhden lajin pilkkomiseen kahteen osaan, kun se on muiden lajien väliaineessa. Samoin kolmen lajin järjestelmässä: γ ₁₃ + γ ₂₃ - γ ₁₂ = W ₁₂ + W ₃₃ - W ₁₃ - W ₂₃ = W ₁₃₂ , missä W ₁₃₂ on lajin 1 katkaisemisen energia lajista 2 lajin väliaineessa 3 .

Katkaisuenergian , pintaenergian ja pintajännityksen terminologian perustiedot auttavat ymmärtämään fyysistä tilaa ja tapahtumia, jotka tapahtuvat tietyllä pinnalla, mutta kuten jäljempänä käsitellään, näiden muuttujien teoria tuottaa myös mielenkiintoisia vaikutuksia koskevat liimapintojen käytännöllisyyttä suhteessa ympäristöön.

Mekanismit

Ei ole olemassa yhtä teoriaa, joka kattaa tarttumisen, ja tietyt mekanismit ovat ominaisia ​​tietyille materiaaliskenaarioille. Viisi tarttuvuusmekanismia on ehdotettu selittämään, miksi yksi materiaali tarttuu toiseen:

Mekaaninen

Liima-aineita alkua huokosia tai huokoset pintojen ja pitää pinnat yhteen lukituksesta . Muita lukitusilmiöitä havaitaan eri pituisilla asteikoilla. Ompelu on esimerkki kahdesta materiaalista, jotka muodostavat suuren mittakaavan mekaanisen sidoksen, tarranauha muodostaa yhden keskikokoisessa mittakaavassa ja jotkut tekstiililiimat (liima) muodostavat yhden pienessä mittakaavassa.

Kemiallinen

Kaksi materiaalia voi muodostaa yhdisteen liitoksessa. Vahvimmat liitokset ovat siellä, missä kahden materiaalin atomit jakavat tai vaihtavat elektroneja (tunnetaan vastaavasti kovalenttisena sidoksena tai ionisidoksena ). Heikompi sidos muodostuu, jos vety atomi yhdessä molekyylissä on herättänyt atomiin typpi , happi , tai fluoria toisen molekyylin, joka on ilmiö, jota kutsutaan vetysidoksen .

Kemiallinen tarttuvuus tapahtuu, kun kahden erillisen pinnan pinta -atomit muodostavat ioni-, kovalenttisia tai vety -sidoksia. Tekninen periaate kemiallisen tartunnan takana on tässä mielessä melko suoraviivainen: jos pintamolekyylit voivat sitoutua, pinnat liitetään yhteen näiden sidosten verkoston avulla. Mainittakoon, että nämä houkuttelevat ioniset ja kovalenttiset voimat ovat tehokkaita vain hyvin pienillä etäisyyksillä - alle nanometrillä . Tämä tarkoittaa yleensä paitsi sitä, että pinnat, joilla on mahdollisuus kemialliseen sitoutumiseen, on saatettava hyvin lähelle toisiaan, mutta myös sitä, että nämä sidokset ovat melko hauraita, koska pinnat on sitten pidettävä lähellä toisiaan.

Dispergoiva

Dispergoivassa adheesiossa, joka tunnetaan myös nimellä fysisorptio , kaksi materiaalia pidetään yhdessä van der Waalsin voimien kanssa : vetovoima kahden molekyylin välillä, joista jokaisella on pieni positiivinen ja negatiivinen varaus. Yksinkertaisessa tapauksessa tällaiset molekyylit ovat siten polaarisia suhteessa keskimääräiseen varaustiheyteen , vaikka suuremmissa tai monimutkaisemmissa molekyyleissä voi olla useita "navoja" tai alueita, joilla on suurempi positiivinen tai negatiivinen varaus. Nämä positiiviset ja negatiiviset navat voivat olla molekyylin pysyvä ominaisuus ( Keesom -voimat ) tai ohimenevä vaikutus, joka voi ilmetä missä tahansa molekyylissä, koska elektronien satunnainen liike molekyylien sisällä voi johtaa tilapäiseen elektronipitoisuuteen yhdellä alueella ( Lontoo voimat ).

Koheesio saa veden muodostamaan pisaroita , pintajännitys saa ne olemaan lähes pallomaisia ​​ja tarttuvuus pitää tipat paikallaan.

Vesipisarat ovat tasaisempia Hibiscus -kukassa, mikä osoittaa paremman tarttuvuuden.

Vuonna pintatiede termi tarttuvuus lähes aina viittaa dispersiivinen tarttuvuutta. Tyypillisessä kiinteä-nestekaasujärjestelmässä (kuten pisara nestettä ilmassa ympäröivälle kiinteälle aineelle) kosketuskulmaa käytetään adheesion arvioimiseen epäsuorasti, kun taas keskipakoisliima-tasapaino mahdollistaa suoran kvantitatiivisen adheesiomittauksen. Yleensä tapauksia, joissa kosketuskulma on pieni, pidetään suurempana tarttuvuutena pinta -alayksikköä kohti. Tämä lähestymistapa olettaa, että alempi kosketuskulma vastaa korkeampaa pintaenergiaa. Teoreettisesti tarkempi suhde kosketuskulman ja kiinnitystyön välillä on enemmän mukana, ja sen antaa Young-Dupren yhtälö . Kolmivaiheisen järjestelmän kosketuskulma ei ole pelkästään dispergoivan tartunnan (nesteessä olevien molekyylien ja kiinteän aineen molekyylien välinen vuorovaikutus), vaan myös koheesion (nestemolekyylien välinen vuorovaikutus) funktio. Vahva tartunta ja heikko koheesio johtavat korkeaan kostutukseen , lyofiiliseen tilaan, jossa on alhaiset mitatut kosketuskulmat. Sitä vastoin heikko tartunta ja vahva koheesio johtavat lyofobisiin olosuhteisiin, joissa on suuret mitatut kosketuskulmat ja huono kostutus.

Lontoo dispersio voimat ovat erityisen käyttökelpoisia toiminnan liima laitteita , koska ne eivät vaadi myöskään pinnan ole pysyviä napaisuus. Fritz London kuvasi niitä 1930 -luvulla , ja monet tutkijat ovat havainneet ne. Dispersiiviset voimat ovat seurausta tilastollisesta kvanttimekaniikasta . Lontoo oletti, että molekyylien väliset houkuttelevat voimat, joita ei voida selittää ionisella tai kovalenttisella vuorovaikutuksella, voivat johtua molekyylien sisäisistä polaarisista hetkistä . Moninapit voisivat selittää vetovoiman molekyylien välillä, joilla on pysyviä moninapaisia ​​momentteja, jotka osallistuvat sähköstaattiseen vuorovaikutukseen . Kokeelliset tiedot osoittivat kuitenkin, että monilla havaituista yhdisteistä, joilla havaittiin olevan van der Waalsin voimia, ei ollut lainkaan multipoleja. Lontoo ehdotti, että hetkelliset dipolit syntyvät puhtaasti toistensa lähellä olevien molekyylien ansiosta. Ratkaisemalla kahden elektronin kvanttimekaanisen järjestelmän harmonisina oskillaattoreina jollakin rajallisella etäisyydellä toisistaan, siirtyessään niiden lepoasentoihin ja vuorovaikutuksessa toistensa kenttien kanssa, Lontoo osoitti, että tämän järjestelmän energia saadaan:

${\ displaystyle E = 3 h \ nu -{\ frac {3} {4}} {\ frac {h \ nu \ alpha ^{2}} {R ^{6}}}}$

Vaikka ensimmäinen termi on yksinkertaisesti nollapisteenergia , negatiivinen toinen termi kuvaa viehättävää voimaa viereisten oskillaattorien välillä. Sama argumentti voidaan laajentaa koskemaan myös suurta määrää kytkettyjä oskillaattoreita, ja näin vältetään ongelmat, jotka kumoaisivat erityisesti pysyvien dipolien symmetrian avulla kumoutuvan suuren mittakaavan houkuttelevat vaikutukset.

Dispersiovaikutuksen additiivisella luonteella on toinen hyödyllinen seuraus. Harkitse yhtä tällaista dispergoivaa dipolia , jota kutsutaan alkuperädipoliksi. Koska mikä tahansa alkuperä -dipoli on luontaisesti suunnattu niin, että se vetää puoleensa sen aiheuttamia vierekkäisiä dipoleja, kun taas toiset, kauempana olevat dipolit eivät korreloi alkuperäisen dipolin kanssa millään faasisuhteella (siten keskimäärin mitään tekemättä), voimaa suurimmalla osalla tällaisista hiukkasista. Kun tarkastellaan identtisiä hiukkasia, tätä kutsutaan koheesiovoimaksi.

Adheesiota käsiteltäessä tämä teoria on muutettava pintoja koskeviksi termeiksi. Jos samankaltaisten molekyylien joukossa on houkutteleva nettoenergia, niin tämän kappaleen katkaiseminen kahden pinnan tuottamiseksi tuottaa pintoja, joilla on dispersiivinen pintaenergia, koska energian muoto pysyy samana. Tämä teoria tarjoaa perustan van der Waals -voimien olemassaololle pinnalla, joka esiintyy elektronien sisältävien molekyylien välillä . Nämä voimat ovat helposti havaittavissa, kun sileät pinnat hyppäävät spontaanisti kosketukseen . Kiillen , kullan, erilaisten polymeerien ja kiinteiden gelatiiniliuoksien sileät pinnat eivät pysy erillään, kun niiden erotus on riittävän pieni - luokkaa 1–10 nm. De Boer ja Hamaker ennustivat näitä nähtävyyksiä kuvaavan yhtälön 1930 -luvulla:

${\ displaystyle {\ frac {P} {area}} =-{\ frac {A} {24 \ pi z^{3}}}}$

jossa P on voima (negatiivinen vetovoiman suhteen), z on erotusetäisyys ja A on materiaalikohtainen vakio, jota kutsutaan Hamaker-vakioksi .

PDMS -mikrorakenteen kaksi vaihetta romahtavat van der Waalsin nähtävyyksien vuoksi. PDMS -leima on merkitty kuoriutuneella alueella ja substraatti varjostetulla alueella. A) PDMS -leima asetetaan alustalle "katto" korotettuna. B) Van der Waalsin nähtävyydet tekevät katon romahtamisesta energisesti suotuisan PDMS -leiman kannalta.

Vaikutus näkyy myös kokeissa, joissa polydimetyylisiloksaani (PDMS) -leima tehdään pienillä jaksollisilla jälkirakenteilla. Pylväspylväs on sijoitettu kuvapuoli alaspäin tasaiselle pinnalle siten, että pylväiden välinen pinta -ala kohoaa sileän pinnan yläpuolelle, kuten pylväiden tukema katto. Näiden houkuttelevien hajautusvoimien vuoksi PDMS: n ja sileän alustan välillä kohonnut pinta - tai "katto" - romahtaa alustalle ilman ulkoista voimaa van der Waalsin vetovoiman lisäksi. Näihin dispergoituviin liimaominaisuuksiin käytetään yleisesti yksinkertaisia ​​sileitä polymeeripintoja - ilman mikrorakenteita . Tarrat ja tarrat, jotka kiinnittyvät lasiin ilman kemiallisia liimoja, ovat melko yleisiä leluina ja koristeina ja hyödyllisiä irrotettavina tarroina, koska ne eivät menetä nopeasti liimaominaisuuksiaan, kuten myös teipit, joissa käytetään liima -aineita.

On tärkeää huomata, että nämä voimat toimivat myös hyvin pienillä etäisyyksillä - 99% van der Waalsin sidosten katkaisemiseen tarvittavasta työstä tehdään, kun pinnat vedetään yli nanometrin päähän toisistaan. Tämän rajoitetun liikkeen seurauksena sekä van der Waalsissa että ioni-/kovalenttisidostilanteissa kummankin tai molempien vuorovaikutusten aiheuttama tarttumisen käytännön tehokkuus jättää paljon toivomisen varaa. Kun halkeama on aloitettu, se etenee helposti rajapintaa pitkin rajapintasidosten hauraan luonteen vuoksi.

Tämän lisäksi pinta -alan kasvattaminen ei useinkaan juurikaan paranna tartunnan lujuutta tässä tilanteessa. Tämä seuraa edellä mainitusta halkeamahäiriöstä - rajapinnan jännitys ei jakaudu tasaisesti, vaan keskittyy vika -alueelle.

Sähköstaattinen

Jotkut johtavat materiaalit voivat ohittaa elektroneja muodostaakseen eron sähköisessä varauksessa liitoksessa. Tämä johtaa kondensaattorin kaltaiseen rakenteeseen ja luo houkuttelevan sähköstaattisen voiman materiaalien väliin.

Hajautuva

Jotkut materiaalit voivat sulautua liitokseen diffuusion avulla . Tämä voi tapahtua, kun kummankin materiaalin molekyylit ovat liikkuvia ja liukenevia toisiinsa. Tämä olisi erityisen tehokasta polymeeriketjuissa, joissa molekyylin toinen pää diffundoituu toiseen materiaaliin. Se on myös mekanismi, joka liittyy sintraukseen . Kun metalli- tai keraamisia jauheita puristetaan yhteen ja kuumennetaan, atomit leviävät hiukkasista toiseen. Tämä yhdistää hiukkaset yhdeksi.

Käyttöliittymä on merkitty katkoviivalla. A) Silloittumattomat polymeerit voivat jonkin verran vapaasti levitä rajapinnan poikki. Yksi silmukka ja kaksi distaalista häntää nähdään hajaantuneena. B) Silloitetut polymeerit eivät ole tarpeeksi vapaita hajottamaan. C) "Leikatut" polymeerit ovat erittäin ilmaisia, ja monet hännät ulottuvat rajapinnan poikki.

Hajautusvoimat ovat jonkin verran kuin mekaaninen sidonta molekyylitasolla. Hajautuva sidonta tapahtuu, kun yhdeltä pinnalta tulevat lajit tunkeutuvat viereiseen pintaan samalla kun ne ovat edelleen sidottuina alkuperäisen pintansa vaiheeseen. Yksi opettava esimerkki on polymeeripolymeeripinnat. Hajautuva liimaus polymeeri-polymeeri-pinnoille on seurausta siitä, että yhden pinnan polymeeriketjut leikataan keskenään viereisen pinnan osien kanssa. Polymeerien vapaalla liikkuvuudella on vahva vaikutus niiden kykyyn interdigitoida ja siten diffuusioon. Esimerkiksi ristisilloitetut polymeerit eivät kykene diffuusioon ja interdigitaatioon, koska ne ovat sitoutuneet yhteen monissa kosketuspisteissä, eivätkä ne voi vapaasti kiertyä viereiseen pintaan. Un silloitettu polymeerit ( kestomuovien ), toisaalta ovat vapaammin vaeltaa viereiseen vaiheeseen laajentamalla hännät ja silmukat rajapinnan poikki.

Toinen seikka, jossa diffuusiokytkentä tapahtuu, on ”leikkaus”. Ketjun katkaisu on polymeeriketjujen katkaiseminen , mikä johtaa distaalisten hännän korkeampaan pitoisuuteen . Näiden ketjunpäiden kohonnut konsentraatio lisää rajapinnan poikki ulottuvien polymeeriparien pitoisuutta. Leikkaus saavutetaan helposti ultraviolettisäteilytyksellä happikaasun läsnä ollessa, mikä viittaa siihen, että hajotussidoksia käyttävät liimalaitteet hyötyvät itse asiassa pitkäaikaisesta altistumisesta lämmölle/valolle ja ilmalle. Mitä kauemmin tällainen laite on alttiina näille olosuhteille, sitä enemmän hännät on leikattu ja haarautunut rajapinnan poikki.

Kun rajapinta on ohi, hännät ja silmukat muodostavat mitä tahansa edullisia sidoksia. Polymeeripolymeeripinnoilla tämä tarkoittaa enemmän van der Waals -voimia. Vaikka nämä voivat olla hauraita, ne ovat melko vahvoja, kun muodostetaan suuri joukko sidoksia. Jokaisen pinnan uloimmalla kerroksella on ratkaiseva rooli tällaisten rajapintojen liimaominaisuuksissa, sillä pienikin määrä interdigitaatiota - jopa yksi tai kaksi 1,25 angstromin pituista hännää - voi lisätä van der Waalsin sidoksia suuruusluokkaa .

Vahvuus

Kahden materiaalin välisen tartunnan lujuus riippuu siitä, mikä edellä mainituista mekanismeista esiintyy näiden kahden materiaalin välillä, ja pinta -alasta, jonka yli nämä kaksi materiaalia koskettavat. Materiaaleilla, jotka kastuvat toisiaan vasten, on yleensä suurempi kosketuspinta kuin materiaaleilla, jotka eivät kastele. Kostuminen riippuu materiaalien pintaenergiasta.

Alhaisen pintaenergian materiaaleja, kuten polyeteeniä , polypropeenia , polytetrafluorietyleeniä ja polyoksimetyleeniä, on vaikea liimata ilman erityistä pinnan esikäsittelyä.

Toinen liimakoskettimen lujuutta määrittävä tekijä on sen muoto. Monimutkaiset liimakoskettimet alkavat irrota kosketusalueen "reunoilta". Liimakoskettimien tuhoutumisprosessi näkyy kalvossa.

Muut vaikutukset

Yllä kuvattujen ensisijaisten pintavoimien kanssa pelissä on useita välillisiä vaikutuksia. Vaikka voimat itsessään vaikuttavat pintojen välisen tartunnan suuruuteen, seuraavilla on ratkaiseva merkitys liimauslaitteen yleisessä lujuudessa ja luotettavuudessa.

Jousitus

Sormitusprosessi. Viivottu alue on vastaanottava alusta, pisteviiva on teippi ja varjostettu alue on tarttuva kemiallinen kerros. Nuoli osoittaa murtuman etenemissuunnan.

Jousitus on ehkä tärkein näistä vaikutuksista, ja se näkyy usein teipillä. Jousitus tapahtuu, kun kahden pinnan erottaminen alkaa ja rajapinnan molekyylit siltaavat raon yli sen sijaan, että halkeilevat kuten rajapinta itse. Tämän vaikutuksen merkittävin seuraus on halkeaman hillitseminen. Tarjoamalla muuten hauraat rajapintasidokset jonkin verran joustavuutta, raon poikki joutuvat molekyylit voivat estää halkeaman leviämisen. Toinen tapa ymmärtää tämä ilmiö on verrata sitä aiemmin mainitun epäonnistumispisteen stressipitoisuuteen . Koska jännitys on nyt jakautunut jollekin alueelle, jännityksellä missä tahansa kohdassa on vähemmän mahdollisuuksia ylittää pintojen välinen kokonaisliima. Jos vika ilmenee viskoelastista liima -ainetta sisältävässä rajapinnassa ja halkeama leviää, se tapahtuu asteittaisella prosessilla, jota kutsutaan "sormistukseksi", eikä nopeaa, haurasta murtumaa. Jousitus voi koskea sekä diffuusio- että kemiallista sidosjärjestelmää. Raon poikki siltaavien molekyylien merkkijonot olisivat joko molekyylejä, jotka olivat aikaisemmin levinneet rajapinnan poikki, tai viskoelastinen liima, edellyttäen että rajapinnalla oli merkittävä määrä sitä.

Mikrorakenteet

Molekyylimittakaavan mekanismien ja hierarkkisten pintarakenteiden vuorovaikutuksen tiedetään johtavan korkeaan staattiseen kitkaan ja sidokseen pintojen parien välillä. Teknologisesti kehittyneet liimauslaitteet käyttävät toisinaan pinnoilla olevia mikrorakenteita, kuten tiiviisti pakattuja jaksollisia pylväitä. Nämä ovat biomimeettisiä tekniikoita, jotka ovat innoittaneet eri niveljalkaisten ja selkärankaisten (etenkin gekot ) jalkojen liimautumiskyvystä . Sekoittamalla säännöllisin väliajoin tasaisia, tarttuvia pintoja, rajapinta saa arvokkaita halkeamia estäviä ominaisuuksia. Koska halkeaman aloittaminen vaatii paljon suurempaa rasitusta kuin halkeaman eteneminen, tällaisia ​​pintoja on paljon vaikeampi erottaa, koska uusi halkeama on käynnistettävä uudelleen aina, kun seuraava yksittäinen mikrorakenne saavutetaan.

Hystereesi

Hystereesillä tarkoitetaan tässä tapauksessa liimarajapinnan uudelleenjärjestelyä tietyn ajan kuluessa, minkä seurauksena kahden pinnan erottamiseen tarvittava työ on suurempaa kuin työ, joka saatiin niiden yhdistämisellä (W> γ ₁ + γ ₂ ). Useimmiten tämä on ilmiö, joka liittyy diffuusioon. Mitä enemmän aikaa annetaan paripinnoille, joilla on diffuusio -sidos rakenneuudistukseen, sitä enemmän diffuusio tapahtuu, sitä vahvempi tartunta tulee. Edellä mainittu tiettyjen polymeeripolymeeripintojen reaktio ultraviolettisäteilylle ja happikaasulle on esimerkki hystereesistä, mutta se tapahtuu myös ajan mittaan ilman näitä tekijöitä.

Sen lisäksi, että pystytään tarkkailemaan hystereesiä määrittämällä, onko W> γ ₁ + γ ₂ totta, voidaan myös löytää todisteita siitä suorittamalla "stop-start" -mittauksia. Näissä kokeissa kaksi pintaa liukuu jatkuvasti toisiaan vasten ja pysähtyvät toisinaan jonkin aikaa. Polymeeripolymeeripinnoilla tehtyjen kokeiden tulokset osoittavat, että jos pysäytysaika on riittävän lyhyt, tasaisen liukumisen jatkaminen on helppoa. Jos pysäytysaika kuitenkin ylittää jonkin rajan, liikevastus kasvaa aluksi, mikä osoittaa, että pysäytysaika oli riittävä pintojen uudelleenrakentamiseen.

Kostuvuus ja imeytyminen

Joitakin ilmakehän vaikutuksia liimalaitteiden toimivuuteen voidaan luonnehtia noudattamalla pintaenergian ja rajapintajännityksen teoriaa . Tiedetään, että γ ₁₂ = (1/2) W ₁₂₁ = (1/2) W ₂₁₂ . Jos γ ₁₂ on korkea, kukin laji pitää suotuisana olla yhdessä, kun se on kosketuksissa vieraan lajin kanssa, eikä hajoa ja sekoitu toisen kanssa. Jos tämä on totta, tästä seuraa, että kun rajapintojen jännitys on korkea, tarttuvuusvoima on heikko, koska kukin laji ei pidä sitä suotuisana toisiinsa. Nesteen ja kiinteän aineen rajapinnan jännitys liittyy suoraan nesteen kostutettavuuteen (suhteessa kiinteään aineeseen), joten voidaan ekstrapoloida, että koheesio lisääntyy kostumattomissa nesteissä ja vähenee kostutusnesteissä. Yksi esimerkki tämän todentamisesta on polydimetyylisiloksaanikumi , jonka itsekiinnittyvyys on 43,6 mJ/m ² ilmassa, 74 mJ/m ² vedessä (kastumaton neste) ja 6 mJ/m ² metanolissa (kostuttava neste).

Tämä väite voidaan laajentaa ajatukseen, että kun pinta on väliaineessa, jonka sitoutuminen on suotuisaa, se tarttuu epätodennäköisemmin toiseen pintaan, koska väliaine ottaa pinnalla mahdolliset paikat, jotka muuten olisivat käytettävissä tarttua toiseen pintaan. Tämä koskee luonnollisesti erittäin voimakkaasti kostuvia nesteitä, mutta myös kaasumolekyylejä, jotka voivat adsorboitua kyseiselle pinnalle ja siten varata mahdollisia tartuntapaikkoja. Tämä viimeinen kohta on itse asiassa melko intuitiivinen: Jos liima jätetään ilman alle liian kauan, se likaantuu ja sen tarttuvuus heikkenee. Tämä havaitaan kokeessa: kun kiille pilkotaan ilmassa, sen katkaisuenergia, W ₁₂₁ tai W _{kiille/ilma/kiille} , on 13 kertaa pienempi kuin halkaisuenergia tyhjiössä, W _kiille/ tyhjiö _/kiille .

Sivuttainen tarttuvuus

Sivuttainen tarttuvuus on tarttuvuus, joka liittyy yhden esineen liukumiseen alustalle, kuten pisaran liu'uttaminen pintaan. Kun kaksi esinettä ovat kiinteitä aineita, joko nesteen kanssa tai ilman, niiden välinen tartunta on kitkaa . Kuitenkin pisaran ja pinnan välisen sivukiinnityksen käyttäytyminen on tribologisesti hyvin erilainen kuin kiintoaineiden välinen kitka, ja tasaisen pinnan ja nestemäisen pisaran välinen luonnollisesti tarttuva kosketus tekee sivukiinnityksestä tässä tapauksessa yksittäisen kentän. Sivuttaisadheesiota voidaan mitata käyttämällä keskipakoisliimausta (CAB), joka käyttää keskipakovoiman ja painovoiman yhdistelmää ongelman normaalien ja sivuvoimien irrottamiseen.

Katso myös

Viitteet

Lue lisää

• John Comyn, Tartuntatiede , Royal Society of Chemistry Paperbacks, 1997
• AJ Kinloch, Liima ja liimat: tiede ja tekniikka , Chapman ja Hall, 1987