Przyczepność - Adhesion

Krople rosy przylegające do pajęczyny
Przyczepność żaby do mokrej pionowej powierzchni szklanej.
Wklęsła łąkotka jest spowodowana przylegania.
Definicja IUPAC

Proces przylegania substancji do powierzchni innej substancji.

Uwaga 1 : Adhezja wymaga energii, która może pochodzić z
wiązań chemicznych i/lub fizycznych , przy czym ta ostatnia jest odwracalna po przyłożeniu wystarczającej ilości energii.

Uwaga 2 : W biologii adhezja odzwierciedla zachowanie komórek krótko po kontakcie
z powierzchnią.

Uwaga 3 : W chirurgii adhezję stosuje się, gdy dwie tkanki łączą się niespodziewanie.

Adhezja to tendencja różnych cząstek lub powierzchni do przylegania do siebie ( kohezja odnosi się do tendencji podobnych lub identycznych cząstek/powierzchni do przylegania do siebie).

Te siły , które powodują przyczepność i spójność można podzielić na kilka typów. Te międzycząsteczkowe siły odpowiedzialne za funkcje różnego rodzaju taśmy samoprzylepnej naklejki i należą do kategorii adhezji chemicznej , dyspersyjnej przyczepność i dyfuzyjnym przyczepności . Oprócz skumulowanych wielkości tych sił międzycząsteczkowych, istnieją również pewne pojawiające się efekty mechaniczne .

Energia powierzchniowa

Diagram przedstawiający różne przypadki rozszczepienia, z oznaczeniem każdego unikalnego gatunku.
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 – W 13 – W 23 = W 132 .

Energia powierzchniowa jest umownie definiowana jako praca wymagana do zbudowania obszaru o określonej powierzchni . Innym sposobem wyświetlenia energii powierzchniowej jest powiązanie jej z pracą wymaganą do rozszczepienia próbki zbiorczej, tworząc dwie powierzchnie. Jeżeli nowe powierzchnie są identyczne, energia powierzchniowa γ każdej powierzchni jest równa połowie pracy cięcia, W: γ = (1/2)W 11 .

Jeżeli powierzchnie są nierówne, stosuje się równanie Younga-Dupré : W 12 = γ 1 + γ 2 – γ 12 , gdzie γ 1 i γ 2 to energie powierzchniowe dwóch nowych powierzchni, a γ 12 to energia międzyfazowa.

Metodologia ta może być również użyta do omówienia rozszczepienia, które zachodzi w innym medium: γ 12 = (1/2)W 121 = (1/2)W 212 . Te dwie wielkości energii odnoszą się do energii, która jest potrzebna do rozszczepienia jednego gatunku na dwie części, gdy znajduje się on w medium innego gatunku. Podobnie dla systemu trójgatunkowego: γ 13 + γ 23 – γ 12 = W 12 + W 33 – W 13 – W 23 = W 132 , gdzie W 132 jest energią oddzielenia gatunku 1 od gatunku 2 w ośrodku gatunku 3 .

Podstawowe zrozumienie terminologii energii rozszczepiania, energii powierzchniowej i napięcia powierzchniowego jest bardzo pomocne w zrozumieniu stanu fizycznego i zdarzeń zachodzących na danej powierzchni, ale jak omówiono poniżej, teoria tych zmiennych daje również kilka interesujących efektów, które dotyczą praktyczności klejonych powierzchni w stosunku do ich otoczenia.

Mechanizmy

Nie ma jednej teorii obejmującej adhezję, a poszczególne mechanizmy są specyficzne dla konkretnych scenariuszy materiałowych. Zaproponowano pięć mechanizmów adhezji, aby wyjaśnić, dlaczego jeden materiał przykleja się do drugiego:

Mechaniczny

Materiały klejące wypełniają puste przestrzenie lub pory na powierzchniach i utrzymują razem powierzchnie poprzez zazębienie . Inne zjawiska zazębienia obserwowane są w różnych skalach długości. Szycie jest przykładem dwóch materiałów tworzących mechaniczne wiązanie na dużą skalę, rzepy tworzą jeden na średnią skalę, a niektóre kleje tekstylne (klej) tworzą jedno na małą skalę.

Chemiczny

Dwa materiały mogą tworzyć związek w połączeniu. Najsilniejsze połączenia występują tam, gdzie atomy dwóch materiałów dzielą się lub wymieniają elektrony (znane odpowiednio jako wiązanie kowalencyjne lub wiązanie jonowe ). Słabsze wiązanie powstaje, gdy atom wodoru w jednej cząsteczce jest przyciągany do atomu azotu , tlenu lub fluoru w innej cząsteczce, zjawisko to nazywa się wiązaniem wodorowym .

Adhezja chemiczna występuje, gdy atomy powierzchniowe dwóch oddzielnych powierzchni tworzą wiązania jonowe, kowalencyjne lub wodorowe. Zasada inżynierii stojąca za adhezją chemiczną w tym sensie jest dość prosta: jeśli cząsteczki powierzchniowe mogą się wiązać, to powierzchnie zostaną połączone ze sobą siecią tych wiązań. Warto wspomnieć, że te przyciągające siły jonowe i kowalencyjne działają tylko na bardzo małych odległościach – mniej niż nanometr . Oznacza to na ogół nie tylko, że powierzchnie z potencjalnymi wiązaniami chemicznymi muszą być bardzo blisko siebie, ale także, że te wiązania są dość kruche, ponieważ powierzchnie muszą być wtedy utrzymywane blisko siebie.

Dyspersyjny

W adhezji dyspersyjnej, znanej również jako sorpcja fizyczna , dwa materiały są utrzymywane razem przez siły van der Waalsa : przyciąganie między dwiema cząsteczkami, z których każda ma obszar o niewielkim ładunku dodatnim i ujemnym. W prostym przypadku takie cząsteczki są zatem polarne w odniesieniu do średniej gęstości ładunku , chociaż w większych lub bardziej złożonych cząsteczkach może być wiele „biegunów” lub obszarów o większym ładunku dodatnim lub ujemnym. Te dodatnie i ujemne bieguny mogą być trwałą właściwością cząsteczki ( siły Keesoma ) lub efektem przejściowym, który może wystąpić w dowolnej cząsteczce, ponieważ losowy ruch elektronów w cząsteczce może skutkować chwilową koncentracją elektronów w jednym obszarze ( Londyn siły ).

Spójność powoduje, że woda tworzy krople , napięcie powierzchniowe sprawia, że ​​są one prawie kuliste, a adhezja utrzymuje krople na miejscu.
Kropelki wody są bardziej płaskie na kwiatach hibiskusa, co wykazuje lepszą przyczepność.

W nauce o powierzchni termin adhezja prawie zawsze odnosi się do adhezji dyspersyjnej. W typowym układzie ciało stałe-ciecz-gaz (takim jak kropla cieczy na ciele stałym otoczonym powietrzem) kąt zwilżania służy do pośredniej oceny adhezji, podczas gdy waga adhezji odśrodkowej pozwala na bezpośrednie ilościowe pomiary adhezji. Ogólnie rzecz biorąc, przypadki, w których kąt zwilżania jest niski, uważa się za większą przyczepność na jednostkę powierzchni. Podejście to zakłada, że ​​niższy kąt zwilżania odpowiada wyższej energii powierzchniowej. Teoretycznie bardziej dokładna zależność między kątem zwilżania a pracą adhezji jest bardziej skomplikowana i wynika z równania Younga-Dupre'a . Kąt zwilżania układu trójfazowego jest funkcją nie tylko adhezji dyspersyjnej (oddziaływanie między cząsteczkami w cieczy a cząsteczkami w ciele stałym), ale także kohezji (oddziaływanie między samymi cząsteczkami cieczy). Silna adhezja i słaba kohezja powodują wysoki stopień zwilżenia , stan liofilowy z niskimi zmierzonymi kątami zwilżania. Odwrotnie, słaba adhezja i silna kohezja skutkują warunkami liofobowymi z wysokimi zmierzonymi kątami zwilżania i słabym zwilżaniem.

Siły dyspersyjne Londona są szczególnie przydatne dla funkcji urządzeń adhezyjnych , ponieważ nie wymagają, aby żadna z powierzchni miała jakąkolwiek stałą polaryzację. Zostały one opisane w latach 30. XX wieku przez Fritza Londona i były obserwowane przez wielu badaczy. Siły dyspersyjne są konsekwencją statystycznej mechaniki kwantowej . London wysnuł teorię, że siły przyciągania między cząsteczkami, których nie można wytłumaczyć oddziaływaniem jonowym lub kowalencyjnym, mogą być spowodowane przez momenty polarne w cząsteczkach. Multipole mogą odpowiadać za przyciąganie między cząsteczkami posiadającymi stałe momenty multipolowe, które uczestniczą w oddziaływaniach elektrostatycznych . Jednak dane eksperymentalne wykazały, że wiele związków, w których zaobserwowano działanie sił van der Waalsa, w ogóle nie miało multipoli. London zasugerował, że chwilowe dipole są indukowane wyłącznie dzięki bliskości cząsteczek. Rozwiązując układ kwantowo-mechaniczny dwóch elektronów jako oscylatorów harmonicznych znajdujących się w pewnej skończonej odległości od siebie, przemieszczających się względem swoich odpowiednich pozycji spoczynkowych i oddziałujących ze sobą nawzajem, London wykazał, że energia tego układu jest dana wzorem:

Podczas gdy pierwszy człon jest po prostu energią punktu zerowego , ujemny drugi człon opisuje siłę przyciągania pomiędzy sąsiednimi oscylatorami. Ten sam argument można również rozciągnąć na dużą liczbę sprzężonych oscylatorów, a tym samym ominąć kwestie, które w szczególności negują atrakcyjne efekty na dużą skalę stałych dipoli znoszących poprzez symetrię.

Addytywny charakter efektu dyspersji ma inną użyteczną konsekwencję. Rozważmy pojedynczy taki dipol dyspersyjny , zwany dipolem pochodzenia. Ponieważ każdy dipol pochodzenia jest z natury zorientowany tak, aby był przyciągany do sąsiednich dipoli, które indukuje, podczas gdy inne, bardziej odległe dipole nie są skorelowane z oryginalnym dipolem przez żadną relację fazową (a zatem średnio nic nie wnosząc), istnieje atrakcyjność netto siła w masie takich cząstek. Rozważając identyczne cząstki, nazywamy to siłą kohezji.

Omawiając adhezję, teorię tę należy przełożyć na terminy odnoszące się do powierzchni. Jeśli w masie podobnych cząsteczek występuje energia przyciągania netto, to rozszczepienie tej masy w celu wytworzenia dwóch powierzchni da powierzchnie o rozproszonej energii powierzchniowej, ponieważ forma energii pozostaje taka sama. Teoria ta stanowi podstawę dla istnienia sił van der Waalsa na powierzchni, które istnieją między dowolnymi cząsteczkami posiadającymi elektrony . Siły te można łatwo zaobserwować poprzez spontaniczne przeskakiwanie gładkich powierzchni do kontaktu . Gładkie powierzchnie miki , złota, różnych polimerów i stałych roztworów żelatyny nie rozchodzą się, gdy ich oddzielenie staje się wystarczająco małe – rzędu 1-10 nm. Równanie opisujące te atrakcje przewidzieli w latach 30. XX wieku De Boer i Hamaker:

gdzie P jest siłą (ujemną dla przyciągania), z jest odległością oddzielenia, a A jest stałą specyficzną dla materiału zwaną stałą Hamakera .

Dwa etapy rozpadu mikrostruktury PDMS z powodu przyciągania van der Waalsa. Stempel PDMS jest oznaczony zakreskowanym obszarem, a podłoże jest zaznaczone zacienionym obszarem. A) Stempel PDMS umieszcza się na podłożu z podniesionym „dachem”. B) Atrakcje Van der Waalsa sprawiają, że zawalenie się dachu jest energetycznie korzystne dla stempla PDMS.

Efekt jest również widoczny w eksperymentach, w których wykonano stempel z polidimetylosiloksanu (PDMS) z małymi okresowymi strukturami postów. Powierzchnia ze słupkami jest umieszczona twarzą do dołu na gładkiej powierzchni, tak że powierzchnia pomiędzy każdym słupkiem jest wyniesiona ponad gładką powierzchnię, jak dach podtrzymywany przez kolumny. Z powodu tych przyciągających sił dyspersyjnych między PDMS a gładkim podłożem, podwyższona powierzchnia – lub „dach” – zapada się na podłoże bez żadnej siły zewnętrznej poza przyciąganiem van der Waalsa. Proste, gładkie powierzchnie polimerowe – bez mikrostruktur – są powszechnie stosowane dla tych dyspersyjnych właściwości adhezyjnych. Kalkomanie i naklejki, które przyklejają się do szkła bez użycia jakichkolwiek chemicznych klejów, są dość powszechne jako zabawki i dekoracje oraz przydatne jako usuwalne etykiety, ponieważ nie tracą szybko swoich właściwości klejących, tak jak taśmy klejące, które wykorzystują klejące związki chemiczne.

Należy zauważyć, że siły te działają również na bardzo małe odległości – 99% pracy niezbędnej do zerwania wiązań van der Waalsa wykonuje się, gdy powierzchnie są od siebie oddalone o więcej niż nanometr. W wyniku tego ograniczonego ruchu zarówno w sytuacjach wiązania van der Waalsa, jak i wiązania jonowego/kowalencyjnego, praktyczna skuteczność adhezji z powodu jednego lub obu tych oddziaływań pozostawia wiele do życzenia. Po zainicjowaniu pęknięcia, łatwo rozprzestrzenia się wzdłuż powierzchni międzyfazowej ze względu na kruchą naturę wiązań międzyfazowych.

Jako dodatkową konsekwencję, zwiększenie pola powierzchni często nie poprawia siły przyczepności w tej sytuacji. Wynika to ze wspomnianego pęknięcia pęknięcia – naprężenie na granicy nie jest równomiernie rozłożone, ale raczej skoncentrowane w miejscu zniszczenia.

Elektrostatyczny

Niektóre materiały przewodzące mogą przepuszczać elektrony, tworząc różnicę w ładunku elektrycznym w złączu. Skutkuje to strukturą podobną do kondensatora i wytwarza atrakcyjną siłę elektrostatyczną między materiałami.

Dyfuzyjny

Niektóre materiały mogą łączyć się na złączu przez dyfuzję . Może się to zdarzyć, gdy cząsteczki obu materiałów są ruchome i rozpuszczalne w sobie. Byłoby to szczególnie skuteczne w przypadku łańcuchów polimerowych, w których jeden koniec cząsteczki dyfunduje do drugiego materiału. Jest to również mechanizm spiekania . Kiedy proszki metalu lub ceramiki są ściskane i podgrzewane, atomy dyfundują z jednej cząstki do drugiej. To łączy cząstki w jedno.

Interfejs jest oznaczony linią przerywaną. A) Nieusieciowane polimery mogą w pewnym stopniu swobodnie dyfundować przez powierzchnię międzyfazową. Jedna pętla i dwa dystalne ogony są widoczne jako dyfundujące. B) Usieciowane polimery nie są wystarczająco wolne do dyfuzji. C) „Scissed” polimery bardzo wolne, z wieloma ogonami rozciągającymi się w poprzek powierzchni międzyfazowej.

Siły dyfuzyjne przypominają mechaniczne uwięzienie na poziomie molekularnym. Wiązanie dyfuzyjne występuje wtedy, gdy gatunki z jednej powierzchni wnikają na sąsiednią powierzchnię, jednocześnie pozostając związane z fazą ich powierzchni pochodzenia. Pouczającym przykładem są powierzchnie polimer na polimerze. Wiązanie dyfuzyjne na powierzchniach polimer-polimer jest wynikiem odcinków łańcuchów polimerowych z jednej powierzchni przeplatających się z tymi na sąsiedniej powierzchni. Swoboda ruchu polimerów ma silny wpływ na ich zdolność do wzajemnego łączenia się, a tym samym na wiązanie dyfuzyjne. Przykładowo usieciowane polimery są mniej zdolne do dyfuzji i ułożone przemiennie , ponieważ są one połączone ze sobą w wielu punktach styku, nie mogą swobodnie skręcać się w sąsiadującej powierzchni. Un usieciowane polimery ( tworzyw termoplastycznych ), z drugiej strony są swobodniej wędruje do fazy ogonki sąsiedniej poprzez rozszerzenie i pętli przez interfejs.

Inną okolicznością, w której zachodzi wiązanie dyfuzyjne, jest „rozerwanie”. Rozcięcie łańcucha to cięcie łańcuchów polimerowych, co skutkuje wyższą koncentracją ogonów dystalnych . Podwyższone stężenie tych końców łańcucha powoduje wzrost stężenia ogonków polimerowych rozciągających się w poprzek powierzchni międzyfazowej. Rozerwanie można łatwo osiągnąć za pomocą promieniowania ultrafioletowego w obecności gazowego tlenu, co sugeruje, że urządzenia adhezyjne wykorzystujące wiązanie dyfuzyjne faktycznie korzystają z przedłużonej ekspozycji na ciepło/światło i powietrze. Im dłużej takie urządzenie jest wystawione na te warunki, tym więcej ogonów jest odcinanych i rozgałęziających się w poprzek interfejsu.

Po przejściu przez interfejs ogony i pętle tworzą wszelkie korzystne wiązania. W przypadku powierzchni polimer-polimer oznacza to większe siły van der Waalsa. Chociaż mogą one być kruche, są dość silne, gdy tworzy się duża sieć tych wiązań. Najbardziej zewnętrzna warstwa każdej powierzchni odgrywa kluczową rolę we właściwościach adhezyjnych takich interfejsów, ponieważ nawet niewielka ilość splotu – zaledwie jeden lub dwa ogony o długości 1,25 angstrema – może zwiększyć wiązania van der Waalsa o rząd wielkości .

Wytrzymałość

Siła adhezji między dwoma materiałami zależy od tego, który z powyższych mechanizmów występuje między dwoma materiałami oraz od pola powierzchni, na której te dwa materiały się stykają. Materiały, które zwilżają się nawzajem, mają zwykle większą powierzchnię styku niż te, które tego nie robią. Zwilżanie zależy od energii powierzchniowej materiałów.

Materiały o niskiej energii powierzchniowej, takie jak polietylen , polipropylen , politetrafluoroetylen i polioksymetylen są trudne do spajania bez specjalnego przygotowania powierzchni.

Kolejnym czynnikiem decydującym o sile kontaktu adhezyjnego jest jego kształt. Styki klejowe o złożonym kształcie zaczynają odrywać się na „krawędziach” obszaru styku. Na filmie widać proces niszczenia styków adhezyjnych.

Inne efekty

W połączeniu z opisanymi powyżej pierwotnymi siłami powierzchniowymi, w grę wchodzi kilka efektów poszlakowych. Chociaż każda z tych sił przyczynia się do wielkości adhezji pomiędzy powierzchniami, następujące czynniki odgrywają kluczową rolę w ogólnej wytrzymałości i niezawodności urządzenia klejącego.

Sznurowanie

Proces palcowania. Zakreskowany obszar to przyjmujące podłoże, kropkowany pasek to taśma, a zacieniony obszar pomiędzy nimi to przylepna warstwa chemiczna. Strzałka wskazuje kierunek propagacji złamania.

Sznurowanie jest prawdopodobnie najważniejszym z tych efektów i często można je zobaczyć na taśmach samoprzylepnych. Naciąganie występuje, gdy zaczyna się separacja dwóch powierzchni, a cząsteczki na interfejsie przechodzą przez szczelinę, zamiast pękać jak sam interfejs. Najważniejszą konsekwencją tego efektu jest powstrzymanie pęknięcia. Zapewniając pewną elastyczność łamliwym wiązaniom międzyfazowym, molekuły ciągnące się przez szczelinę mogą powstrzymać propagację pęknięcia. Innym sposobem zrozumienia tego zjawiska jest porównanie go z koncentracją naprężeń w punkcie awarii, o którym była mowa wcześniej. Ponieważ naprężenie jest teraz rozłożone na pewnym obszarze, naprężenie w dowolnym punkcie ma mniejszą szansę na przytłoczenie całkowitej siły adhezji między powierzchniami. Jeśli uszkodzenie wystąpi na powierzchni styku zawierającej lepkosprężysty środek adhezyjny, a pęknięcie będzie się rozprzestrzeniać, dzieje się to poprzez stopniowy proces zwany „palcowaniem”, a nie szybkie, kruche pęknięcie. Sznurowanie może dotyczyć zarówno reżimu wiązania dyfuzyjnego, jak i reżimu wiązania chemicznego. Struny molekuł przechodzące przez szczelinę byłyby albo cząsteczkami, które wcześniej dyfundowały przez interfejs, albo lepkosprężystym klejem, pod warunkiem, że na granicy znajdowała się jego znaczna objętość.

Mikrostruktury

Wiadomo, że wzajemne oddziaływanie mechanizmów skali molekularnej i hierarchicznych struktur powierzchni powoduje wysoki poziom tarcia statycznego i wiązania między parami powierzchni. Zaawansowane technologicznie urządzenia adhezyjne wykorzystują niekiedy mikrostruktury na powierzchniach, takie jak ciasno upakowane słupki okresowe. Są to technologie biomimetyczne inspirowane zdolnościami adhezyjnymi stóp różnych stawonogów i kręgowców (przede wszystkim gekonów ). Poprzez zmieszanie okresowych pęknięć w gładkie, przyczepne powierzchnie, interfejs uzyskuje cenne właściwości zapobiegające pękaniu. Ponieważ inicjacja pęknięcia wymaga znacznie większego naprężenia niż propagacja pęknięcia, takie powierzchnie są znacznie trudniejsze do oddzielenia, ponieważ nowe pęknięcie musi być ponownie uruchamiane za każdym razem, gdy osiągnięta zostanie następna pojedyncza mikrostruktura.

Histereza

Histereza , w tym przypadku, odnosi się do przebudowy powierzchni przylegania przez pewien okres czasu, w wyniku czego praca potrzebna do rozdzielenia dwóch powierzchni jest większa niż praca uzyskana przez ich połączenie (W > γ 1 + y 2 ). W większości jest to zjawisko związane z wiązaniem dyfuzyjnym. Im więcej czasu zostanie podane na parę powierzchni wykazujących dyfuzyjne wiązanie z restrukturyzacją, im większa dyfuzja nastąpi, tym silniejsza stanie się adhezja. Wspomniana wcześniej reakcja niektórych powierzchni polimer-on-polimer na promieniowanie ultrafioletowe i gazowy tlen jest przykładem histerezy, ale z czasem będzie się toczyć również bez tych czynników.

Oprócz możliwości obserwowania histerezy poprzez ustalenie, czy W > γ 1 + γ 2 jest prawdziwe, można również znaleźć na to dowód wykonując pomiary „stop-start”. W tych eksperymentach dwie powierzchnie ślizgają się po sobie w sposób ciągły i od czasu do czasu zatrzymują się na pewien zmierzony czas. Wyniki eksperymentów na powierzchniach polimer na polimerze pokazują, że jeśli czas zatrzymania jest wystarczająco krótki, przywrócenie gładkiego poślizgu jest łatwe. Jeżeli jednak czas zatrzymania przekroczy pewną granicę, następuje początkowy wzrost oporów ruchu, co wskazuje, że czas zatrzymania był wystarczający do restrukturyzacji powierzchni.

Zwilżalność i absorpcja

Niektóre wpływy atmosferyczne na funkcjonalność urządzeń adhezyjnych można scharakteryzować posługując się teorią energii powierzchniowej i napięcia międzyfazowego . Wiadomo, że γ 12 = (1/2)W 121 = (1/2)W 212 . Jeśli γ 12 jest wysokie, to każdy gatunek uważa, że ​​korzystniej jest zachować spójność w kontakcie z obcym gatunkiem, niż dysocjować i mieszać się z drugim. Jeśli to prawda, wynika z tego, że gdy napięcie międzyfazowe jest wysokie, siła adhezji jest słaba, ponieważ żaden gatunek nie uważa, że ​​jest to korzystne dla wiązania się z drugim. Napięcie międzyfazowe cieczy i ciała stałego jest bezpośrednio związane ze zwilżalnością cieczy (w stosunku do ciała stałego), a zatem można ekstrapolować, że kohezja wzrasta w cieczach niezwilżających i maleje w cieczach zwilżających. Jednym z przykładów, który to potwierdza, jest kauczuk polidimetylosiloksanowy , którego praca samoprzylepności wynosi 43,6 mJ/m 2 w powietrzu, 74 mJ/m 2 w wodzie (ciecz niezwilżająca) i 6 mJ/m 2 w metanolu (zwilżanie). płyn).

Argument ten można rozszerzyć na ideę, że gdy powierzchnia znajduje się w podłożu, z którym wiązanie jest korzystne, będzie mniej prawdopodobne, że przylgnie do innej powierzchni, ponieważ podłoże zajmuje potencjalne miejsca na powierzchni, które w innym przypadku byłyby dostępne przylegać do innej powierzchni. Oczywiście odnosi się to bardzo silnie do cieczy zwilżających, ale także do cząsteczek gazu, które mogą adsorbować na danej powierzchni, zajmując w ten sposób potencjalne miejsca adhezji. Ten ostatni punkt jest w rzeczywistości dość intuicyjny: pozostawienie kleju wystawionego na działanie powietrza zbyt długo powoduje jego zabrudzenie, a jego siła klejenia zmniejszy się. Można to zaobserwować w eksperymencie: gdy mika jest rozszczepiana w powietrzu, jej energia rozszczepiania, W 121 lub W mika/powietrze/mika , jest 13 razy mniejsza niż energia rozszczepiania w próżni, W mika/próżnia/mika .

Adhezja boczna

Adhezja boczna to przyczepność związana z przesuwaniem jednego przedmiotu po podłożu, takim jak przesuwanie kropli po powierzchni. Gdy te dwa obiekty są ciałami stałymi, z płynem lub bez między nimi, przyczepność boczna jest opisana jako tarcie . Jednak zachowanie przyczepności bocznej między kroplą a powierzchnią jest trybologicznie bardzo różne od tarcia między ciałami stałymi, a naturalnie adhezyjny kontakt między płaską powierzchnią a kroplą cieczy sprawia, że ​​przyczepność boczna w tym przypadku jest polem indywidualnym. Adhezję boczną można zmierzyć za pomocą równowagi adhezji odśrodkowej (CAB), która wykorzystuje kombinację sił odśrodkowych i grawitacyjnych do oddzielenia sił normalnych i bocznych w problemie.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

  • John Comyn, Adhesion Science , Royal Society of Chemistry Paperbacks, 1997
  • AJ Kinloch, Adhezja i kleje: nauka i technologia , Chapman i Hall, 1987 r.