Physische Einhaltung: Woraus besteht es und Beispiele
Die physikalische Haftung ist die Verbindung zwischen zwei oder mehr Oberflächen desselben Materials oder eines anderen Materials, wenn sie miteinander in Kontakt kommen. Es entsteht durch die Anziehungskraft von Van der Waals und durch die elektrostatischen Wechselwirkungen, die zwischen den Molekülen und den Atomen der Materialien bestehen.
Van-der-Waals-Kräfte sind in allen Materialien vorhanden, sie sind attraktiv und stammen aus atomaren und molekularen Wechselwirkungen. Die Van-der-Waals-Kräfte sind auf die induzierten oder permanenten Dipole zurückzuführen, die in den Molekülen durch die elektrischen Felder der benachbarten Moleküle erzeugt werden. oder durch die augenblicklichen Dipole der Elektronen um die Atomkerne.
Die elektrostatischen Wechselwirkungen beruhen auf der Bildung einer doppelten elektrischen Schicht, wenn zwei Materialien in Kontakt kommen. Diese Wechselwirkung erzeugt beim Austausch von Elektronen eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen den beiden Materialien, die als Coulomb-Kraft bezeichnet wird.
Die physikalische Haftung bewirkt, dass die Flüssigkeit an der Oberfläche haftet, auf der sie ruht. Wenn beispielsweise das Wasser auf ein Glas gegeben wird, bildet sich aufgrund der Adhäsionskräfte zwischen Wasser und Glas ein dünner und gleichmäßiger Film auf der Oberfläche. Diese Kräfte wirken zwischen den Molekülen des Glases und den Molekülen des Wassers und halten das Wasser auf der Oberfläche des Glases.
Was ist physische Einhaltung?
Die physikalische Haftung ist die Oberflächeneigenschaft der Materialien, die es ihnen ermöglicht, in Kontakt miteinander zu bleiben. Sie steht in direktem Zusammenhang mit der freien Oberflächenenergie ( ΔE ) für den Fall der Fest-Flüssig-Adhäsion.
Im Falle einer Flüssig-Flüssig- oder Flüssig-Gas-Haftung wird die freie Oberflächenenergie Grenzflächen- oder Oberflächenspannung genannt.
Freie Oberflächenenergie ist die Energie, die zur Erzeugung einer Oberflächeneinheit des Materials erforderlich ist. Die Adhäsionsarbeit (Adhäsion) kann aus der freien Oberflächenenergie zweier Materialien berechnet werden.
Unter Adhäsionsarbeit versteht man die Energiemenge, die einem System zugeführt wird, um die Grenzfläche zu durchbrechen und zwei neue Oberflächen zu erzeugen.
Je größer die Adhäsionsarbeit ist, desto größer ist der Widerstand gegen das Trennen der beiden Oberflächen. Adhäsionsarbeit misst die Anziehungskraft zwischen zwei verschiedenen Materialien im Kontakt.
Gleichungen
Die freie Energie der Trennung zweier Materialien, 1 und 2, ist gleich der Differenz zwischen der freien Energie nach der Trennung ( endgültiges γ ) und der freien Energie vor der Trennung ( anfängliches γ ).
ΔE = W 12 = endgültig γ - anfänglich γ = γ 1 + γ 2 - γ 12 [1]
γ 1 = freie Oberflächenenergie von Material 1
γ 2 = freie Oberflächenenergie von Material 2
Die Größe W 12 ist die Adhäsionsarbeit, die die Adhäsionsfestigkeit der Materialien misst.
γ 12 = freie Grenzflächenenergie
Wenn die Adhäsion zwischen einem festen und einem flüssigen Material besteht, ist die Adhäsionsarbeit:
W SL = & ggr ; S + & ggr; LV - & ggr; SL [2]
γ S = freie Oberflächenenergie des Feststoffs im Gleichgewicht mit seinem eigenen Dampf
γ LV = freie Oberflächenenergie der Flüssigkeit im Gleichgewicht mit Dampf
W SL = Adhäsionsarbeit zwischen Feststoff und Flüssigkeit
γ 12 = freie Grenzflächenenergie
Gleichung [2] wird als Funktion des Gleichgewichtsdrucks (π equil ) geschrieben, der die Kraft pro Längeneinheit der an der Grenzfläche adsorbierten Moleküle misst.
π äquil = γ S - γ SV [3]
γ SV = freie Oberflächenenergie des Feststoffs im Gleichgewicht mit Wasserdampf
W SL = & pgr ; equil + & ggr; SV + & ggr; LV - & ggr; SL [4]
Beim Ersetzen von γ SV - γ SL = Man erhält γ LV cos θ C in Gleichung [4]
W SL = & pgr ; equil + & ggr; SL (1 + cos & thgr ; C ) [5]
θ C ist der Kontaktwinkel im Gleichgewicht zwischen einer festen Oberfläche, einem Tropfen Flüssigkeit und Dampf.
Gleichung [5] misst die Adhäsionsarbeit zwischen einer festen Oberfläche und einer flüssigen Oberfläche aufgrund der Adhäsionskraft zwischen den Molekülen beider Oberflächen.
Beispiele
Reifenhaftung
Die physikalische Haftung ist ein wichtiges Merkmal für die Beurteilung der Effizienz und Sicherheit der Reifen. Ohne guten Grip können die Reifen das Fahrzeug nicht beschleunigen oder bremsen oder von einem Ort zum anderen gelenkt werden, und die Sicherheit des Fahrers kann beeinträchtigt werden.
Der Grip des Reifens beruht auf der Reibungskraft zwischen der Oberfläche des Reifens und der Oberfläche der Fahrbahn. Hohe Sicherheit und Effizienz hängen von der Haftung auf verschiedenen rauen und rutschigen Oberflächen und unter verschiedenen atmosphärischen Bedingungen ab.
Aus diesem Grund werden in der Automobilindustrie täglich Fortschritte bei der Entwicklung geeigneter Reifendesigns erzielt, die auch auf nassen Oberflächen einen guten Grip ermöglichen.
Haftung von polierten Glasplatten
Wenn zwei polierte und angefeuchtete Glasplatten in Kontakt kommen, erfahren sie eine physikalische Adhäsion, die bei dem Aufwand beobachtet wird, der angewendet werden muss, um den Ablösewiderstand der Platten zu überwinden.
Die Wassermoleküle binden sich an die Moleküle der oberen Platte und haften ebenfalls an der unteren Platte, wodurch verhindert wird, dass sich beide Platten trennen.
Wassermoleküle haben eine starke Kohäsion miteinander, sie zeigen jedoch auch eine starke Adhäsion an Glasmolekülen aufgrund intermolekularer Kräfte.
Zahnadhäsion
Ein Beispiel für eine physikalische Adhäsion ist ein Zahnbelag, der an einem Zahn befestigt ist, der normalerweise in Zahnrestaurationsbehandlungen eingesetzt wird. Die Adhäsion manifestiert sich an der Grenzfläche zwischen dem adhäsiven Material und der Zahnstruktur.
Die Effizienz bei der Platzierung von Emails und Dentinen in Zahngeweben und der Einbau von künstlichen Strukturen wie Keramik und Polymeren, die die Zahnstruktur ersetzen, hängen vom Grad der Haftung der verwendeten Materialien ab.
Verklebung von Zement mit Strukturen
Eine gute physikalische Haftung des Zements an den Strukturen aus Ziegeln, Mauerwerk, Stein oder Stahl zeigt sich in einer hohen Aufnahmefähigkeit für die Energie, die aus den normalen und tangentialen Anstrengungen auf die Oberfläche entsteht, die den Zement mit den Strukturen verbindet, d. H eine hohe Belastbarkeit.
Um eine gute Haftung zu erzielen, ist es bei der Vereinigung des Zements mit der Struktur erforderlich, dass die Oberfläche, auf die der Zement aufgetragen werden soll, eine ausreichende Absorption aufweist und die Oberfläche ausreichend rau ist. Die mangelnde Haftung führt zu Rissen und zum Ablösen des anhaftenden Materials.
