- Wat is fysieke therapietrouw?
- Vergelijkingen
- Voorbeelden
- Grip op banden
- Hechting van gepolijste glasplaten
- Tandhechting
- Hechting van cement aan constructies
- Referenties
De fysieke hechting is de binding tussen twee of meer oppervlakken van hetzelfde materiaal of ander materiaal bij contact. Het wordt geproduceerd door de Van der Waals-aantrekkingskracht en door de elektrostatische interacties die bestaan tussen moleculen en atomen van materialen.
Van der Waalskrachten zijn in alle materialen aanwezig, zijn aantrekkelijk en ontstaan door atomaire en moleculaire interacties. Van der Waals-krachten zijn te wijten aan de geïnduceerde of permanente dipolen die in de moleculen worden gecreëerd door de elektrische velden van naburige moleculen; of door de momentane dipolen van de elektronen rond de atoomkernen.
Drie M&M zijn gelijmd
Elektrostatische interacties zijn gebaseerd op de vorming van een elektrische dubbele laag wanneer twee materialen met elkaar in contact komen. Deze interactie veroorzaakt een elektrostatische aantrekkingskracht tussen de twee materialen door elektronen uit te wisselen, de zogenaamde Coulomb-kracht.
Fysieke hechting zorgt ervoor dat de vloeistof zich hecht aan het oppervlak waarop deze rust. Wanneer bijvoorbeeld water op glas wordt geplaatst, vormt zich een dunne, uniforme film op het oppervlak door de adhesiekrachten tussen het water en het glas. Deze krachten werken tussen de glasmoleculen en de watermoleculen, waardoor het water aan de oppervlakte van het glas blijft.
Wat is fysieke therapietrouw?
Fysieke hechting is de oppervlakte-eigenschap van materialen waardoor ze bij contact bij elkaar kunnen blijven. Het is direct gerelateerd aan de vrije oppervlakte-energie (ΔE) voor het geval van vast-vloeistofadhesie.
In het geval van vloeistof-vloeistof- of vloeistof-gasadhesie wordt de vrije oppervlakte-energie de grensvlak- of oppervlaktespanning genoemd.
Oppervlakte-vrije energie is de energie die nodig is om een oppervlakte-eenheid van het materiaal te genereren. Uit de vrije oppervlakte-energie van twee materialen kan de adhesie (adhesie) worden berekend.
Hechtingswerk wordt gedefinieerd als de hoeveelheid energie die aan een systeem wordt geleverd om de interface te breken en twee nieuwe oppervlakken te creëren.
Hoe groter het hechtingswerk, hoe groter de weerstand tegen scheiding van de twee oppervlakken. Hechtwerk meet de aantrekkingskracht tussen twee verschillende materialen bij contact.
Vergelijkingen
De vrije energie van scheiding van twee materialen, 1 en 2, is gelijk aan het verschil tussen de vrije energie na scheiding ( uiteindelijke γ ) en de vrije energie vóór scheiding ( aanvankelijke γ ).
ΔE = W 12 = laatste γ - initiële γ = γ 1 + γ 2 - γ 12
γ 1 = oppervlakte-vrije energie van materiaal 1
γ 2 = oppervlakte-vrije energie van materiaal 2
De hoeveelheid W 12 is het hechtingswerk dat de hechtsterkte van de materialen meet.
γ 12 = grensvlak vrije energie
Wanneer de hechting tussen een vast materiaal en een vloeibaar materiaal is, is het hechtingswerk:
W SL = γ S + γ LV - γ SL
γ S = vrije oppervlakte-energie van de vaste stof in evenwicht met zijn eigen damp
γ LV = vrije oppervlakte-energie van de vloeistof in evenwicht met damp
W SL = hechtingswerk tussen vaste stof en vloeistof
γ 12 = grensvlak vrije energie
De vergelijking wordt geschreven als een functie van de evenwichtsdruk (π- evenwicht ) die de kracht per lengte-eenheid meet van de moleculen die aan het grensvlak zijn geadsorbeerd.
π equil = γ S - γ SV
γ SV = vrije oppervlakte-energie van de vaste stof in evenwicht met de damp
W SL = π equil + γ SV + γ LV - γ SL
Vervanging van γ SV - γ SL = γ LV cos θ C in de vergelijking die we verkrijgen
W SL = π equil + γ SL (1 + cos θ C )
θ C is de evenwichtscontacthoek tussen een vast oppervlak, een druppel vloeistof en damp.
Contacthoek in drie fasen, vast, vloeibaar en gasvormig.
De vergelijking meet het adhesiewerk tussen een vast oppervlak en een vloeibaar oppervlak als gevolg van de adhesiekracht tussen de moleculen van beide oppervlakken.
Voorbeelden
Grip op banden
Fysieke grip is een belangrijk kenmerk voor het beoordelen van de efficiëntie en veiligheid van banden. Zonder goede grip kunnen de banden niet accelereren, het voertuig afremmen of van de ene plaats naar de andere worden gestuurd, en kan de veiligheid van de bestuurder in gevaar komen.
De adhesie van de band is te wijten aan de wrijvingskracht tussen het bandoppervlak en het wegdek. Hoge veiligheid en efficiëntie zijn afhankelijk van de hechting op verschillende oppervlakken, zowel ruw als glad, en onder verschillende atmosferische omstandigheden.
Om deze reden gaat de autotechniek elke dag vooruit bij het verkrijgen van geschikte bandenontwerpen die zelfs op nat wegdek een goede hechting mogelijk maken.
Hechting van gepolijste glasplaten
Wanneer twee gepolijste en bevochtigde glasplaten met elkaar in contact komen, ervaren ze een fysieke hechting die wordt waargenomen bij de inspanning die moet worden geleverd om de scheidingsweerstand van de platen te overwinnen.
De watermoleculen binden zich aan de moleculen van de bovenplaat en ook aan de onderplaat waardoor beide platen niet kunnen scheiden.
Watermoleculen hebben een sterke cohesie met elkaar, maar vertonen ook een sterke adhesie met glasmoleculen door intermoleculaire krachten.
Hechting van twee platen met een vloeistof
Tandhechting
Een voorbeeld van fysieke therapietrouw is een tandplak die aan een tand kleeft en die gewoonlijk wordt geplaatst bij herstellende tandheelkundige behandelingen. Hechting manifesteert zich op het grensvlak tussen het adhesieve materiaal en de tandstructuur.
De efficiëntie bij het aanbrengen van glazuur en dentine in tandweefsel en bij het inbouwen van kunstmatige structuren zoals keramiek en polymeren die de tandstructuur vervangen, hangt af van de mate van hechting van de gebruikte materialen.
Hechting van cement aan constructies
Een goede fysieke hechting van cement aan baksteen, metselwerk, steen of staalconstructies komt tot uiting in een hoog vermogen om de energie te absorberen die afkomstig is van normale en tangentiële krachten naar het oppervlak dat het cement verbindt met de constructies, dat wil zeggen in een hoog draagvermogen.
Om een goede hechting te verkrijgen is het, wanneer het cement de structuur raakt, noodzakelijk dat het oppervlak waarop het cement wordt geplaatst voldoende absorptie heeft en dat het oppervlak voldoende ruw is. Gebrek aan hechting leidt tot scheuren en loslaten van het gehechte materiaal.
Referenties
- Lee, L H. Fundamentals of Adhesion. New York: Plenium Press, 1991, blz. 1-150.
- Pocius, A V. Adhesives, Chapter27. JE Mark. Physical Properties of Polymers Handbook. New York: Springer, 2007, blz. 479-486.
- Israelachvili, J N. Intermoleculaire en oppervlaktekrachten. San Diego, Californië: Academic Press, 1992.
- Verband tussen adhesie en wrijvingskrachten. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung en Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 8, blz. 1231-1249.
- Principes van colloïde en oppervlaktechemie. Hiemenz, PC en Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.