理论教育 界面现象:固—固黏附理论揭秘

界面现象:固—固黏附理论揭秘

时间:2023-10-31 理论教育 版权反馈
【摘要】:黏合与内聚都是热力学可逆过程,具有热力学平衡。不过这种理想状态在热力学平衡的理论研讨中,仍是很重要的。单位面积上所需的最大力称为理想黏结强度。若以聚合物理想黏合为例,界面上的分子相互作用仅为色散力时,其理想黏结强度可达1 500MPa。长期以来,许多科技工作者从不同的实验条件出发,对黏附理论进行了研究,但尚未建立统一的理论。现就一些人从各自不同角度提出的黏附理论做简单介绍。

界面现象:固—固黏附理论揭秘

黏合现象是客观存在的一种自然现象。远古时代,人类就发现了用湿的泥土填砌石缝以遮风蔽雨;用松香固定箭矢;人类不仅会利用动物血固定房屋构架榫头,还会利用动物皮骨来制胶。黏合是一种既古老又现代化、早已被广泛推广应用的黏结技术。

黏合作用也称黏附,或简称黏合,它有双重含义,从物理化学的概念来理解,是指界面之间的分子作用力,而且主要是指两种不同分子之间,在界面上的相互作用;相同分子在界面上的相互作用,称为自黏。从状态的概念来理解,黏合是指两个表面依靠化学力、物理力或两者兼有的力使之结合在一起的状态。与黏合作用相对应的是内聚作用,是指本体相中分子的相互作用力,或单一物质内部各粒子靠主价力或次价力结合在一起的状态。

黏合与内聚都是热力学可逆过程,具有热力学平衡。就是说可以反复地将黏合与内聚的分子分开到无穷远,然后又可以重新黏合与内聚。这当然是一种抽象的理想状态,在实际情况下,这是不可能反复的。不过这种理想状态在热力学平衡的理论研讨中,仍是很重要的。

从第二种具有实际意义的技术概念来理解,黏合是指同质或不同质的两种材料,用黏合剂粘接起来的一种状态。黏合剂与材料表面形成的界面,具有一定的强度,可以通过界面传递机械力或功。这种实际的黏合界面是不可逆的,将这种界面分开,一般不可能再回复原状,除非是外加能源或重新用黏合剂才能再黏合。利用这种状态的实用技术,叫作黏合或粘接。所以,黏合的实质是两种不同物质在界面相的分子相互作用所形成的界面力。界面力主要是范德瓦尔斯力,在某些场合也可能有化学键力、静电作用力或机械作用。判断黏合的效果,是黏结强度。黏结强度大,说明黏合效果好;反之,则黏合效果差。(www.daowen.com)

从热力学的概念出发,等温等压下把黏合在一起的两个相,从平衡位置可逆地分开到无穷远处,不再有两相分子相互作用的影响,这时所需的自由能称为黏合力。单位面积上所需的最大力称为理想黏结强度。若以聚合物理想黏合为例,界面上的分子相互作用仅为色散力时,其理想黏结强度可达1 500MPa。这比一般实际能达到的黏结强度至少大两个数量级。但是,理想黏结强度首先是建立在热力学的概念上的,即断裂过程应当是可逆的,既可将界面可逆地分开至无穷远,又能可逆地将分开的两表面重新合成一个界面,分开与合成的力相等,方向相反,没有能量损失。在现实中,这是不可能存在的,断裂过程是不可逆的。

黏合的界面上两种分子间产生相互作用,当分子间的距离达到分子作用半径的0.5nm以下时,会生成物理吸附键,即次价键。如表面发生化学吸附,则生成化学键。

长期以来,许多科技工作者从不同的实验条件出发,对黏附理论进行了研究,但尚未建立统一的理论。现就一些人从各自不同角度提出的黏附理论做简单介绍。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈