表面張力與潤(rùn)濕作用

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1、表面張力與潤(rùn)濕作用一、膠黏劑粘接機(jī)理二、界面現(xiàn)象三、表面張力四、潤(rùn)濕作用五、潤(rùn)濕現(xiàn)象的運(yùn)用表面張力與潤(rùn)濕作用一、膠黏劑粘接機(jī)理1、機(jī)械理論2、弱邊界層理論3、擴(kuò)散理論4、靜電理論5、吸附理論1、機(jī)械理論機(jī)械理論認(rèn)為，膠粘劑必須滲入被粘物表面的空隙內(nèi)，并排除其界面上吸附的空氣，才能產(chǎn)生粘接作用。2、弱邊界層理論弱邊界層理論認(rèn)為，當(dāng)粘接破壞被認(rèn)為是界面破壞時(shí)，實(shí)際上往往是內(nèi)聚破壞或弱邊界層破壞。弱邊界層來自膠粘劑、被粘物、環(huán)境，或三者之間任意組合。如果雜質(zhì)集中在粘接界面附近，并與被粘物結(jié)合不牢，在膠粘劑和被粘物內(nèi)部都

2、可出現(xiàn)弱邊界層。當(dāng)發(fā)生破壞時(shí)，盡管多數(shù)發(fā)生在膠粘劑和被粘物界面，但實(shí)際上是弱邊界層的破壞。3、擴(kuò)散理論擴(kuò)散理論認(rèn)為，粘接是通過膠粘劑與被粘物界面上分子擴(kuò)散產(chǎn)生的。當(dāng)膠粘劑和被粘物都是具有能夠運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)鏈大分子聚合物時(shí)，擴(kuò)散理論基本是適用的。熱塑性塑料的溶劑粘接和熱焊接可以認(rèn)為是分子擴(kuò)散的結(jié)果。4、靜電理論由于在膠粘劑與被粘物界面上形成雙電層而產(chǎn)生了靜電引力，即相互分離的阻力。當(dāng)膠粘劑從被粘物上剝離時(shí)有明顯的電荷存在，則是對(duì)該理論有力的證實(shí)。5、吸附理論吸附理論認(rèn)為，粘接是由兩材料間分子接觸和界面力產(chǎn)生所引起的。粘接

3、力的主要來源是分子間作用力包括氫鍵力和范德華力。膠粘劑與被粘物連續(xù)接觸的過程叫潤(rùn)濕，要使膠粘劑潤(rùn)濕固體表面，膠粘劑的表面張力應(yīng)小于固體的臨界表面張力，膠粘劑浸入固體表面的凹陷與空隙就形成良好潤(rùn)濕。二、界面現(xiàn)象多種研究結(jié)果表明，兩相的接觸面（通常約為幾個(gè)分子的厚度）處，其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與兩側(cè)體相均不同。這種接觸面就是界面。氣-液界面空氣氣-液界面（液體表面）氣-固界面氣-固界面（固體表面）液-液界面液-液界面液-固界面玻璃板液-固界面固-固界面鐵管Cr鍍層固-固界面三、表面張力一）、處于液體體相內(nèi)的任一分子受到其周圍四

4、面八方分子的作用是相等的，可以抵消，故在液體內(nèi)部分子的移動(dòng)無(wú)需做功。處于液體表面上的分子受到液體內(nèi)部分子的作用力遠(yuǎn)大于另一側(cè)氣體（或蒸氣)分子的作用力，因而液體表面分子有自動(dòng)向液體內(nèi)部遷移的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)的表現(xiàn)之一是液體表面自動(dòng)縮小，表現(xiàn)之二為欲擴(kuò)大表面需外界做功。界面層分子與內(nèi)部分子受力不同lg表面張力的力學(xué)定義是作用于液體表面上任何部分單位長(zhǎng)度直線上的收縮力，力的方向是與該直線垂直并與液面相切。單位為mN·m-1。二）、決定和影響液體表面張力的主要因素1.物質(zhì)的本性液體的表面張力（或表面自由能）表示將液體分子

5、從體相拉到表面上所做功的大小，故于液體分子間相互作用力的性質(zhì)與大小有關(guān)。相互作用強(qiáng)烈，不易脫離體相，表面張力就大。2.溫度的影響溫度升高，分子鍵引力減弱，故表面張力多隨溫度升高而減小。同時(shí)，溫度升高液體的飽和蒸氣壓增大，氣相中分子密度增加，也是氣相分子對(duì)液體表面分子的引力增大，導(dǎo)致液體表面張力減小。當(dāng)溫度達(dá)到臨界溫度Tc時(shí)，液相與氣相界線消失，表面張力降為零。3.壓力的影響隨壓力增大，表面張力減小。低壓下影響不明顯，高壓下可能引起比較明顯的變化。四、潤(rùn)濕作用與接觸角一.潤(rùn)濕作用凝聚態(tài)物體表面一種流體被另一種流體取

6、代的過程稱為潤(rùn)濕。潤(rùn)濕過程分為三類，即在日常生活中經(jīng)常遇到的沾濕、浸濕和鋪展。沾濕液體取代固體表面氣體，液體不能完全展開的過程稱為沾濕。固－液界面取代液－氣界面和氣－固界面的過程當(dāng)WA>0時(shí)，即時(shí)，沾濕過程才是自發(fā)的。（黏附功）鋪展液體在固體表面展開成薄層，此過程稱為鋪展。鋪展是固氣界面消失，氣液界面和固液界面形成的過程。（鋪展系數(shù)）鋪展系數(shù)S>0，過程自發(fā)進(jìn)行。浸濕固體浸于液體中的過程稱為浸濕。此過程是固氣界面被固液界面取代，氣液界面無(wú)變化，此過程自由能變化為（浸潤(rùn)功）WI>0，過程自發(fā)進(jìn)行。二.接觸角與You

7、ng方程將一液體滴到一平滑均勻的固體表面上，若不鋪展，將形成一平衡液滴，其形狀由固液氣三相交界面處所作氣液界面之切線經(jīng)液滴至固液界面所成之夾角決定，此角稱為該種液體在所研究固體表面上之接觸角，或稱潤(rùn)濕角。接觸角常以θ表示。γsgγlgγsl?氣液固γsgγlgγsl?氣液固?<90??>90?接觸角?與各個(gè)界面張力該式稱為Young方程或潤(rùn)濕方程。θ越小，潤(rùn)濕過程越易進(jìn)行。習(xí)慣上，θ>90℃,為不潤(rùn)濕θ<90℃,為潤(rùn)濕三.決定和影響接觸角大小的一些因素1.物質(zhì)的本性由楊氏方程，θ由，，決定。對(duì)于指定的固體，液體表

8、面張力越小，其在該固體上的θ也越小。對(duì)于同一液體，固體表面能越大，θ越小。θ反應(yīng)了液體與固體表面親和作用大小，親和力越強(qiáng)越易于在表面上展開，θ越小。2.接觸角滯后現(xiàn)象若液體與固面無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所形成的兩個(gè)接觸角是相等的即平衡接觸角θe；若液體與固體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，則會(huì)形成兩個(gè)不同的接觸角。較大的θa稱為前進(jìn)接觸角，較小的θr稱為后退接觸角。這種θa＞θr的現(xiàn)象稱為接觸角滯