Адгезия это что: Адгезия. Что это такое | Hammerite Россия

Содержание

АДГЕЗИЯ — это… Что такое АДГЕЗИЯ?

(от лат. adhaesio — прилипание, сцепление, притяжение) — связь между разнородными конденсированными телами при их контакте. Частный случай А.- аутогезия, проявляющаяся при соприкосновении однородных тел. При А. и аутогезии сохраняется граница раздела фаз между телами, в отличие от когезии, определяющей связь внутри тела в пределах одной фазы. Наиб. значение имеет А. к твёрдой поверхности (субстрату). В зависимости от свойств адгезива (прилипшего тела) различают А. жидкости и твердых тел (частиц, плёнок и структурированных упруговязкопластич. масс, напр. расплавов, битумов). Аутогезия характерна для твёрдых плёнок в многослойных покрытиях и частиц, определяет прочность дисперсных систем и композиц. материалов (порошков, грунта, бетона и др.).

, воды) на поверхностях, в результате возникновения хим. связи между адгезивом и субстратом. В процессе диффузии возможны взаимное проникновение молекул контактирующих тел, размывание границы раздела фаз и переход А. в когезию. Величина А. может измениться при адсорбции на границе раздела фаз, а также за счёт подвижности полимерных цепей Между твёрдыми телами в жидкой среде формируется тонкий слой жидкости и возникает расклинивающее давление, препятствующее А. Следствием А. жидкости к поверхности твёрдого тела является смачивание.

Возможность А. при изотермич. обратимом процессе определяется убылью свободной поверхностной энергии, к-рая равна равновесной работе адгезии :

жидкости. А. твёрдых тел измеряется величиной внеш. воздействия при отрыве адгезива, А. и аутогезия частиц — средней силой (рассчитывается как матем. ожидание), а порошка — уд. силой. Силы А. и аутогезии частиц увеличивают трение при движении порошков.

При отрыве плёнок и структурир. масс измеряется адгезионная прочность, к-рая, кроме А., включает усилие на деформацию и течение образца, разрядку двойного электрич. слоя и др. побочные явления. Адгезионная прочность зависит от размеров (толщины, ширины) образца, направления и скорости приложения внеш. усилия. При А., слабой по сравнению с когезией, имеет место адгезионный отрыв, при относительно слабой когезии — когезионный разрыв адгезива. А. полимерных, лакокрасочных и др. плёнок определяется смачиванием, условием формирования площади контакта жидким адгезивом и при его затвердевании образованием внутр. напряжений и ре-лаксац. процессами, влиянием внеш. условий (давления, темп-ры, электрич. поля и др.), а прочность клеевых соединений — ещё и когезией отвердевшей клеевой прослойки.

Изменение А. вследствие возникновения двойного электрич. слоя в зоне контакта и образования донор-но-акцепторной связи для металлов и кристаллов определяется состояниями внеш. электронов атомов поверхностного слоя и дефектами кристаллич. решётки, полупроводников — поверхностными состояниями и наличием примесных атомов, а диэлектриков — дипольным моментом функциональных групп молекул на границе фаз. Площадь контакта (и величина А.) твёрдых тел зависит от их упругости и пластичности. Усилить А. можно путём активации, т. е. изменения морфологии и энергетич. состояния поверхности ме-ханич. очисткой, очисткой с помощью растворов, вакуумированием, воздействием эл.-магн. излучения, ионной бомбардировкой, а также введением разл. функциональных групп. Значит. А. металлич. плёнок достигается электроосаждением, металлич. и неме-таллич. плёнок — термич. испарением и вакуумным напылением, тугоплавких плёнок — с помощью плазменной струи.

Совокупность методов определения А. наз. адгезиометрией, а приборы их реализующие — адгезиометрами. А. может быть измерена при помощи прямых (усилие при нарушении адгезионного контакта), неразрушающих (по изменению параметров ультразвуковых и эл.-магн. волн вследствие поглощения, отражения или преломления) и косвенных (характеризующих А. в сопоставимых условиях лишь относительно, напр. отслаиванием плёнок после надреза, наклоном поверхности для порошков и др.) методов.

Лит.: 3имон А. Д., Адгезия пыли и порошков, 2 изд., М., 1976; его же, Адгезия пленок и покрытий, М., 1977; его же, Что такое адгезия, М., 1983; Дерягин Б. В., Кротова Н. А., Смилга В. П., Адгезия твердых тел, М., 1973; 3имон А. Д., Андрианов Е. И., Аутогезия сыпучих материалов, М., 1978; Басин В. Е., Адгезионная прочность, М., 1981; Коагуляционные контакты в дисперсных системах, М., 1982; Вакула В. Л., Притыкин Л. М., Физическая химия адгезии полимеров, М., 1984. А. Д. Зимон.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

Адгезия что это в строительстве – адгезионный слой

Что такое адгезия в строительстве?

Строительный мир зависит от множества физических явлений и свойств, которые являются основой для грамотного соединения материалов различного вида и фактуры. Именно адгезия отвечает за соединение различных веществ между собой. С латинского языка слово переводиться как «прилипание». Адгезия может измеряться и иметь разные значения, в зависимости от поведения молекулярных сеток разных веществ и материалов между собой. Если речь идет о строительных работах, то здесь адгезия часто выступает как «смачиватель» между материалами за счет воды или влажных работ. Это может быть грунтовка, покраска, цемент, клей, раствор или пропитка. Значение адгезии значительно снижается, если происходит усадка материалов.

Строительные работы напрямую связаны с проникновением веществ и материалов друг в друга.

Наглядно и быстро увидеть данный процесс можно при малярных обработках, изоляционных техниках, сварочных и паяльных работах. В результате мы видим быстрое прилипание или сцепление материалов между собой. Происходит это не только из-за грамотного проведения работ и профессионализма работников, но и адгезии, которая является основой для связующих молекулярных сеток разных веществ. Понимание этого процесса можно проследить во время перерывов при заливании бетонных конструкций, лакокрасочных работах, посадке декоративной плитки на цемент или клей.

Как её измеряют?

Величина сцепления адгезии измеряется в МПа (мега Паскаль). Единица МПа измеряется в прикладываемой силе в 10 килограмм, которая давит на 1 квадратный сантиметр. Чтобы разобрать это на практике, рассмотрим случай. Клеящий состав в характеристике имеет обозначение в 3 МПа. Это означает, что для приклеивания определенной детали, на 1 кв. см нужно использовать силу или приложить усилие равно 30 килограммам.

Что влияет на неё?

Любая рабочая смесь проходит через различные этапы и процессы, пока полностью не проявит свои заявленные производителем свойства. Пока она схватывается, адгезия может меняться из-за физических процессов, происходящих при высыхании. Также немаловажную роль играет усадка растворной смеси, в результате чего контакт между материалами растягивается и появляются усадочные трещины. В результате такой усадки сцепление материалом между собой на поверхности ослабевает. Например, в реальном строительстве этого хорошо видно при контакте старого бетона с новой кладкой строительных смесей.

Как улучшить свойства?

Многие строительные материалы и вещества по своей природе не имеют возможность сильно схватываться друг с другом. У них разный химический состав и условия образования. Для решения этой проблемы в ремонтных и строительных работах давно припасен целый арсенал техники хитростей, которые помогают улучшать адгезию между материалами. Чаще всего речь идет о целом комплексе работ, которые требуют временных и физических затрат.

В строительстве применяют сразу три способа для улучшения адгезии. К ним относят:

Химический. Добавление в материалы специальных примесей, пластификаторов или добавок для получения лучшего эффекта.
Физико-химический. Обработка поверхностей специальными составами. Шпаклевка и грунтовка относится к физико-химическому воздействию на «прилипание» материалов друг к другу.
Механический. Для улучшения сцепления применяют механическое воздействие в виде шлифовки для появления микроскопических шероховатостей. Также применяют физическое нанесение насечек, абразивную обработку и устранение пыли и грязи из поверхности.

Адгезия основных строительных материалов

Рассмотрим детально, как реагируют материалы друг на друга, которые применяются при строительстве чаще всего.

Стекло. Хорошо контактирует с жидкими веществами. Показывает идеальную адгезию с лаками, красками, герметиками, полимерными составами. Жидкое стекло прочно фиксируется с твердыми пористыми материалами
Дерево. Идеальная адгезия происходит между деревом и жидкими строительными веществами – битумом, красками и лаками. На цементные растворы реагирует очень плохо. Для связывания дерева с другими строительными материалами используют гипс или алебастр.
Бетон. Для кирпичей и бетона главной составляющей успешной адгезии выступает влага. Для получения хорошего результата поверхности необходимо все время смачивать, а жидкие растворы использовать на основе воды. Хорошо реагирует на материалы с пористой и шероховатой структурой. С полимерными веществами контакт происходит значительно хуже.

Заключение:

Явление как адгезия, дает возможность быстро и качество прилипать любым материалам к основанию покрытий других с помощью дополнительных строительных веществ и растворов. Каждый материал проявляет свое качества и свойства при взаимодействии с другими строительными веществами. Способность к адгезии позволяет им прочно взаимодействовать без ухудшения общего строительного процесса.

Ефим Виноградов

>Адгезия – что это такое в строительстве

Что представляет собой адгезия, как её измерять, увеличивать?

Adhaesio — слово латинского происхождения переводится как прилипание. Межмолекулярные воздействия поверхностных слоев твердых или жидких тел в различных сочетаниях приводит их сцеплению. Чтобы их разделить, необходимо приложить определенные усилия.

Благодаря адгезии мы склеиваем предметы с твердой поверхностью, наносим прочные декоративные покрытия. Вещества, которые соединяют материалы между собой, называются адгезивами.

Это могут быть разновидности клея или смолы, строительный цемент.

Как измерить адгезию?

Единицей измерения сцепления поверхностей служит мегапаскаль. 1 МПа показывает, что вы сможете оторвать приклеенный к поверхности предмет с площадью 1см2, если приложите усилие равное 10 кг.

Можно определить величину адгезии, для сцепления различных материалов используя справочники ГОСТов. Чтобы измерить адгезию во время проведения строительных работ применяются специализированные приборы — адгезиметры. Механические и электронные приборы работают:

по методу отрыва — во время испытания измеряется величина приложенного усилия, которое позволит отделить покрытие от основы;
с использованием метода решетчатого надреза;
с применением метода разрушения ”грибка”, он является разновидностью метода отрыва.

Компактные приборы позволяют контролировать качество нанесения штукатурного и окрасочного слоя, надежность облицовочных и защитных покрытий, определяют прочность сцепления между кирпичами или блоками. Контроль адгезии на этапе производства, обеспечивает надежность и прочность сооружений, и длительный безаварийный срок их эксплуатации.

Процесс адгезии в строительных работах

Работы по кладке стен и перегородок, отделочные работы — штукатурка, покраска стен, наклеивание обоев, бетонирование поверхностей, сварочные работы, нанесение защитных покрытий от коррозии все эти процессы неразрывно связаны с адгезией. Это соединения:

Лакокрасочных составов и металла. Результатом сцепления краски и лака служат лакокрасочные покрытия. Для того чтобы адгезия была прочной и краска хорошо держалась на поверхности проводят тестирование адгезива. Степень адсорбции поверхности изделия определит необходимое количество слоев будущего покрытия.
Стекла и жидких адгезивов (лаков, красок, герметиков, полимерных смесей). В свою очередь, стекло в жидком виде будет адгезивом к твердым поверхностям с пористой структурой.
Деревянных поверхностей и декоративного покрытия. Для этих случаев подходят такие адгезивы как битумные составы, лаки и краски, штукатурные смеси, в состав которых входит гипс или алебастр. У цементных растворов низкая степень сцепления с деревянными изделиями, поэтому они практически не применяются при штукатурных работах.
Бетонные поверхности и металлы — это многочисленные конструкции при возведении зданий и сооружений. Адгезия бетона по отношению к металлу не обеспечивает необходимую прочность. Поэтому для образования устойчивой системы, при скреплении металла с бетоном используются специальные составы и смеси с содержанием сухих полимеров. При соединении с водой жидкий полимер повышает пластичность смеси и увеличивает ее адгезионную способность.
Пенополиуретан. Надежное сцепление поверхностей обеспечивает строительная пена. Ее использование позволяет создавать прочные, устойчивые к нагрузкам конструкции из композиционного сочетания любых стройматериалов. Бетонные, кирпичные, деревянные, металлические поверхности и гипсокартон прочно соединяются между собой без применения крепежных соединений.
Сварные соединения. Высокая прочность изделий получается при соединении металлических поверхностей с одинаковой кристаллической решеткой. Интерметаллиды, состоящие из двух и более металлов, свариваются намного хуже. Этот факт не позволяет делать сварные соединения из любых сочетаний металлов без учета их адгезии.

Как увеличить адгезию?

Степень адгезии находится в зависимости от химических связей и площади предметов. Наличие пор и шероховатости ведет к увеличению показателя. В этих случаях общая рабочая площадь выше геометрического показателя и, соответственно, более прочное сцепление.

Применение модифицирующих добавок в строительных смесях позволяет получить растворы с высокими адгезивными свойствами.

Чтобы обеспечить требуемую адгезию, перед началом работ проводят предварительные мероприятия по обеспыливанию, обезжириванию. Физико-химической подготовке поверхностей, включающей шпаклевку, грунтовку и пр.

Подбирают композиционные материалы, которые имеют химическое сродство и обладают хорошей способностью к прилипанию клеящего состава.

Адгезия: что это такое, для чего нужна, как её улучшить

Время чтения: 8 минутНет времени? Ссылка на статью успешно отправлена!

Отправим материал вам на e-mail

Это сцепление различных по своему составу и структуре материалов, обусловленное их физическими и химическими свойствами. Термин адгезия произошёл от латинского слова adhesion – прилипание. В строительстве дают более узконаправленное и специфическое обозначение тому, что такое адгезия – это способность декоративно-отделочных покрытий (ЛКМ, штукатурки), герметизирующих или клеящих смесей к прочному и надёжному соединению с внешней поверхностью материала основания.

Впечатляющая демонстрация эффекта адгезии современных клеевых составов

Важно! Следует различать понятия адгезии и когезии. Адгезия соединяет разнотипные материалы, затрагивая только поверхностный слой. К примеру, краска на металлической поверхности. Когезия — это соединение однотипных материалов, в результате которого образуются межмолекулярные взаимодействия.

Схематическое изображение эффекта адгезии и когезии

Адгезия, что это такое – теоретические основы

Адгезия является одним из ключевых свойств материалов в следующих областях:

Металлургия – антикоррозионные покрытия.
Механика – слой смазки на поверхности элементов машин и механизмов.
Медицина – стоматология.
Строительство. В данной отрасли адгезия является одним из главных показателей качества выполнения работ и надёжности конструкций.

Практически на всех этапах строительства контролируются показатели адгезии для следующих соединений:

лакокрасочные материалы;
штукатурные смеси, стяжки и заливки;
клеящие составы, кладочные растворы, герметики и т.п.

Пример химической адгезии — реакция соединения силиконового герметика со стеклом

Существует три основных принципа адгезионного соединения материалов. В строительстве и технологии они проявляются следующим образом:

Механический — сцепление происходит путем прилипания наносимого материала к основанию. Механизм такого соединения заключается в проникновении наносимого вещества в поры внешнего слоя или соединении с шероховатой поверхностью. Примером, является окраска поверхности бетона или металла.
Химический — связь между материалами, в том числе различной плотности, происходит на атомном уровне. Для образования такой связи необходимо присутствие катализатора. Примером адгезии такого типа является пайка или сварка.
Физический — на сопрягаемых поверхностях возникает электромагнитная межмолекулярная связь. Может образоваться в результате возникновения статического заряда или под воздействием постоянного магнитного или электромагнитного поля. Пример использования в технологии — окрашивание различных поверхностей в электромагнитном поле.

Адгезионные свойства строительных и отделочных материалов

Адгезия строительных и отделочных материалов осуществляется, преимущественно, по принципу механического и химического соединения. В строительстве используется большое количество различных веществ, эксплуатационные характеристики и специфика взаимодействия которых кардинальным образом отличаются. Разделим их на три основные группы и охарактеризуем более подробно.

Лакокрасочные материалы

Адгезия ЛКМ к поверхности основания осуществляется по механическому принципу. При этом, максимальные показатели прочности достигаются в том случае, если рабочая поверхность материала имеет шероховатости или пористая. В первом случае существенно увеличивается площадь соприкосновения, во втором, краска проникает в поверхностный слой основания. Кроме того, адгезионные свойства ЛКМ увеличиваются благодаря различным модифицирующим добавкам:

органосиланы и полиорганосилоксаны оказывают дополнительное гидрофобизирующее и антикоррозионное действие;
полиамидные и полиэфирные смолы;
металлоорганические катализаторы химических процессов отвердения ЛКМ;
балластные мелкодисперсные наполнители (к примеру, тальк).

Краска с тальковым наполнителем — не вспучивающийся антипирен

Строительные штукатурки и сухие клеящие смеси

До недавнего времени, строительные и отделочные работы велись с использованием различных растворов на основе гипса, цемента и извести. Зачастую, их смешивали в определённой пропорции, что давало ограниченное изменение их основных свойств. Современные готовые сухие строительные смеси: стартовые, финишные и мультифинишные штукатурки и шпаклевки, имеют гораздо более сложный состав. Широко применяются добавки различного происхождения:

минеральные — магнезиальные катализаторы, жидкое стекло, глиноземистый, кислотоустойчивый или безусадочный цемент, микрокремнезём и т.п.
полимерные — диспергируемые полимеры (ПВА, полиакрилаты, винилацетаты и т.п.).

Такие модификаторы существенно изменяют следующие основные характеристики строительных смесей:

пластичность;
водоудерживающие свойства;
тиксотропность.

Пример плохой адгезии штукатурки к кирпичной стене

Важно! Использование полимерных модификаторов даёт более выраженный эффект усиления адгезии. Однако образование устойчивых соединений полимерных плёнок на границе разнотипных материалов (основание — твердеющая штукатурка) возможно только при определённой температуре. Этот термин называется минимальной температурой плёнкообразования – МТП. У разных штукатурок она может быть различной от +5°С до +10°С. Во избежание расслоения, необходимо точно придерживаться рекомендаций производителя относительно температуры, как окружающей среды, так и основания.

Герметики

Герметики, использующиеся в строительстве, различают по трём различным типам, каждый из которых требует определённых условий для высокопрочной адгезии с материалом основания. Рассмотрим каждый тип подробнее.

Высыхающие герметики. В состав входят различные полимеры и органические растворители: бутадиен-стирольные или нитрильные, хлоропреновый каучук и т.п. Как правило, имеют пастообразную консистенцию с вязкостью 300-550 Па. В зависимости от вязкости, наносятся либо шпателем, либо кистью. После их нанесения на поверхность, необходимо определённое время для высыхания (испарения растворителя) и образования полимерной плёнки.

Высыхающий акриловый герметик

Невысыхающие герметики. Состоят, как правило, из каучука, битума и различных пластификаторов. Имеют ограниченную устойчивость к высокой температуре, не более 700С-800С, после чего начинают деформироваться.

Битумный невысыхающий состав, используется для герметизации ливневой водосточной системы

Отверждающиеся герметики. После их нанесения, под воздействием различных факторов: влага, тепло, химические реагенты, происходит необратимая реакция полимеризации.

Приготовление двухкомпонентного полиуретанового герметика Сазиласт

Из всех перечисленных разновидностей, отверждающиеся герметики обеспечивают максимальную надёжность сцепления с микронеровностями поверхности основания. Кроме того, они устойчивы к высоким температурам, механическим и химическим воздействиям. Они имеют оптимальное сочетание жёсткости и вязкости, позволяющее сохранять первоначальную форму. Однако, являются наиболее дорогостоящими и сложными в использовании.

Как измеряется адгезия?

Технология измерения адгезии, способы испытания, а также все показатели прочности соединения материалов указаны в следующих нормативах:

ГОСТ 31356-2013 — шпаклёвки и штукатурки;
ГОСТ 31149-2014 — лакокрасочные материалы;
ГОСТ 27325 — ЛКМ к дереву и т. п.

Информация! Адгезия измеряется в кгс/см2, МПа (мегапаскали) или кН (килоньютоны) — это показатель силы, которую необходимо приложить, для разделения материалов основания и покрытия.

Способ определения адгезии лакокрасочных покрытий методом решётчатого надреза

Если раньше адгезионные характеристики материалов можно было измерять только в лабораторных условиях, то на данный момент существует множество приборов, которые можно использовать непосредственно на строительной площадке. Большинство методов измерения адгезии, как «полевых», так и лабораторных связаны с разрушением внешнего, покрывающего, слоя. Но есть несколько устройств, принцип действия которых основан на ультразвуке.

Таблица классификации результатов испытания лакокрасочных материалов

Нож адгезиметр. Используется для определения параметров адгезии методом решётчатых и или параллельных надрезов. Применяется для лакокрасочных и плёночных покрытий толщиной до 200 мкм.

Нож адгезиметр, модель Константа-КН2

Пульсар 21. Устройство определяет плотность материалов. Используется для выявления трещин и расслоений в бетоне как штучном, так и монолитном. Существуют специальные прошивки и подпрограммы, которые по плотности прилегания, позволяют определить прочность адгезии штукатурок различных типов к бетонным поверхностям.

Ультразвуковой измеритель адгезии, Пульсар 21

СМ-1У. Используется для определения адгезии полимерных и битумных изоляционных покрытий методом частичного разрушения – сдвига. Принцип измерения основан на выявлении линейных деформаций изоляционного материала. Как правило, применяется для определения прочности изоляционного покрытия трубопроводов. Допускается использование для проверки качества нанесение битумной гидроизоляции на строительные конструкции: стены подвалов и цокольных этажей, плоские крыши и т.п.

Адгезиметр СМ-1У

Факторы, снижающие адгезию материалов

На снижение адгезии оказывают влияние различные физические и химические факторы. К физическим относится температура и влажность окружающей среды в момент нанесения декоративно-отделочных или защитных материалов. Также снижают адгезионные взаимодействия различные загрязнения, в частности, пыль покрывающая поверхность основания. В процессе эксплуатации влияние на прочность соединения лакокрасочных материалов может оказывать ультрафиолетовое излучение.

Химические факторы, снижающие адгезию, представлены различными материалами загрязняющими поверхность: бензин и масла, жиры, кислотные и щелочные растворы и т.п.

Также адгезию отделочных материалов могут снижать различные процессы, возникающие в строительных конструкциях:

усадка;
растягивающие и сжимающие напряжения.

Информация! Вещество, наносимое на поверхность для увеличения силы сцепления между основанием и отделочным материалом, называется адгезивом. Основание, на которое наносится адгезив, называется субстратом.

В строительстве существует несколько универсальных способов повышения адгезии декоративных отделочных материалов с поверхностью основания:

Механический – поверхности основания придают шероховатость, чтобы увеличить площадь соприкосновения. Для этого её обрабатывают различными абразивными материалами, наносят насечки и т.п.
Химический – в состав наносимых защитно-отделочных материалов добавляют различные вещества. Это, как правило, полимеры, образующие более прочные связи и придающие материалу дополнительную эластичность.
Физико-химический – поверхность основания обрабатывают грунтовкой, изменяющей основные химические параметры материала и оказывающей влияние на определённые физические свойства. К примеру, снижение влагопоглощения у пористых материалов, закрепление рыхлого внешнего слоя и т.п.

Обработка поверхности основания перед покраской абразивной шкуркой

Грунтование поверхности перед нанесением штукатурки

Способы увеличения адгезии к различным материалам

Более подробно остановимся на методах повышения адгезии для различных материалов, применяемых в строительстве.

Бетон

Бетонные стройматериалы и конструкции повсеместно применяются в строительстве. За счёт высокой плотности и гладкости поверхности их потенциальные адгезионные показатели довольно низкие. Для увеличения прочности соединения отделочных составов необходимо учесть следующие параметры:

сухая или влажная поверхность. Как правило, адгезия к сухой поверхности выше. Однако были разработаны множество клеевых смесей, требующих предварительного смачивания поверхности основания. В данном случае необходимо обращать внимание на требования производителя;
температура окружающей среды и основания. Большинство отделочных материалов наносится на бетонные поверхности при температуре воздуха не менее +5°С…+7°С. При этом бетон не должен быть замёрзшим;
грунтовка. Используется в обязательном порядке. Для плотных бетонов, это составы с наполнителем из кварцевого песка (бетонконтакт), для пористых бетонов (пено-, газобетон), это грунтовки глубокого проникновения на основе акриловых дисперсий;
добавление модификаторов. Готовые сухие штукатурные смеси уже имеют в своем составе различные адгезионные добавки. Если штукатурка замешивается самостоятельно, то в неё рекомендуется добавить: ПВА, акриловую грунтовку, вместо такого же количества воды, силикатный клей, придающий отделочному материалу дополнительные влагоотталкивающие свойства.

Результат нанесения цементной штукатурки на переохлажденную поверхность основания

Нанесение кварцевой грунтовки Knauf бетонконтакт

Металл

Ключевую роль в прочности соединения лакокрасочных материалов с металлической поверхностью играет способ и качество подготовки поверхности. В домашних условиях рекомендуется выполнить следующие действия:

обезжиривание – обработка металла различными растворителями: 650, 646, Р-4, уайт-спирит, ацетон, керосин. В крайнем случае, поверхность протирается бензином;
матирование – обработка основания абразивными материалами;
грунтование – использование специальных красок праймеров. Они реализуются в комплекте с декоративными ЛКМ определённого типа.

Важно! Адгезия свинца, алюминия и цинка намного ниже, чем у чугуна и стали. Причина заключается в том, что эти металлы образуют на своей поверхности оксидные плёнки. Поэтому отслаивание лакокрасочных покрытий происходит по оксидному слою. Окрашивание этих материалов рекомендуется осуществлять сразу после удаления плёнки механическим или химическим способом.

Алюминий также подвержен коррозии, особенно при воздействии агрессивных веществ

Древесина и древесные композиты

Древесина является пористой поверхностью с большим количеством неровностей и не испытывает особых проблем с прочностью соединения отделочных материалов. Но нет предела совершенству, поэтому были разработаны различные технологии для улучшения адгезии в сочетании с сохранением защитных и декоративных свойств самой отделки. Их использование, к примеру, в сочетании с акриловыми красками, значительно улучшает атмосферостойкость, устойчивость к ультрафиолетовому выцветанию, придает биологическую защиту материалу. Поверхность древесины обрабатывается самыми разнообразными грунтовками, чаще всего, на основе боразотных соединений и нитроцеллюлозы.

Адгезия при сварочных работах

Сварка является одним из наиболее прочных методов соединения металлических конструкций. Это сцепление молекул двух элементов без использования промежуточных или вспомогательных веществ — клея или припоя. Происходит данный процесс под воздействием термической активации. Внешний слой соединяемых элементов нагревают выше температуры плавления, после чего происходит межмолекулярное сближение и соединение материалов.

Электросварочный шов. Соединение двух деталей электросваркой является адгезией, так как металл, использующийся в электроде, выступает в качестве адгезива

Препятствием к качественной адгезии при сварке могут служить следующие факторы:

Газовая или плазменная сварка металла является когезией, так как молекулы двух элементов соединяются в результате расплава материала

Подводя итоги

Адгезия является одной из важнейших характеристик многих процессов современного строительства, поэтому для её увеличения разрабатываются всё новые методы. Их применение обеспечит большую долговечность строительным конструкциям и отделочным материалам, что в конечном итоге даст существенную экономию.

Видео: что такое адгезия

О необычных, а порой и «волшебных», свойствах воды нам рассказывают в школе, в институте, в электричках и на сайтах, где продают флаконы «живой воды». Кроме шуток, у самой распространенной жидкости на Земле действительно хватает необычных характеристик, чтобы их изучению посвящались тысячи научных работ. В рамках проекта «Пять стихий», который N+1 осуществляет совместно с НИТУ «МИСиС», мы расскажем о том, насколько жидкая стихия поддается укрощению, то есть можно ли с помощью современной физики вывернуть все необычные свойства воды наизнанку, как это сделать, а главное — зачем.

О главном

Принципиальный вопрос: откуда у вещества с такой простой формулой (h3O, как все помнят) берется такой набор необычных, местами парадоксальных свойств. Оказывается, что из этой самой формулы и берется. Молекулы воды устроены просто, но очень хитро: в них атом кислорода находится в середине воображаемого тетраэдра, а две неподеленных электронных пары и два атома водорода размещены в его вершинах. Такая конструкция позволяет представить весь объем воды как массив упорядоченных тетраэдров, причем атомы водорода оказываются удобно зажаты между «собственным» кислородом и кислородом соседа. Такая дополнительная связь между соседними молекулами называется водородной, и хотя она на порядок слабее внутримолекулярной ковалентной связи, в масштабах всего вещества она является дополнительным связывающим фактором. Кстати, когда мы сказали «массив упорядоченных тетраэдров», любители теорий о «структуре» и «памяти» воды рановато обрадовались: это упорядочивание действительно есть, но благодаря тепловому движению сетка водородных связей все время разрушается и создается заново, таким образом «помнить» вода ничего не может, но ей и не надо.
Из наличия водородных связей вытекает, пожалуй, самая главная характеристика воды — огромная энергия когезии молекул, которая удерживает их вместе и отвечает за то, что вода остается жидкой при комнатной температуре. У ближайших соседей — сероводорода (h3S), аммиака (Nh4), галогеноводородов (HF, HCl и пр.) — водородные связи тоже могут образоваться, но все эти вещества при комнатной температуре — газы, что еще раз подтверждает необычный статус воды. Но это еще далеко не все. Мы выбрали пять характерных явлений, связанных с водой, которые и предлагаем рассмотреть по порядку.

Когезия: теплоемкость

Давайте вспомним, как на молекулярном уровне определяется агрегатное состояние вещества: если энергия теплового движения совсем мала, атомы будут выстраиваться в наиболее выгодное пространственное положение, как правило — очень симметричное. Такое состояние мы называем «твердым». Если температуру (а вместе с ней и тепловую энергию) системы повысить, атомы и молекулы смогут вырваться из кристаллической решетки, но им все еще не будет хватать прыти, чтобы разлететься далеко друг от друга — в этом случае вещество будет жидким. Когда тепловой энергии окажется достаточно, чтобы пересилить все межмолекулярные взаимодействия, молекулы разлетятся подальше друг от друга, а вещество превратится в газ.
Как видно из нашей простой картинки, именно межмолекулярные взаимодействия определяют то, как много энергии готова впитать жидкость прежде, чем испариться. Этот параметр называется теплоемкостью и для воды он действительно велик: чтобы нагреть килограмм воды на один градус, требуется 4200 джоулей — в четыре раза выше, чем для материалов вроде дерева, камня и стекла, и в 10 раз выше, чем теплоемкость металлов.
Как «победить» столь высокую теплоемкость воды? Значительных успехов здесь добиться не удалось, однако метод предельно ясен: раз во всем виноваты упорядоченные водородные связи, надо их устранить. Для этого достаточно заставить молекулы воды структурироваться как-то по-другому, например, тянуться атомами кислорода к какому-то заряженному объекту. С этой ролью неплохо справляются белки: в достаточно концентрированных растворах они облепляются молекулами воды, которые больше не могут образовывать водородные связи. Теплоемкость в таком случае снижается почти в два раза и становится такой же, как у льда. Кстати, о льде.

Когезия: кристаллизация

Как мы уже знаем, молекулы воды любят упорядочиваться, однако за счет теплового движения их структура оказывается несколько разупорядоченной. Охлаждение способно внести порядок. «Если температуру понизить, водородные связи заставят молекулы воды практически замереть в наиболее удачном положении. Необычным фактом является то, что это для этого положения характерно сравнительно большое количество пустот между молекулами, поэтому лед занимает на 9 процентов больший объем, чем та же масса жидкой воды», — поясняет природу этого процесса профессор Юрий Николаевич Уткин, доктор химических наук, ведущий эксперт Центра энергоэффективности НИТУ «МИСиС». С одной стороны, такое свойство положительно сказывается на экосистеме: более легкий лед плавает на поверхности, а водоемы не промерзают до дна. С другой стороны, образование льда ставит под угрозу жизнь многих биологических систем, так как увеличившаяся в объеме вода может необратимо повредить клетки, которые уже не смогут восстановиться после разморозки. Из-за этого продукты из морозилки уже не настолько хороши, как в свежем виде — кристаллы льда вредят внутренней структуре тканей.
Пагубное влияние льда, к счастью, оказалось несложно победить. Причем на этой почве преуспели и природные системы, и синтетические. Первые научились создавать специальные структуры, чаще всего белковые, которые называют «антифризами». Эти крупные молекулы хитро связываются с зародышами кристаллов льда, препятствуя их дальнейшему росту. Таким образом вместо крупных кристаллов с большим объемом в системе образуется кашица из мелких кристалликов льда, которая практически не повреждает клетку. Живые организмы, использующие белковые антифризы, выживают при температурах до −30 градусов Цельсия, а жуки Upis Ceramboides и вовсе выдерживают морозы до −60 градусов благодаря небелковым антифризам.
В промышленности же с замерзанием воды борются проще — добавляя в систему так называемые криопротекторы, образующие водородные связи с водой и препятствующие ее замерзанию. К этим веществам относятся глицерин, этанол, полиэтиленгликоль и другие. Эти же агенты используют и при исследовании биологических препаратов, которые требуется заморозить, но сохранить при этом в максимально близком к «живому» состоянию виде. Недавно оказалось, что и красители могут служить в качестве криопротекторов. Например, хорошо известный сафранин О по своим свойствам схож с белковыми антифризами, хотя и имеет значительно меньший размер молекул.

Когезия: вязкость

Продолжая наблюдать за необычными свойствами, следующими из сильной когезии молекул воды, надо упомянуть и вязкость. Этот параметр, свойственный любым жидкостям и газам, отвечает за то, насколько сильно слои одного и того же вещества «трутся» друг о друга. Если точнее, вязкость определяет интенсивность обмена импульсом между молекулами. Сильно вязкие системы — мед, или кетчуп, например — текут медленно и неохотно, тогда как вещества с малой вязкостью — бензин или ацетон — растекаются быстро и при меньшем внешнем воздействии.
Значительная вязкость воды является главным виновником того, что под водой практически невозможно серьезно разогнаться, а для прокачки жидкости по трубам требуются мощные насосы. Самое обидное, что бороться с вязкостью путем устранения водородных связей не получается: когда молекулы воды упорядочиваются, их вязкость становится еще больше за счет тех же сил, что вызывают это упорядочение. Однако проблему вязкого сопротивления удалось вполне успешно атаковать не со стороны самой воды, а со стороны тела, движущегося сквозь нее. Для этого вспомним об адгезии и взаимодействии воды с другими телами.

Адгезия: прилипание

Если когезия — это притяжение молекул воды друг к другу, то адгезия — это их притяжение к сторонним телам, например, стенкам сосудов. Тут важно вспомнить, что вода ко всему прочему является полярной жидкостью, то есть каждая ее молекула представляет собой диполь — частицу, у которой один конец заряжен чуть более положительно, а другой — чуть более отрицательно. Благодаря такой структуре вода в целом остается электронейтральной, но ее молекулы способны взаимодействовать, например, со стенками сосуда. Объясняется это тем, что большинство поверхностей, погруженных в полярную жидкость, оказывается хоть немного, но заряженной.
Адгезия молекул воды к стенкам влечет за собой много последствий, одно из которых известно под названием «гидродинамическое условие прилипания». Оно выражается в том, что при течении воды вдоль большинства поверхностей ближайший к стенке слой «прилипает», поэтому скорость в нем нулевая. За счет вязкости этот слой сильно тормозит следующий и так далее. В итоге максимальная скорость будет наблюдаться в центре трубы или канала. Казалось бы, ничего страшного в этом нет, и это правда, пока речь идет о крупных трубах — водопроводных, например. Если же собрать устройство с каналами толщиной в несколько микрон, то в них вязкое сопротивление окажется настолько велико, что обычные насосы уже не смогут прокачать воду через тонкие трубки. Такая проблема существует в микрофлюидике — разделе науки о миниатюрных устройствах для управления жидкостями, пузырьками и каплями на микромасштабах. Специальные микрофлюидные приборы чем-то похожи на электронные чипы, только в них вместо проводов для электричества проложено множество каналов для жидкости. Такая «лаборатория-на-чипе» позволяет производить десяток биологических анализов в устройстве размером с наручные часы.
Очевидно, что миниатюризация в рамках микрофлюидики не предполагает наличие огромного насоса для прокачки жидкости, поэтому с вязким сопротивлением воды приходиться справляться. На данный момент существует два основных способа, как это сделать: во-первых, можно устранить прилипание воды на стенке, что существенно увеличит скорость течения. Для этого используют поверхность, которая слабо взаимодействует с молекулами воды, то есть гидрофобный материал. Однако первые же эксперименты показали, что обычная химическая гидрофобность дает лишь очень слабый эффект в снижение вязкого сопротивления. Следующим шагом стало изобретение супергидрофобных поверхностей, обладающих необычным рельефом и способностью удерживать в нем пузырьки воздуха. Поскольку на границе «жидкость-газ» прилипание отсутствует, вода очень быстро скользит вдоль таких поверхностей. Эффект особенно заметен в случае микроканалов, однако попытки сделать более крупное устройство с супергидрофобными стенками (подводную лодку, например) пока не увенчались особыми успехами.
Вторым способом устранения вязкого сопротивление является отказ от традиционных насосов для прокачки жидкости за счет перепада давления. Вместо этого можно заставить воду течь под действием электрического поля, правда, для этого необходимо добавить в систему электролит (например соль), а стенки — зарядить. Такое течение называется электроосмотическим и характеризуется тем, что профиль скорости жидкости оказывает плоским, без максимума в центре канала. Это очень удобно, если в системе есть требование к равномерной прокачке жидкости по микроканалу.

Адгезия: поверхностное натяжение

Раз мы вспомнили об адгезии воды и гидрофобных поверхностях, нельзя не упомянуть о смачивании и капиллярности. Эти свойства определяют, как ведет себя поверхность жидкости, а также ее капли и пленки на твердых телах, внутри капилляров, пор и так далее. Вода и здесь продолжает держать марку в качестве «самой-самой»: благодаря огромной энергии когезии велико и поверхностное натяжение, которое, например, отвечает за форму дождевых капель и позволяет водомеркам бегать по воде как по твердому основанию. Само натяжение возникает из-за того, что каждой молекуле воды выгоднее находиться в объеме, в окружении соседей, поэтому все молекулы одинаково стремятся покинуть поверхность, то есть максимально сократить ее площадь. Поэтому мы не видим капель в форме кубика: шар всегда имеет меньшую площадь при том же объеме.
Если добавить к поверхностному натяжению взаимодействие с твердыми телами, мы окунемся в богатый мир смачивания: здесь и идеально круглые капли на листке лотоса, и поднятие воды по тонким капиллярам, и пропитка пористых тел (мочалки, например). А еще интереснее посмотреть, как всеми этими эффектами можно управлять, так как поверхностное натяжение оказалось одним из самых «податливых» свойств воды. Самый известный бытовой пример — добавить к воде поверхностно-активное вещество, например мыло. В этом случае поверхность жидкости окажется стабилизирована, а натяжение значительно снизится. Попробуйте выдуть пузырь из чистой воды — не тут-то было, а из мыльной — пожалуйста: большая площадь поверхности уже не помеха. Можно провести другой эксперимент: посыпать воду молотым перцем и кинуть в нее кубик льда. За счет разницы температур возникнет перепад поверхностного натяжения, и перчинки поплывут в сторону кубика.
Снова вернемся к гидрофобным и супергидрофобным поверхностям: поскольку вода их очень не любит, она стремится максимально сократить площадь контакта с ними. Если каплю воды посадить на такую поверхность, мы увидим почти идеальный шар, который едва касается поверхности. Такие шарики очень легко заставить кататься, поэтому супергидрофобными поверхностями в основном интересуются для создания водоотталкивающих и антиобледенительных покрытий. Природа тоже давно их использует: лист лотоса, ножка водомерки, кожа акулы — вот лишь некоторые примеры. Гидрофобные поверхности оказались удачным решением и старых бытовых проблем: протекающего носика заварочного чайника, например. Если его снаружи покрыть гидрофобным материалом, заварка всегда будет литься только в чашку.
Встречаются и совсем необычные эффекты управления поверхностным натяжением и смачиванием, например капли Ляйденфроста. Они образуются, если воду накапать на очень сильно нагретую поверхность: в этом случае между каплей воды и твердым телом возникает прослойка пара, поэтому капля свободно летает над поверхностью. Кстати, аналогичный эффект очень вредит промышленным водонагревателям: если их мощность слишком велика, на поверхности нагревателя образуется прослойка пара, которая блокирует теплообмен и приводит к перегреву устройства. В качестве других примеров необычных капиллярных явлений можно назвать эффекты, возникающие в отсутствие гравитации (например на орбите). Именно ими объясняются огромные капли воды, которые нам показывают в видеорепортажах про жизнь космонавтов: без силы тяжести поверхностное натяжение остается единственным фактором, определяющим форму капли, поэтому независимо от объема жидкость стремится стать шариком. На Земле же максимальный размер идеально круглых капель — несколько миллиметров. Если размер больше, гравитация придаст капле форму лужи.
Мы вспомнили лишь некоторые из свойств воды, с которыми мы сталкиваемся в повседневной и научной жизни. Существуют и многие другие особенности и эффекты — сольватация, диэлектрическая проницаемость, осмотическое давление — которые остались за кадром. Вода была и остается одним из самых популярных объектов для изучение в современной физической химии и материаловедении и чуть ли не главным залогом существования живых организмов, и каждый из названных эффектов играет в этом свою роль.

Тарас Молотилин

Когезия (физика)

У этого термина существуют и другие значения, см. Когезия.

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 28 ноября 2012.

Когезия (от лат. cohaesus — связанный, сцепленный), сцепление молекул (ионов) физического тела под действием сил притяжения. Это силы межмолекулярного взаимодействия, водородной связи и (или) иной химической связи. Они определяют совокупность физических и физико-химических свойств вещества: агрегатное состояние, летучесть, растворимость, механические свойства и т. д. Интенсивность межмолекулярного и межатомного взаимодействия (а, следовательно, силы когезии) резко убывает с расстоянием. Наиболее сильна когезия в твердых телах и жидкостях, то есть в конденсированных фазах, где расстояние между молекулами (ионами) малы — порядка нескольких размеров молекул. В газах средние расстояния между молекулами велики по сравнению с их размерами, и поэтому когезия в них незначительна. Мерой интенсивности межмолекулярного взаимодействия служит плотность энергии когезии. Она эквивалентна работе удаления взаимно притягивающихся молекул на бесконечно большое расстояние друг от друга, что практически соответствует испарению или сублимации вещества.

КОГEЗИЯ (от лат. cohaesus — связанный, сцепленный), сцепление частей одного и того же однородного тела (жидкого или твердого). Обусловлена хим. связью между составляющими тело частицами (атомами, ионами) и межмол. взаимодействием. Работой когезии наз. свободную энергию разделения тела на части и удаления их на такое расстояние, когда нарушается целостность тела. Работу когезии Wc определяют как работу обратимого изотермич. разрушения тела: Wc=2g, где g — уд. поверхностная энергия (для твердых тел) или поверхностное натяжение (для жидкостей). Соотношение Wc и работы адгезии Wa, характеризующей сцепление разнородных тел (см. Адгезия), служит для определения способности жидкостей смачивать твердые тела: при Wa < 1/2Wc имеет место несмачивание, при 1/2Wc<Wa<Wc — смачивание, при Wa>Wc растекание жидкости по пов-сти твердого тела. Широко используется также понятие плотности энергии когезии Eс, к-рую отождествляют с внутр. энергией испарения (или сублимации) Uисп, отнесенной к молярному объему в-ва Vт:Fc=Uисп/Vm. По значениям Ес можно рассчитать параметр р-римости Гильдебранда 6: Ec=d2 (см. Растворимость). Для низкомол. соед. энергию когезии рассматривают как избыток потенц. энергии жидкости над потенц. энергией пара, численно равный внутр. энергии испарения Е при давлении р и т-ре Т:

где DHисп энтальпия испарения, индексы «г» и «ж» означают газообразное и жидкое состояния в-ва соответственно. При Vг>>Vж и при условиях, когда пар ведет себя как идеальный газ, справедливо соотношение:

(R газовая постоянная). Значения Е и Ес определяют экспериментально по данным калориметрии; используют также эмпирич. соотношение Гильдебранда DHисп=0,02 Т2ксп+27,3Ткип — 2950. Приближенные расчеты Ес основаны на предположении об аддитивности вкладов в плотность энергии когезии энергий хим. связей, соединяющих атомы (инкрементов) DЕi: когезия низкомол. в-в связана с их агрегатным состоянием и служит для оценки св-в (термодинамич., мех. и др.). Когезионные характеристики низкомол. жидкостей и твердых тел чувствительны к их хим. природе. Так, введение в молекулы углеводородов атомов галогенов приводит к увеличению Ес от 8-25 до 10-44 кДж/моль, азота — до 14-42 кДж/моль, серы — до 12-52 кДж/моль. При введении гидроксильных, карбонильных и карбоксильных групп Ес увеличивается соотв. до 20-60, 11-30 и 22-35 кДж/моль. При этом аналогично изменяются св-ва в-в (т-ры кипения, плавления и сублимации, вязкость, диэлектрич. проницаемость, поверхностное натяжение и др.). Для высокомол. соед. понятие DHисп лишено физ. смысла и соотношение (2) не применимо. На практике обычно параметр р-римости полимера dВМС принимают равным параметру р-римости низкомол. жидкости, к-рая является для полимера лучшим р-рителем из всех имеющихся (о р-римости полимера судят по объемному набуханию или характеристич. вязкости р-ра). В случаях, если известна структурная ф-ла повторяющегося составного (или мономерного) звена макромолекулы, можно рассчитать Ес, используя метод инкрементов. Известно ок. 10 наборов значений DEi позволяющих обеспечить хорошее совпадение с эксперим. данными (расхождение не превышает 5-10 %). Точность расчета увеличивается, если учесть своб. объем полимера. Такой подход справедлив и для энергии когезии Еsc сегментов макромолекул. Найденные когезионные характеристики используют для корреляции с мех. прочностью, т-рами плавления и стеклования, характеристиками р-римости, набухания, смачиваемости, совместимости и др. св-в полимерных материалов, важных при их переработке и практич. использовании. Эксперим. данные подтверждают связь когезионньгх характеристик полимеров с их хим. природой и строением. Так, в ряду полиолефины, полиамиды, полиакрилаты, полиарилаты, полигетероарилены Ес увеличивается от 9-25 до 40-100, 16-130, 100—160 и 90-200 кДж/моль соотв. , Еsc изменяется от 15-500 до 200—700, 90-2100, 250-10000 и 550-15000 кДж/моль. Для полипептидов, отличающихся большой мол. массой и регулярным строением молекул, Ес достигает 350, а Еsc — 50000-70000 кДж/моль. Дальнейшее углубление представлений о когезии предполагает рассмотрение отдельных составляющих плотности энергии когезии (параметра р-римости), обусловленных разл. межмол. взаимодействиями. Обычно выделяют составляющие, связанные с диполь-дипольным (полярным) взаимод. (dр), дисперсионным взаимодействием (dd) и водородной связью (dН). Общее (суммарное) значение параметра р-римости dS определяется соотношением:

Для воды значение dS определяется в осн. наличием водородной связи и диполь-дипольным взаимод. (dН=34,2, dр=31,3,dd=12,3 МДж0,5/м1,5). Для углеводородных жидкостей с полярными галогени азотсодержащими молекулами dр соотв. в 2 и 5-10 раз больше, чем для незамещенных углеводородов. Для техн. углерода dd=21,1, dр=12,3, dН=11,2 МДж0,5/м1,5. Для полимеров отдельные составляющие dS выделить труднее; по-видимому, из-за больших размеров макромолекул нивелируются различия в межмол. взаимод. функц. групп.

Изучаем адгезионные свойства материалов: адгезия – что это такое и как она отражается на краске и бетоне

Каждый человек, работающий в области строительства или ремонта квартир, прекрасно разбирается в терминах и особенностях различных материалов.

А вот те, кто впервые решил покрасить стены в комнате, часто задаются вопросом: “Адгезия – что это такое и для чего нужна?” Расскажем про это более развернуто.

Особенность современных лакокрасочных изделий

“Адгезия” в Википедии определяется как способность лаков и красок прочно сцепляться с поверхностью, на которую их накладывают. Именно от наличия этого свойства у материалов зависит, насколько долговечным будет ремонт.

Если адгезия достаточно хорошая, то краска ложится ровно, хорошо закрепляется на стене, полу или потолке и служит многие годы.

И наоборот, если адгезионные свойства слишком слабые, краска быстро отслаивается, даже при незначительных механических нагрузках начинает отваливаться целыми пластами. Разумеется, такой ремонт особо не обрадует владельцев помещения. Для улучшения адгезии созданы многочисленные препараты.

Принцип действия

Существует три вида адгезии, различающихся по самому принципу “прилипания” одного вещества к другому:

Физическая. Её можно наблюдать в случаях, когда между молекулами двух веществ образуется электромагнитная связь, достаточно мощная, чтобы надежно соединить их.
Химическая. Более сложная, так как происходит на молекулярном уровне. При этом молекулы двух веществ проникают друг в друга. Причем их плотность может значительно различаться. Обычно происходит при наличии какого-то катализатора.
Механическая. Наиболее простая. Одно вещество надежно сцепляется с другим в результате того, что проникает в его поры. Соответственно, первое должно быть достаточно жидким, а другое – пористым.

Для строительства важным является именно третий вид адгезии – механический. Ведь использование железных опилок, магнита или сварки, при которой металлы плавятся, чтобы смешаться, здесь не актуально. А вот механическая адгезия применяется повсеместно – самым простым и наглядным примером того является нанесение краски на стену.

Если краска достаточно жидкая, а стена имеет поры, то ремонт пройдет без проблем и будет радовать жильцов долгие годы. В противном случае наносимая смесь просто станет скатываться с гладкой поверхности.

Физические свойства

Когда рабочая смесь (грунтовка, краска, шпаклевка) схватываются, в ней происходит целый ряд сложных процессов, в результате которых физические свойства значительно изменяются. Например, когда краска сохнет и дает усадку, поверхность контакта с окрашиваемой стеной немного сокращается. Возникает растягивающее напряжение, нередко приводящее к появлению микротрещин. Из-за этого сцепление двух поверхностей значительно ослабевает.

К сведению: Когезия является частным случаем адгезии – этим термином называется возможность молекул одного вещества прилипать друг к другу, создавая монолитную массу.

У отдельных веществ изначальное сцепление различается. К примеру, если наносить слой свежего бетона поверх старого, то оно будет составлять не более 1 МПа.

Соответственно, при засыхании слой бетона будет просто осыпаться или же держаться не крепко и не долго. А вот строительные смеси, содержащие в себе сложные химические компоненты, улучшающие связь с гладкой поверхностью, могут похвастать куда лучшим показателем – 2 МПа и даже больше.

Поэтому при схватывании они образуют надежную и долговечную связь.

Смеси и растворы

Разобравшись, что такое адгезия в строительстве, будет полезно понять, для каких материалов она является особенно важной в сфере строительства. В первую очередь это:

Лакокрасочные материалы. От их адгезивности зависит глубина проникновения, качество прилипания, а значит и долговечность покрытия. Хорошая адгезия гарантирует, что краска будет крепко держаться на основании, и даже серьезные механические нагрузки не навредят ей.
Гипсовые смеси. Декоративная отделка мягкими, привлекательными и легкими в обработке веществами станет невозможной при плохом сцеплении с основанием.
Раствор для кирпичной кладки. В этом случае разговор идет не об эстетической стороне строительства, а скорее о безопасности возведения зданий. Если раствор имеет слабую адгезию, это повлияет на прочность и долговечность кирпичной кладки.
Клеящие растворы, включая герметики. Важно своевременно узнать, какие материалы обеспечивают хорошее прилипание. Применение неподходящих смесей приводит к снижению качества соединений.

Как видите, без высокой адгезионной способности материалов нельзя построить дом, не говоря уж про то, чтобы сделать его привлекательным.

Повышение качества сцепления

Это бывает необходимо в самых разных случаях. Важнее всего – адгезия к бетону. Строителям нужно обеспечить хорошее сцепление нескольких слоев бетона или же качественную покраску.

Соответственно и методы достижения желаемого результата значительно различаются. Сегодня доступно несколько вариантов обработки поверхности:

Механическое – шлифование.
Химическое – эластификация.
Физико-химическое – нанесение грунтовки.

Совет: Щелочной раствор цемента обычно плохо соединяется с гладкой поверхностью бетона. Поэтому, работая с последним желательно применять многослойные составы для улучшения адгезии.

Лучшего результата при проведении ремонтно-строительных работ можно достичь, если две контактирующие поверхности имеют не только разный химический состав, но и условия образования.

Проведение измерений

Чтобы работа адгезии была качественной, обеспечивая надежное соединение слоев строительных и отделочных материалов, необходимо регулярно осуществлять контроль качества. Лучше всего использовать для этого специальный адгезиметр. Современные образцы позволяют точно устанавливать эффективность адгезии с усилием до 10 кН.

При этом измеряется усилие, необходимое для отделения слоя от рабочей поверхности. Причем отделение нужно производить строго перпендикулярно рабочей плоскости. Адгезиметр имеет доступную цену и при этом имеет небольшие размеры, что упрощает процесс использования, позволяя моментально получать результаты. Прибор укомплектован несколькими “грибками” – металлическими цилиндрами с основанием разной площади, что дает возможность выбрать подходящий. Измерение проходит в несколько этапов:

“Грибок” соединяется с проверяемой поверхностью мощным клеем.
“Грибок” вставляется в прибор.
Механизм отрыва медленно вращается, пока покрытие не отрывается от основания.
Изучаются показания прибора, фиксирующего момент отрыва.

Принцип использования современных адгезиметров прост, благодаря чему использовать их могут даже непрофессионалы.

Лакокрасочные материалы для отделки

Начиная ремонт, не все знают, что такое адгезия краски, и в результате сталкиваются с большими проблемами – отделочные работы затягиваются и не приносят желаемого результата.

Аутогезия – частный случай адгезии, демонстрирующий возможность частиц однородного материала сцепляться между собой, обычно в результате высокого давления или температуры. Применяется при изготовлении ДВП, ДСП, OSB.

На самом деле здесь всё просто. Адгезия краски это её возможность фиксироваться на окрашиваемой поверхности. Материал должен обладать высокой химической активностью, чтобы проникать в поры голого бетона, а вот на шпаклевку или штукатурку он ложится легко и имеет хорошее сцепление с ними.

Если необходимо получить хороший результат, нужно наносить краску в несколько слоёв. Но он стоит довольно дорого, поэтому можно использовать специальные адгезивные материалы, например, обычную грунтовку. Она стоит дешевле краски, но при этом позволяет гарантировать прекрасный результат.

Взаимодействие с бетоном

Бетон является на сегодняшний день самым востребованным строительным материалом. Но не всегда бывает легко обеспечить качественное сцепление отделочных материалов (плитки, обоев, краски) с таким основанием. Особенно это касается высокопрочных марок с низкой пористостью и гладкой поверхностью. К счастью, есть способы улучшить адгезионный слой.

В некоторых случаях это не требуется – краски, а также обойные и плиточные клеи премиум класса и без того обеспечивают прекрасное соединение благодаря специальным добавкам (полиамидные смолы, эфир канифоли, органосиланы и прочие). Чтобы добиться хорошего результата при работе с более дешевыми аналогами приходится использовать дополнительные материалы – грунтовку и прочее.

Полезное видео: что такое адгезия материалов

Разобравшись с тем, что представляет собой адгезия, частными случаями и способами улучшения, вы без труда справитесь даже с самым сложным ремонтом.

АДГЕЗИЯ

(от лат. adhaesio — прилипание, сцепление, притяжение) — связь между разнородными конденсированными телами при их контакте. Частный случай А.- аутогезия, проявляющаяся при соприкосновении однородных тел. При А. и аутогезии сохраняется граница раздела фаз между телами, в отличие от когезии, определяющей связь внутри тела в пределах одной фазы. Наиб. значение имеет А. к твёрдой поверхности (субстрату). В зависимости от свойств адгезива (прилипшего тела) различают А. жидкости и твердых тел (частиц, плёнок и структурированных упруговязкопластич. масс, напр. расплавов, битумов). Аутогезия характерна для твёрдых плёнок в многослойных покрытиях и частиц, определяет прочность дисперсных систем и композиц. материалов (порошков, грунта, бетона и др.).

А. зависит от природы контактирующих тел, св-в их поверхностей и площади контакта. А. определяется силами межмолекулярного притяжения и усиливается, если одно или оба тела электрически заряжены, если при контакте тел образуется донорно-акцепторная связь, а также вследствие капиллярной конденсации паров (напр., воды) на поверхностях, в результате возникновения хим. связи между адгезивом и субстратом. В процессе диффузии возможны взаимное проникновение молекул контактирующих тел, размывание границы раздела фаз и переход А. в когезию. Величина А. может измениться при адсорбции на границе раздела фаз, а также за счёт подвижности полимерных цепей Между твёрдыми телами в жидкой среде формируется тонкий слой жидкости и возникает расклинивающее давление, препятствующее А. Следствием А. жидкости к поверхности твёрдого тела является смачивание.

где — поверхностные натяжения субстрата 1 и адгезива 2 на границе с окружающей средой 3 (напр. , воздухом) до А. и при А. С увеличением поверхностного натяжения субстрата А. растёт (напр., велика для металлов и мала для полимеров). Приведённое ур-ние является исходным для расчёта равновесной работы А. жидкости. А. твёрдых тел измеряется величиной внеш. воздействия при отрыве адгезива, А. и аутогезия частиц — средней силой (рассчитывается как матем. ожидание), а порошка — уд. силой. Силы А. и аутогезии частиц увеличивают трение при движении порошков.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

Адгезия полимеров к металлам

К современным полиуретановым покрытиям и герметикам предъявляются требования хорошей адгезии. В данной работе рассмотрены различные факторы, влияющие на адгезионные свойства различных полимеров.

Можно выделить несколько факторов, оказывающих влияние на условия формирования адгезионного контакта. К ним, в первую очередь, следует отнести температурный режим. Роль этого фактора особенно велика в тех случаях, когда адгезив представляет собой расплав. Расплав полимера должен обладать определенной подвижностью, чтобы заполнять многочисленные углубления на поверхности металла. Поэтому повышение температуры в момент формирования адгезионного контакта вызывает снижение вязкости расплава и благоприятствует достижению в конечном итоге более высокой адгезионной прочности.

Установлению возможно более полного контакта в системе полимер — металл препятствуют надмолекулярные образования, существующие в расплавах полимеров. При повышении температуры эти образования разрушаются, что способствует достижению более полного адгезионного взаимодействия. Повышение температуры не только облегчает достижение адгезионного контакта, но и может приводить к некоторым дополнительным эффектам, например вызывать появление у адгезива функциональных групп, способствующих повышению адгезии.

Кроме температурного режима важнейшим фактором, определяющим формирование адгезионного контакта, является количество пластификатора. При введении в полимер пластификатора облегчается достижение контакта между адгезивом и субстратом, снижаются остаточные напряжения, но в тоже время ухудшаются прочностные свойства полимера.

Широкое применение в качестве адгезивов для металлов нашли полимеры на основе фенольных, эпоксидных и полиуретановых смол. Известно, что фенолформальдегидные смолы были основой одного из самых первых конструкционных клеев. В настоящее время немодифицированные фенолформальдегидные смолы как адгезив для металлов не применяются, так как в отвержденном состоянии клеевой шов очень хрупок. Однако, поскольку фенолформальдегидные смолы содержат активные функциональные группы (гидроксильные), их используют при создании различных композиций, обладающих адгезией к металлам. Фенолформальдегидные смолы модифицируют различными термопластами и эластомерами. Наибольшую известность получили фенолполивинилбутирольные композиции — клеи типа БФ. Большой интерес представляют фенолформальдегидноэпоксидные композиции. При 150-2000С° эпоксидные группы взаимодействуют с фенольными и метилольными гидроксилами резольной смолы, что приводит к отверждению системы. Адгезионные свойства композиции изменяются не монотонно, а имеют максимум при определенном соотношении эпоксидной и резольной смол (60:40).

Эпоксидные смолы применяются как адгезивы для металлов в несиловых конструкциях, а также в качестве конструкционных клеев.

Хорошими адгезионными свойствами по отношению ко многим субстратам, и особенно к металлам, обладают полиуретаны. Величина адгезии полиуретанов к металлам зависит в первую очередь от типа исходных продуктов — полиола и полиизоцианата. Например, у полиуретанов, полученных из полиэфира и десмодура (продукта реакции 2,4-толуилендиизоцианата и триметилолпропана) максимальная адгезия к алюминию достигается при соотношении групп -COOH и -OH в полиэфире в пределах 0,8-1,0. Соотношение в исходной композиции десмодура и полиола оказывает решающее влияние на величину адгезии. Сопротивление срезу клеевого шва алюминия на образцах, склеенных внахлест, достигает максимума при соотношении десмодура и полиола равном 1,3-1,6, а затем резко снижается.

Уретановые группы повышают адгезию полиэфируретанов в большей степени, чем эфирные. Определенный интерес представляют глицидилуретаны — мономерные вещества, содержащие в молекуле уретановые и эпоксидные группы. Глицидилуретаны легко взаимодействуют с органическими веществами, содержащими группы с активным атомом водорода (органические кислоты, основания, спирты, фенолы). При этом образуются твердые и прочные покрытия с высокой адгезией к металлам.

Кремнийорганическим полимерам присуща низкая адгезия. Однако путем модификации, а также введением полярных групп в состав кремнийорганических полимеров удается незначительно повысить адгезию этих смол к металлам и другим субстратам. Композиции кремнийорганических полимеров с полиэфирами, эпоксидными и фенольными смолами и другими полимерами, содержащими полярные группировки, являются основой многих теплостойких клеев, в том числе конструкционного назначения.

Итак, при адгезии полимера к металлу роль химической природы адгезива оказывается решающей. Причем важно, чтобы адгезив не просто содержал в определенном количестве полярные группы, а чтобы эти группы обладали способностью вступать в интенсивное взаимодействие с поверхностными группами субстрата, например выполняли роль доноров электронов.

Значительно больший интерес для адгезионных систем представляет механизм взаимодействия полимерных адгезивов с окисной пленкой, образующейся практически на любой металлической поверхности. Благодаря этому, во многих случаях на границе полимер — металл могут возникать ионные связи. Чаще всего этот тип связи реализуется при контакте металлов с карбоксилсодержащими и гидроксилсодержащими полимерами. Между поверхностью металла, покрытой гидратированной окисной пленкой, и функциональными группами полимеров могут возникать различные химические связи.

Существование подобных связей вероятно на границе полимер-металл в тех случаях, когда адгезив содержит трехвалентный азот. Весьма распространенным видом взаимодействия на границе полимер-металл следует признать ион-дипольное взаимодействие и водородные связи.

Экспериментальный материал по склеиванию металлов полимерными адгезивами, нанесению на металлы лакокрасочных, электроизоляционных и других покрытий свидетельствует о том, что долговечность связи полимер-металл зависит во многих случаях от таких свойств полимеров, как термостойкость, коэффициент теплового расширения, влагостойкость, озоностойкость, морозостойкость, прочность, модуль упругости и др. Чем меньше различие коэффициентов теплового расширения полимера и металла, тем устойчивее оказывается адгезионное соединение полимер-металл к воздействию высоких температур. Напряжения, возникающие в процессе формирования клеевых соединений и покрытий, также влияют на долговечность связи полимер-субстрат.

Перечисленные факторы непосредственно связаны с типом и количеством применяемых в полимерах наполнителей. Наполнители могут быть или органическими — древесная мука, хлопковые очесы, сажа, графит, или неорганическими — асбест, кремнезем, стекловолокно, цемент, металлические порошки. В ряде случаев наполнители повышают прочностные свойства полимеров, выравнивают различие в коэффициентах теплового расширения адгезива и субстрата, снижают напряжения, экранируют полимер от светового воздействия. Подобные изменения благоприятным образом отражаются на долговечности клеевых соединений и покрытий.

Металлы по способности склеиваться с полимерами можно расположить в определенной последовательности. Максимальной адгезией обладают, как правило, никель, сталь, железо, минимальной — олово, свинец. Расположение металлов в такой последовательности связано с их атомным объемом: чем ниже атомный объем металла, тем выше прочность связи металла с полимером.

Влияние атомного объема металла на прочность клеевого соединения

Металл	Атомный объем, см3	Предел прочности при сдвиге, кг/см2
Никель	6,6
Медь	7,1
Алюминий	10,1
Олово	16,2
Свинец	18,2

Покрытия и герметики на основе полиуретановых эластомеров подвергаются различным воздействиям, в том числе воды, знакопеременным нагрузкам и т.д. для обеспечения их длительной защитной способности необходимо сохранение прочности связи покрытий и герметиков с подложками.

Подготовка любых металлов перед нанесением эластомерных полиуретановых покрытий включает очистку и обезжиривание поверхности с последующим нанесением грунтовки или клея, так как полиуретановые покрытия, как правило, имеют недостаточную собственную адгезию к субстрату. Значительные трудности возникают при подборе адгезивов. Один из способов достижения адгезии заключается во введении в гуммировочный состав адгезионных добавок. Хорошо известно применение для этой цели синтетических смол, силилированных аминов линейного и циклического строения, в качестве добавок, повышающих адгезию к металлам, композиций на основе бифунциональных полимеров с концевыми гидроксильными группами. Отверждение композиций осуществляют с помощью ТДИ, вводимого в систему в количестве, избыточном, по отношению к расчетному. Дозировку силилированных аминов варьировали в пределах 0,1 — 1,0 массовых частей на 100 массовых частей полимера.

Сопротивление отслаиванию без добавок составляет 0,25 — 2,1 кН/м (в зависимости от типа металла) при адгезионном характере разрушения. Введение силилированных аминов в количестве 0,1 — 0,5 массовых частей на 100 массовых частей каучука позволяет увеличить сопротивление отслаиванию композиций от металла до 3 кН/м и изменить характер разрушения на когезионный.

Более эффективным способом увеличения адгезии эластомерных полиуретановых покрытий к подложке является применение грунтовок или клеев. Крепление покрытий и герметиков из полиуретановых составов осуществляется с помощью промышленных грунтовок. Экспериментально доказано, что для каждого материала подложки требуется индивидуальный подход к выбору адгезива.

адгезия межмолекулярный поверхностный взаимодействие

АДГЕЗИЯ | ЛКМ Портал

(от лат. adhaesio — прилипание) одна из основных характеристик лакокрасочного материала, обозначает сцепление лакокрасочного покрытия с окрашенной поверхностью.

Адгезия может иметь механическую, химическую или электромагнитную природу и измеряется силой отрыва на единицу площади. Для улучшения адгезии применяют два метода: 1) используют промежуточный слой адгезива; 2) вводят в состав полимерной пленки специальные функциональные группы.

Адгезия в физике — сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел. Адгезия обусловлена межмолекулярным взаимодействием (вандерваальсовым, полярным, иногда — образованием химических связей или взаимной диффузией) в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей. В некоторых случаях адгезия может оказаться сильнее, чем когезия, т. е. сцепление внутри однородного материала, в таких случаях при приложении разрывающего усилия происходит когезионный разрыв, т. е. разрыв в объёме менее прочного из соприкасающихся материалов.

Адгезия существенно влияет на природу трения соприкасающихся поверхностей: так, при трении поверхностей с низкой адгезией трение минимально. В качестве примера можно привести политетрафторэтилен (тефлон), который в силу низкого значения адгезии в сочетании с большинством материалов обладает низким коэффициентом трения. Некоторые вещества со слоистой кристаллической решёткой (графит, дисульфид молибдена), характеризующиеся одновременно низкими значениями адгезии и когезии, применяются в качестве твёрдых смазок.

Адгезия полимеров происходит лучше в том случае, если макромолекулы полярны и имеют большое число химически активных функциональных групп. Для улучшения адгезии в состав клея или плёнкообразующего полимера вводят активные добавки, молекулы которых одним концом прочно связываются с плёнкой, другим — с подложкой, образуя ориентированный адсорбционный слой. При контакте двух объёмов одного и того же полимера может произойти автогезия (самослипание), когда имеет место диффузия макромолекул или их участков из одного объёма в другой. При этом прочность связи со временем увеличивается, стремясь к пределу — когезионной прочности.

Наиболее известные адгезионные эффекты — капиллярность, смачиваемость/несмачиваемость, поверхностное натяжение, мениск жидкости в узком капилляре, трение покоя двух абсолютно гладких поверхностей. Критерием адгезии в некоторых случаях может быть время отрыва слоя материала определенного размера от другого материала в ламинарном потоке жидкости.

Адгезия имеет место в процессах склеивания, пайки, сварки, нанесения покрытий. Адгезия матрицы и наполнителя композитов (композиционных материалов) является также одним из важнейших факторов, влияющих на их прочность.

В биологии клеточная адгезия — не просто соединение клеток между собой, а такое их соединение, которое приводит к формированию определённых правильных типов гистологических структур, специфичных для данных типов клеток. Специфичность клеточной адгезии определяется наличием на поверхности клеток белков клеточной адгезии — интегринов, кадгеринов и др.

Справочник строительных материалов и терминов (А)

Адгезия (в переводе с латинского языка означает «прилипание»), с точки зрении физики, представляет собой процесс сцепления разнородных жидких и/или твердых тел. Процесс адгезии обусловлен межмолекулярным взаимодействием (вандерваальсовым либо полярным, иногда созданием взаимной диффузии либо химических связей) в поверхностных слоях. Адгезия характеризуется величиной удельной работы, требуемой для разделения сцепленных поверхностей.

Нередко случается, что адгезия оказывается сильнее, нежели когезия (степень сцепления внутри однородных материалов). В подобных случаях при приложении разрывающих усилий осуществляется когезионный разрыв (процесс разрыва в объеме одного из соприкасающихся материалов, который является менее прочным).

Процесс адгезии оказывает существенное влияние на природу трения между соприкасающимися поверхностями. Так, при осуществлении трения поверхностей, обладающих низкой адгезией, коэффициент трения минимальный (к примеру, такой популярный в применении материал, как тефлон, в силу крайне низкого значения своей адгезии при взаимодействии с большинством материалов проявляет низкие коэффициенты трения). Некоторые из веществ, обладающих кристаллической слоистой решеткой (молибдена дисульфид, графит и т.п.), а также характеризующиеся низкими значениями когезии и адгезии, широко используют в качестве твердых смазочных материалов.

Адгезия присутствует в таких процессах, как пайка, сварка, склеивание, нанесение разнообразных покрытий. Адгезия композиционных материалов (наполнителей композитов) и матрицы также является одним из наиважнейших факторов, которые оказывают влияние на их прочность.

Справочник строительных материалов (А)
Справочник строительных материалов и терминов

Адгезия скотча — ЧТО ТАКОЕ АДГЕЗИЯ КЛЕЙКОЙ ЛЕНТЫ

Адгезия клейкой ленты.

Так что же такое адгезия?
Адгезия — это склеивание, сила слипания одной поверхности к другой. Этот термин от латинского слова adhaesio — прилипание. И пришел к нам в словарный запас из физики.

В «упаковочном мире» адгезия формирует одну из главных составляющих качественного продукта. Мы все понимаем, что липкая лента (скотч) должна быть липкой. Так вот степень клейкости и есть адгезия. Сила сцепления измеряется в коэффициентах. Степень клейкости зависит от двух составляющих: сколько клеевой жидкости нанесут на основу липкой ленты. Измеряется данная категория в микронах (мкм). И вид наносимого клея. Составы клея бывают трех видов: на основе каучука, на основе акрила и смешанный гибридный состав. В итоге получается , что сила адгезии (крепкости сцепления с другой поверхностью) в клейкой ленте формируется комплексно — а) вид клеевого состава б) количество клеевого состава.

Предположим вам дали задание купить скотч с крепкой адгезией. Чтоб он прилипал к картонной коробке очень плотно и не отклеивался как можно дольше.
Тогда вам нужно купить скотч с микронностью (мкм) 50. Из которой 25мкм (толщина) это основа клейкой ленты (бумажная, полипропиленовая и т.п), а остальное это клеевый состав, в данном случае это 25мкм.
Например, если вы заказали 38мкм, то 25мкм это основа и 13мкм клей. В быту обычно используют 37-38мкм с малой адгезией это тот самый скотч который мы покупаем в строительных магазинах для домашнего использование. На логистических складах или на различных производствах применяют 45мкм и даже 50мкм. Это лента с очень крепкой адгезией.

От того, какой и сколько клея нанесут на основу — зависит степень адгезии (слипания)

Существует понятие — активация адгезии. Есть искусственный активатор и есть естественный активатор. Механический способ это когда с помощью дополнительного химического активатора усиливается коэффицент адгезии. Например, на автомобиль нужно приклеить линию и для сильного сцепления пользуются дополнительным продуктом. Для активации адгезии клейкой ленты просто достаточно подержать скотч несколько часов в теплом месте.

Наше предприятие выпускает липкую ленту с различной степенью адгезии.
Производство находится в Санкт-Петербурге. Наличие склада в Москве.
Доставка осуществляется по всей России любой транспортной компанией.
Сроки изготовления клейкой ленты от 3 до 7 дней (от загруженности)

Адгезия — сцепление соприкасающихся поверхностей разнородных веществ

Сцепление соприкасающихся поверхностей разнородных веществ.

Адгезия — сцепление соприкасающихся поверхностей разнородных твердых или жидких веществ. Это явление обусловлено силами притяжения между молекулами вещества, обеспечивающими его целостность (когезия). Естественное сцепление можно усилить, если создать прослойку связующего вещества — адгезива (простейшим примером является вода).

Адгезионно-когезионные свойства при строительных работах, т.е. работа сил притяжения внутри веществ и между собой, зависят от характеристик этих веществ и условий взаимодействия. Цель — создание адгезионного слоя с высокими показателями сцепления. В отдельных случаях адгезия оказывается больше когезии, и тогда происходит разрыв не по месту склеивания, а внутри наименее прочного из веществ.

Среди часто встречающихся в окружающем мире адгезионных эффектов можно назвать: капиллярность, поверхностное натяжение, смачиваемость, трение покоя двух гладких поверхностей. Явление адгезии встречается в полиграфии, в процессах пайки и сварки, при использовании лакокрасочных материалов и т.д.

Агдезия — сцепление разнородных жидких или твердых тел в местах контакта их поверхностей. Адсорбционная теория адгезии объясняет это явление межмолекулярным притяжением, обеспечивающим и целостность вещества (когезию). Сцепление двух поверхностей может иметь химическую, электрическую, магнитную природу, обусловливаться чисто механическим взаимодействием поверхностей или определяться всеми этими факторами. Под микроскопом видно, что даже очень гладкие поверхности на самом деле неровные, шероховатые.

При соприкосновении они контактируют не по всей площади, а лишь в ограниченном числе точек, и адгезия оказывается незначительной. Сцепление поверхностей можно увеличить, введя между ними прослойку связующего вещества — адгезива. Адгезивами (субстратами) являются многие вещества. Даже вода, смачивая поверхности, улучшает контакт между ними. Однако в качестве адгезива воду не используют: в жидком состоянии она быстро испаряется и имеет низкое сопротивление сдвигу. Эффективными адгезивами для металлов служат припои (хотя их не всегда считают адгезивами в прямом смысле слова).

Что влияет на адгезионную способность веществ, применяемых в строительстве

В процессе схватывания рабочей смеси в ней происходят различные процессы, которые обуславливают определённые изменения её свойств. В частности, при усадке растворной смеси возможно сокращение поверхности контакта с появлением растягивающих напряжений, которые приведут к образованию усадочных трещин. Как результат – ослабляется сцепление поверхностей. Например, сцепление старой бетонной поверхности с новым бетоном не превышает 0,9…1,0 МПа, в то время, как сцепление сухих строительных смесей (в состав которых входят компоненты, инициирущие процессы химической адгезии) с новым бетоном достигает 2 МПа и более.

Как улучшить адгезию

Обычно реализуют комплекс мер, обеспечивающих улучшение сцепляемости:
проводят механическую (шлифование),
физико-химическую (шпаклевание, грунтовка),
химическую (эластификация) обработку поверхности основы.

Особенно эффективны указанные процессы в ремонтно-строительных работах, когда контактирующие поверхности разнородны не только по своему химсоставу, но и по условиям их образования.

Как измерить адгезионную способность материалов

ГОСТ 31356-2007 регламентирует определяющие показатели прочности сцепления сухих строительных смесей с основанием. О последовательности проведения тестовых испытаний материалов на их сцепляемость. Технология проведения подобных испытаний позволяет определить прочность сцепления таких покрытий, как керамическая плитка, различные защитные покрытия, штукатурка и т.д. с основанием.

Адгезия | corrosio.ru

Адгезия — способность лакокрасочных покрытий к прилипанию или прочному сцеплению с окрашиваемой поверхностью. От величины адгезии зависят механические и защитные свойства покрытий.

Кругосвет: Адгезия — сцепление разнородных жидких или твердых тел в местах контакта их поверхностей. Адсорбционная теория адгезии объясняет это явление межмолекулярным притяжением, обеспечивающим и целостность вещества (когезию). Сцепление двух поверхностей может иметь химическую, электрическую, магнитную природу, обусловливаться чисто механическим взаимодействием поверхностей или определяться всеми этими факторами. Под микроскопом видно, что даже очень гладкие поверхности на самом деле неровные, шероховатые. При соприкосновении они контактируют не по всей площади, а лишь в ограниченном числе точек, и адгезия оказывается незначительной. Сцепление поверхностей можно увеличить, введя между ними прослойку связующего вещества – адгезива. Адгезивами (субстратами) являются многие вещества. Даже вода, смачивая поверхности, улучшает контакт между ними. Однако в качестве адгезива воду не используют: в жидком состоянии она быстро испаряется и имеет низкое сопротивление сдвигу. Эффективными адгезивами для металлов служат припои (хотя их не всегда считают адгезивами в прямом смысле слова).

Википедия: Адгезия (от лат. adhaesio — прилипание) в физике — сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел. Адгезия обусловлена межмолекулярным взаимодействием (вандерваальсовым, полярным, иногда — образованием химических связей или взаимной диффузией) в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей. В некоторых случаях адгезия может оказаться сильнее, чем когезия, т. е. сцепление внутри однородного материала, в таких случаях при приложении разрывающего усилия происходит когезионный разрыв, т. е. разрыв в объёме менее прочного из соприкасающихся материалов.

Адгезия характеризует сцепление лакокрасочного покрытия с окрашиваемой поверхностью.

2.2E: Связующие и адгезионные свойства воды

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Ключевые моменты
Ключевые термины
Когезионные и адгезионные свойства воды

Когезия позволяет веществам выдерживать разрыв при воздействии напряжения, в то время как адгезия — это притяжение между водой и другими молекулами.

Задачи обучения

Описать когезионные и адгезионные свойства воды.

Ключевые моменты

Когезия удерживает водородные связи вместе, создавая поверхностное натяжение воды.
Поскольку вода притягивается к другим молекулам, силы адгезии притягивают воду к другим молекулам.
Вода переносится в растениях за счет сил сцепления и сцепления; эти силы вытягивают воду и растворенные минералы от корней к листьям и другим частям растения.

Ключевые термины

адгезия : способность вещества прилипать к непохожему на него веществу; притяжение между непохожими молекулами
когезия : различные межмолекулярные силы, удерживающие твердые тела и жидкости вместе; притяжение между подобными молекулами

Связующие и адгезионные свойства воды

Вы когда-нибудь наполняли стакан воды до самого верха, а затем медленно добавляли еще несколько капель? Прежде чем переливаться через край, вода над краем стакана приобретает куполообразную форму.Эта вода может оставаться над стеклом благодаря свойству сцепления. В процессе сцепления молекулы воды притягиваются друг к другу (из-за водородных связей), удерживая молекулы вместе на границе раздела жидкость-газ (вода-воздух), хотя в стекле больше нет места.

Когезия позволяет развивать поверхностное натяжение, способность вещества противостоять разрыву при воздействии на него напряжения или напряжения. По этой же причине вода образует капли, когда кладется на сухую поверхность, а не расплющивается под действием силы тяжести.Когда небольшой клочок бумаги помещается на каплю воды, бумага плавает поверх капли, даже если бумага более плотная (масса на единицу объема), чем вода. Когезия и поверхностное натяжение сохраняют водородные связи молекул воды нетронутыми и поддерживают предмет, плавающий наверху. Можно даже «плавать» иглой над стаканом воды, если ее положить аккуратно, не нарушая поверхностного натяжения.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Поверхностное натяжение : Вес иглы тянет поверхность вниз; в то же время поверхностное натяжение тянет его вверх, подвешивая на поверхности воды и не позволяя опускаться.Обратите внимание на углубление в воде вокруг иглы.

Эти силы сцепления связаны со свойством адгезии воды или притяжением между молекулами воды и другими молекулами. Это притяжение иногда сильнее, чем силы сцепления воды, особенно когда вода подвергается воздействию заряженных поверхностей, таких как те, которые находятся внутри тонких стеклянных трубок, известных как капиллярные трубки. Адгезия наблюдается, когда вода «поднимается» вверх по трубке, помещенной в стакан с водой: обратите внимание, что вода кажется выше по бокам трубки, чем в середине.Это связано с тем, что молекулы воды притягиваются к заряженным стеклянным стенкам капилляра больше, чем друг к другу, и поэтому прилипают к нему. Этот вид адгезии называется капиллярным действием.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Адгезия : Капиллярное действие в стеклянной трубке вызвано силами сцепления, создаваемыми внутренней поверхностью стекла, превышающими силы сцепления между самими молекулами воды.

Почему силы сцепления и сцепления важны для жизни? Силы сцепления и сцепления важны для переноса воды от корней к листьям растений.Эти силы создают «притяжение» водяного столба. Это притяжение является результатом тенденции молекул воды, испаряющихся на поверхности растения, оставаться связанными с молекулами воды под ними, и поэтому они тянутся. Растения используют это природное явление, чтобы переносить воду от корней к листьям. Без этих свойств воды растения не смогли бы получать воду и необходимые им растворенные минералы. В другом примере насекомые, такие как водомер, используют поверхностное натяжение воды, чтобы оставаться на плаву на поверхности воды и даже спариваться там.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Cohesion & Adhesion : Связующие и адгезионные свойства воды позволяют этому водомерку (Gerris sp.) Оставаться на плаву.

Силы сцепления и сцепления — Химия LibreTexts

Силы сцепления и сцепления связаны с объемными (или макроскопическими) свойствами, и, следовательно, эти термины не применимы к обсуждению атомных и молекулярных свойств. Когда жидкость соприкасается с поверхностью (например, стенками градуированного цилиндра или столешницей), на нее будут действовать как силы сцепления, так и силы сцепления.Эти силы определяют форму, которую принимает жидкость. Из-за действия сил адгезии жидкость на поверхности может растекаться, образуя тонкую, относительно однородную пленку по поверхности, этот процесс известен как смачивание. В качестве альтернативы, при наличии сильных сил сцепления жидкость может разделиться на несколько небольших, приблизительно сферических шариков, которые стоят на поверхности, поддерживая минимальный контакт с поверхностью.

Сила сцепления и сцепления

Термин «силы сцепления» является общим термином для коллективных межмолекулярных сил (например,g., водородные связи и силы Ван-дер-Ваальса), ответственные за свойство объема жидкости сопротивляться разделению. В частности, эти силы притяжения существуют между молекулами одного и того же вещества . Например, дождь падает каплями, а не мелким туманом, потому что вода имеет сильную когезию, которая плотно стягивает свои молекулы, образуя капли. Эта сила имеет тенденцию объединять молекулы жидкости, собирая их в относительно большие кластеры из-за неприязни молекул к окружающей среде.

Точно так же термин «силы сцепления» относится к силам притяжения между непохожими друг на друга веществами, таким как механические силы (слипание) и электростатические силы (притяжение из-за противоположных зарядов). В случае жидкого смачивающего агента адгезия заставляет жидкость прилипать к поверхности, на которой она находится. Когда вода наливается на чистое стекло, она имеет тенденцию растекаться, образуя тонкую однородную пленку на поверхности стакана. Это связано с тем, что силы сцепления между водой и стеклом достаточно сильны, чтобы вытащить молекулы воды из их сферической формы и удерживать их на поверхности стекла, тем самым избегая отталкивания между подобными молекулами.

Макроскопические эффекты когезионных и адгезионных сил

Когда жидкость помещается на гладкую поверхность, относительные силы когезионных и адгезионных сил, действующих на эту жидкость, определяют форму, которую она примет (и будет ли она намочить поверхность). Если силы сцепления между жидкостью и поверхностью сильнее, они будут тянуть жидкость вниз, заставляя ее смачивать поверхность. Однако, если силы сцепления между самой жидкостью будут сильнее, они будут сопротивляться такой адгезии и заставят жидкость сохранять сферическую форму и разбивать поверхность.

Случай I: Мениск

Мениск — это кривизна поверхности жидкости внутри контейнера, например градуированного цилиндра. Однако прежде чем мы объясним, почему у некоторых жидкостей мениск вогнутый вверх, а у других — мениск вниз, мы должны понять адгезионные силы, действующие на основе поверхностного натяжения. Вода, например, представляет собой полярную молекулу, которая состоит из частичного положительного заряда атомов водорода и частичного отрицательного заряда кислорода. Таким образом, в жидкой воде частичный положительный заряд каждой молекулы притягивается к частичному отрицательному заряду ее соседки.Это источник сил сцепления в воде. Молекулы воды, погребенные внутри жидкости, затем равномерно выталкиваются во всех направлениях, не создавая чистого притяжения. Между тем, молекулы на поверхности жидкости, лишенные тянущих сил в восходящем направлении, таким образом, охватывают чистое тянущее движение вниз.

Как же эта сила сцепления создает вогнутую вверх и вогнутую вниз поверхность? Ответ заключается в его отношении к силам сцепления между молекулами воды и поверхностью контейнера.Когда сила сцепления жидкости больше, чем сила сцепления жидкости со стенкой, жидкость вогнута вниз, чтобы уменьшить контакт с поверхностью стены. Когда сила адгезии жидкости к стене больше, чем сила сцепления жидкости, жидкость больше притягивается к стене, чем ее соседи, вызывая вогнутость вверх.

Случай II: слезы вина

В встряхнутых бокалах с вином капли вина, кажется, «плавают» над мениском жидкости и образуют «слезы».«Это давнее явление является результатом поверхностного натяжения, а также сил когезии и адгезии. Спирт более летуч, чем вода. В результате» испарение спирта создает градиент поверхностного натяжения, поднимающий тонкую пленку вдоль стороны бокала. «(Адамсон). Этот процесс называется» растворенным эффектом Марангони «. ² Из-за сил сцепления некоторое количество воды прилипает к стенкам стекла.» Слезы «образуются из-за сил сцепления внутри воды, удерживающих его вместе. Важно отметить, что градиент поверхностного натяжения является «движущей силой для движения жидкости» (Гуглиотти), но фактическое образование разрывов является результатом сил когезии и адгезии.

«Слезы вина» наблюдаются как кольцо из прозрачной жидкости в верхней части бокала с вином, из которого непрерывно образуются капли, которые снова падают в вино. Чаще всего это наблюдается в вине с высоким содержанием алкоголя. (CC BY-SA-NC; Грег Эмель)

Проблемы

Назовите два примера, в которых сила сцепления преобладает над силой сцепления и наоборот.
Вода в стеклянном градуированном цилиндре представляет собой мениск, вогнутый вверх. Однако, когда вода наливается до конца цилиндра, уровень воды может оставаться выше, чем стенка цилиндра, не выливаясь, напоминая вогнутый мениск вниз.Используйте принципы сил сцепления и сцепления, чтобы объяснить эту ситуацию.
Объясните, почему водомер может скользить по воде, зная о сцеплении в воде.
Предложите различные типы сил, на которые могут опираться силы сцепления.

Ответы

Когда сила сцепления превышает силу сцепления: вогнутый мениск, вода образует капли на поверхности. Когда сила адгезии больше, чем сила сцепления: мениск вогнут вниз, поверхности покрыты смачивающим агентом, последние капли жидкости в бутылке всегда отказываются выходить наружу.
Поскольку вода образует вогнутый мениск, сцепление молекул со стеклом сильнее, чем сцепление между молекулами. Однако при отсутствии силы сцепления (когда вода достигает кончика стакана) сила сцепления сохраняется. Таким образом, одна только сила сцепления доказывает, что он все еще может удерживаться на месте, не выливаясь из цилиндра. Этот пример подчеркивает важность того, что сила сцепления и сила сцепления не просто компенсируют друг друга, но именно разница между ними определяет характеристики жидкости.
Эта проблема еще раз обращается к концепции поверхностного натяжения. Поскольку сцепление воды основано на слабых межмолекулярных силах воды, когда водный шагающий пасынок поднимается на поверхность, потребуется дополнительная энергия, которую необходимо преодолеть, чтобы разорвать эти связи и увеличить площадь поверхности. Более того, поскольку гравитационное воздействие на водомер не может преодолеть энергию активации, чтобы разрушить эти межмолекулярные силы, водомер может свободно скользить по воде.
Дополнительная форма, форма химических связей, слабые межмолекулярные силы, такие как водородная связь или силы Ван-дер-Ваальса.

Список литературы

Петруччи и др. Общая химия: принципы и современные приложения: AIE (Твердый переплет). Река Аппер Сэдл: Пирсон / Прентис Холл, 2007.
Гуглиотти, Маркос. «Слезы вина». Журнал химического образования 81.1 (2004): 67-68. Интернет. 9 марта 2010 г.
Adamson, A.W .; Гаст, А.С. Физическая химия поверхности , 6 изд .; Джон Уайли и сыновья: Нью-Йорк, 1997; 371.

Авторы и авторство

Кэмерон Трейси, Лин Се, Ирен Лим, Генри Ли

когезионные и адгезионные свойства | BioNinja

Понимание:

• Водородная связь и диполярность объясняют когезию , клей , термические и растворяющие свойства воды

Вода способна образовывать межмолекулярные ассоциации с молекулами, обладающими общими свойствами

Поскольку вода полярна, она будет притягиваться к другим полярным или ионным молекулам

Когезионные свойства:

Когезия — это способность одинаковых молекул слипаться
Вода является сильно когезивной (она образует водородные связи)

Адгезионные свойства:

Адгезия — это способность разнородных молекул слипаться
Вода будет образовывать межмолекулярные ассоциации с полярными и заряженными молекулами

Значение когезионных и адгезионных свойств:

Связующие свойства воды объясняют ее поверхностное натяжение

Водородная связь между молекулами воды позволяет жидкости противостоять низким уровням внешней силы (поверхностное натяжение)
Высокое поверхностное натяжение воды делает ее достаточно плотной, чтобы некоторые более мелкие организмы могли двигаться по ее поверхности

Адгезионные свойства воды объясняют ее капиллярное действие

Притяжение к заряженные или полярные поверхности (е.грамм. стекло) позволяет воде течь в противовес гравитационным силам (капиллярное действие)
Это капиллярное действие необходимо для того, чтобы вода могла транспортироваться вверх по стеблям растений посредством транспирационного потока

Сцепление и адгезия молекулами воды

Что такое адгезия?

Адгезия — это притяжение между двумя разнородными фазами.Не существует единой теории, объясняющей адгезию, но ее обычно делят на механическое сцепление и физическое и химическое связывание. Чаще всего адгезия происходит из-за комбинации различных механизмов, описанных ниже.

Механическая блокировка

Механическая блокировка происходит, когда две разные фазы соединяются друг с другом только за счет механических сил. Обычно для этого требуется несколько шероховатая поверхность, куда может проникнуть другой материал. Например, клей с низкой вязкостью, который проникает в поры и трещины на поверхности материала.Это приводит к механическому закреплению между двумя компонентами, когда клей затвердел. Обладая этими знаниями, вы можете предположить, что неровные поверхности легко исправить вместе с помощью клея. Однако слишком шероховатая поверхность может привести к пикам напряжения и недостаточному заполнению структур поверхности. Насколько хорошо клей заполняет полости на поверхности, зависит от формы полостей, а также от вязкости и поверхностного натяжения клея.

Физическое соединение

Физическая связь состоит из сил Ван-дер-Ваальса и присутствует всегда.Сила сил Ван-дер-Ваальса довольно мала, и обычно они не так сильно влияют на общую прочность связи.

Химическая связь

Химическая связь включает ковалентную, ионную и металлическую связь, которая намного прочнее, чем физические связи. Химические связи отвечают за силы сцепления внутри самого материала, которые могут быть очень сильными. Однако химическая связь между двумя разнородными материалами намного сложнее, и обычно имеется лишь несколько доступных мест соединения.Одним из наиболее часто используемых методов увеличения количества мест склеивания является плазменная обработка.

Для хорошей адгезии необходим малый угол контакта.

На основании вышеупомянутых механизмов склеивания очевидно, что покрытие должно растекаться по основанию для достижения хорошей адгезии. Хорошее растекание будет способствовать проникновению покрытия в поверхностные структуры, а также появлению новых участков связывания. Таким образом, часто оценивается смачиваемость субстрата. Поскольку контактный угол является мерой смачиваемости, он используется для оценки проблем со связкой.

Чтобы узнать больше о контактном угле и о том, как его можно использовать, прочтите обзор ниже.

В чем разница между адгезией и когезией?

И ПРИЛОЖЕНИЕ, И СОГЛАСОВАННОСТЬ ДЕМОНСИРОВАНЫ НА ИЗОБРАЖЕНИИ ВЫШЕ. Изображение от NOAA

Сплоченность: Вода притягивается к воде. Обратите внимание на когезионные эффекты молекул воды, позволяющие капле жидкости формироваться на листе выше и сохранять сферическую форму, которая будет катиться по поверхности, не разламываясь.Наименьшее энергетическое состояние для этой капли возникает, когда максимальное количество молекул воды окружено со всех сторон другими молекулами воды — это означает, что капля должна иметь минимально возможную площадь поверхности, которая представляет собой сферу. Точнее, положительный и отрицательный заряды атомов водорода и кислорода, составляющих молекулы воды, притягивают их друг к другу.

Какой тип связи возникает между двумя молекулами воды?

В молекуле воды два атома водорода располагаются вдоль одной стороны атома кислорода, в результате чего сторона кислорода имеет небольшой отрицательный заряд, а сторона с атомами водорода имеет небольшой положительный заряд.Таким образом, когда положительная сторона одной молекулы воды приближается к отрицательной стороне другой молекулы воды, они притягиваются друг к другу и образуют связь, называемую водородной связью.

Водородные связи вызывают сильное притяжение воды друг к другу. Следовательно, вода очень связная.

См. Также: Почему вода является таким хорошим растворителем.

Адгезия и молекулы воды

Адгезия : Вода притягивается к другим веществам

Адгезия — это притяжение молекул одного вида к молекулам другого типа, и она может быть довольно сильной для воды, особенно с другими молекулами, несущими положительный или отрицательный заряд.Химическая адгезия возникает, когда поверхностные атомы двух отдельных поверхностей образуют ионные, ковалентные или водородные связи. Не существует единой теории, касающейся адгезии, и конкретные механизмы специфичны для конкретных сценариев материалов.
Например, адгезия позволяет воде «подниматься» вверх по тонким стеклянным трубкам (называемым капиллярными трубками), помещенным в стакан с водой. Это восходящее движение против силы тяжести, известное как капиллярное действие, зависит от притяжения между молекулами воды и стеклянными стенками трубки (адгезия), а также от взаимодействия между молекулами воды (когезия).
Молекулы воды притягиваются к стеклу сильнее, чем к другим молекулам воды (поскольку молекулы стекла даже более полярны, чем молекулы воды). Вы можете убедиться в этом, посмотрев на изображение ниже: вода простирается выше всего там, где она соприкасается с краями трубки, и опускается ниже всего в середине. Изогнутая поверхность, образованная жидкостью в цилиндре или трубке, называется мениском.

Капиллярное действие — результат когезии и адгезии

.. «Капиллярное действие происходит потому, что молекулы воды прочно связываются друг с другом за счет сил когезии и адгезии, когда молекулы воды притягиваются и прилипают к другим веществам, таким как стекло или бумага.

Прилипание воды к поверхности материала приводит к возникновению силы, направленной вверх на жидкость. Поверхностное натяжение удерживает поверхность в целости. Капиллярное действие возникает, когда адгезия к материалу поверхности сильнее, чем силы сцепления между молекулами воды. Высота, на которую капиллярное действие будет переносить воду, ограничена поверхностным натяжением и силой тяжести … »см. Capillary Action

Чтения и ссылки

Какие именно физические или химические процессы делают липкую ленту липкой?

Когезия и адгезия в жидкостях: поверхностное натяжение и капиллярное действие

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Узнайте о силах сцепления и сцепления.
Определите поверхностное натяжение.
Понять капиллярное действие.

Когезия и адгезия в жидкостях

Рис. 1. Мыльные пузыри на этой фотографии вызваны силами сцепления между молекулами в жидкостях. (Источник: Стив Форд Эллиотт)

Дети надувают мыльные пузыри и играют с брызгами разбрызгивателя в жаркий летний день. (См. Рис. 1.) Подводный паук удерживает запас воздуха в блестящем пузыре, который он носит обернутым вокруг себя.Техник набирает кровь в трубку небольшого диаметра, просто прикоснувшись к капле на уколотом пальце. Недоношенный ребенок изо всех сил пытается надуть легкие. Что общего? Во всех этих действиях доминируют силы притяжения между атомами и молекулами в жидкостях — как внутри жидкости, так и между жидкостью и ее окружением.

Силы притяжения между молекулами одного типа называются силами сцепления . Например, жидкости можно хранить в открытых контейнерах, поскольку силы сцепления удерживают молекулы вместе.Силы притяжения между молекулами разных типов называются силами сцепления , . Такие силы заставляют капли жидкости прилипать, например, к оконным стеклам. В этом разделе мы исследуем эффекты, непосредственно связанные с силами сцепления и сцепления в жидкостях.

Силы сцепления Силы притяжения между молекулами одного типа называются силами сцепления.

Сила сцепления

Силы притяжения между молекулами разных типов называются силами сцепления.

Силы сцепления между молекулами заставляют поверхность жидкости сжиматься до минимально возможной площади. Этот общий эффект называется поверхностным натяжением . Молекулы на поверхности притягиваются внутрь за счет сил сцепления, уменьшая площадь поверхности. Молекулы внутри жидкости испытывают нулевую результирующую силу, поскольку у них есть соседи со всех сторон.

Поверхностное натяжение

Силы сцепления между молекулами заставляют поверхность жидкости сжиматься до минимально возможной площади.Этот общий эффект называется поверхностным натяжением.

Выполнение соединений: поверхностное натяжение

Силы между атомами и молекулами лежат в основе макроскопического эффекта, называемого поверхностным натяжением. Эти силы притяжения сближают молекулы и стремятся минимизировать площадь поверхности. Это еще один пример субмикроскопического объяснения макроскопического явления.

Модель поверхности жидкости, действующей как растянутый эластичный лист, может эффективно объяснить эффекты поверхностного натяжения.Например, некоторые насекомые могут ходить по воде (в отличие от того, чтобы плавать в ней), как мы ходим по батуту — они вдавливают поверхность, как показано на рисунке 2 (а). На рис. 2 (б) показан другой пример, когда игла упирается в поверхность воды. Железная игла не может и не плавает, потому что ее плотность больше плотности воды. Скорее, его вес поддерживается силами растянутой поверхности, которые пытаются сделать поверхность меньше или более плоской. Если бы игла была помещена на поверхность острием вниз, ее вес, действующий на меньшую площадь, сломал бы поверхность, и она утонула бы.

Рис. 2. Поверхностное натяжение, поддерживающее вес насекомого и железной иглы, которые опираются на поверхность, не проникая в нее. Они не плавают; скорее, они поддерживаются поверхностью жидкости. (а) Нога насекомого вмятина в водную поверхность. F _ST — это восстанавливающая сила (поверхностное натяжение), параллельная поверхности. (b) Железная игла аналогичным образом вдавливает поверхность воды до тех пор, пока восстанавливающая сила (поверхностное натяжение) не станет равной ее весу.

Поверхностное натяжение пропорционально силе сцепления, которая зависит от типа жидкости.Поверхностное натяжение γ определяется как сила F на единицу длины L , прилагаемая растянутой жидкой мембраной:

[латекс] \ gamma = \ frac {F} {L} \\ [/ латекс].

Таблица 1. Поверхностное натяжение некоторых жидкостей
Жидкость	Поверхностное натяжение γ (Н / м)
Вода при 0ºC	0,0756
Вода при 20ºC	0,0728
Вода при 100ºC	0.0589
Мыльная вода (обычная)	0,0370
Этиловый спирт	0,0223
Глицерин	0,0631
Меркурий	0,465
Оливковое масло	0,032
Тканевые жидкости (типовые)	0,050
Кровь, цельная при 37ºC	0,058
Плазма крови при 37ºC	0.073
Золото при 1070ºC	1.000
Кислород при −193ºC	0,0157
Гелий при −269ºC	0,00012

В таблице 1 выше приведены значения γ для некоторых жидкостей. Для насекомого на Рисунке 2 (а) его вес w поддерживается направленными вверх компонентами силы поверхностного натяжения: w = γL sin θ , где L — окружность лапки насекомого. при контакте с водой.На рисунке 3 показан один из способов измерения поверхностного натяжения. Пленка жидкости оказывает давление на подвижный провод, пытаясь уменьшить его площадь поверхности. Величина этой силы зависит от поверхностного натяжения жидкости и может быть точно измерена. Поверхностное натяжение является причиной образования пузырьков и капель жидкостей. Сила внутреннего поверхностного натяжения приводит к тому, что пузырьки становятся приблизительно сферическими и повышают давление газа, захваченного внутри, по сравнению с атмосферным давлением снаружи. Можно показать, что манометрическое давление P внутри сферического пузыря определяется соотношением

[латекс] P = \ frac {4 \ gamma} {r} \\ [/ латекс],

, где r — радиус пузыря.

Рисунок 3. Скользящее устройство для измерения поверхностного натяжения; устройство прилагает силу, уменьшающую площадь поверхности пленки. Сила, необходимая для удержания проволоки на месте, составляет F = γL = γ (2l) , поскольку к проволоке прикреплены две жидкие поверхности. Эта сила остается почти постоянной при растяжении пленки, пока пленка не приблизится к точке разрыва.

Таким образом, давление внутри пузыря наибольшее, когда пузырек самый маленький. Еще одно свидетельство этого показано на рисунке 4.Когда воздух проходит между двумя воздушными шарами неравного размера, меньший воздушный шар имеет тенденцию к сжатию, заполняя большой воздушный шар.

Рис. 4. При закрытом клапане к каждому концу трубки прикреплены два баллона разного размера. При открытии клапана меньший баллон уменьшается в размерах, и воздух движется, заполняя большой баллон. Давление в сферическом воздушном шаре обратно пропорционально его радиусу, так что меньший шар имеет большее внутреннее давление, чем больший шар, что приводит к этому потоку.

Пример 1. Поверхностное натяжение: давление внутри пузыря

Рассчитайте манометрическое давление внутри мыльного пузыря 2,00 × 10 ^-4 м в радиусе, используя поверхностное натяжение мыльной воды из таблицы 1. Преобразуйте это давление в мм рт.

Стратегия

Приведен радиус и поверхностное натяжение можно найти в Таблице 1, поэтому P можно найти непосредственно из уравнения [латекс] P = \ frac {4 \ gamma} {r} \\ [/ latex].

Решение

Подставляя r и γ в уравнение [latex] P = \ frac {4 \ gamma} {r} \\ [/ latex], получаем

[латекс] P = \ frac {4 \ gamma} {r} = \ frac {4 \ left (0.{2}} = 5,56 \ text {мм рт. Ст.} \\ [/ latex].

Обсуждение

Обратите внимание, что если бы в пузыре было проделано отверстие, воздух был бы вытеснен, радиус пузыря уменьшился бы, а давление внутри увеличилось бы до атмосферного давления (760 мм рт. Ст.).

Наши легкие содержат сотни миллионов слизистых мешочков, называемых альвеол , которые очень похожи по размеру и имеют диаметр около 0,1 мм. (См. Рис. 5.) Вы можете выдохнуть без мышечной активности, позволяя поверхностному натяжению сокращать эти мешочки.У медицинских пациентов, дыхание которых поддерживается респиратором с положительным давлением, в легкие вдувается воздух, но, как правило, им разрешается выдыхать самостоятельно. Даже если есть паралич, поверхностное натяжение альвеол вытеснит воздух из легких. Поскольку давление увеличивается по мере уменьшения радиуса альвеол, время от времени требуется глубокий очищающий вдох, чтобы полностью наполнить альвеолы. Респираторы запрограммированы на это, и мы считаем естественным, как и наши домашние собаки и кошки, сделать очищающий вдох перед тем, как уснуть.

Рис. 5. Бронхи в легких разветвляются на все более мелкие структуры, в конце концов заканчиваясь альвеолами. Альвеолы действуют как крошечные пузырьки. Поверхностное натяжение слизистой оболочки помогает при выдохе и может предотвратить вдох, если оно слишком велико.

Напряжение в стенках альвеол возникает из-за мембранной ткани и жидкости на стенках альвеол, содержащей длинный липопротеин, который действует как поверхностно-активное вещество (вещество, снижающее поверхностное натяжение). Потребность в поверхностно-активном веществе возникает из-за тенденции маленьких альвеол к разрушению и попаданию воздуха в более крупные альвеолы, делая их еще больше (как показано на рисунке 4).Во время ингаляции молекулы липопротеинов растягиваются, и натяжение стенок увеличивается с увеличением радиуса (повышенное поверхностное натяжение). Во время выдоха молекулы снова скользят вместе, и поверхностное натяжение уменьшается, помогая предотвратить коллапс альвеол. Таким образом, поверхностно-активное вещество служит для изменения натяжения стенок, так что маленькие альвеолы не разрушаются, а большие альвеолы не расширяются слишком сильно. Это изменение натяжения является уникальным свойством этих поверхностно-активных веществ и не присуще моющим средствам (которые просто снижают поверхностное натяжение).(См. Рисунок 6.)

Рис. 6. Поверхностное натяжение как функция площади поверхности. Поверхностное натяжение легочного сурфактанта уменьшается с уменьшением площади. Это гарантирует, что маленькие альвеолы не разрушатся, а большие альвеолы не смогут чрезмерно расшириться.

Если вода попадает в легкие, поверхностное натяжение слишком велико, и вы не можете вдохнуть. Это серьезная проблема при реанимации утопающих. Подобная проблема возникает у новорожденных, рожденных без этого сурфактанта — их легкие очень трудно надуть.Это состояние известно как болезнь гиалиновых мембран и является основной причиной смерти младенцев, особенно при преждевременных родах. Некоторый успех был достигнут в лечении болезни гиалиновых мембран путем распыления сурфактанта в дыхательные пути младенца. Эмфизема вызывает противоположную проблему с альвеолами. Альвеолярные стенки жертв эмфиземы разрушаются, и мешочки объединяются, образуя более крупные мешочки. Поскольку давление, создаваемое поверхностным натяжением, уменьшается с увеличением радиуса, эти более крупные мешочки создают меньшее давление, что снижает способность жертв эмфиземы выдыхать.Распространенный тест на эмфизему — измерение давления и объема выдыхаемого воздуха.

Установление соединений: расследование на вынос
(1) Попробуйте опустить швейную иглу на воду. Чтобы это действие работало, игла должна быть очень чистой, так как даже масла с ваших пальцев может быть достаточно, чтобы повлиять на свойства поверхности иглы. (2) Поместите щетину кисти в воду. Вытяните щетку и обратите внимание, что на короткое время щетина слипнется.Поверхностное натяжение воды, окружающей щетинки, достаточно, чтобы удерживать щетинки вместе. По мере высыхания щетины эффект поверхностного натяжения исчезает. (3) Поместите петлю нити на поверхность неподвижной воды так, чтобы нить полностью контактировала с водой. Обратите внимание на форму петли. Теперь поместите каплю моющего средства в середину петли. Что происходит с формой петли? Почему? (4) Посыпьте перцем поверхность воды. Добавьте каплю моющего средства. Что случилось? Почему? (5) Поставьте две спички параллельно друг другу и добавьте между ними каплю моющего средства.Что случилось? Примечание. Для каждого нового эксперимента воду необходимо заменять, а миску промывать, чтобы удалить остатки моющего средства.
Адгезия и капиллярное действие
Почему вода разбрызгивается на вощеной машине, а на голой краске — нет? Ответ заключается в том, что силы сцепления между водой и воском намного меньше, чем между водой и краской. Конкуренция между силами адгезии и когезии важна в макроскопическом поведении жидкостей.Важным фактором в изучении роли этих двух сил является угол θ между касательной к поверхности жидкости и поверхностью. (См. Рис. 7.) Угол контакта θ напрямую связан с относительной силой сил сцепления и сцепления. Чем больше сила сцепления по сравнению с силой сцепления, тем больше θ и тем больше жидкость имеет тенденцию образовывать каплю. Чем меньше θ , тем меньше относительная прочность, так что сила сцепления способна сплющить каплю.В таблице 2 перечислены углы смачивания для нескольких комбинаций жидкостей и твердых тел.
Угол контакта
Угол θ между касательной к поверхности жидкости и поверхностью называется краевым углом.
Рис. 7. На фотографии водяные капли на вощеной автомобильной краске и расплющиваются на невощеной. (а) Вода образует шарики на вощеной поверхности, поскольку силы сцепления, ответственные за поверхностное натяжение, больше, чем силы сцепления, которые стремятся сплющить каплю.(b) Водяные шарики на голой краске значительно сглаживаются, потому что силы сцепления между водой и краской велики, преодолевая поверхностное натяжение. Угол контакта θ напрямую связан с относительной силой сил когезии и адгезии. Чем больше θ , тем больше отношение сил сцепления к силам сцепления. (кредит: П. П. Урон)
Одним из важных явлений, связанных с относительной силой когезионных и адгезионных сил, является капиллярное действие — тенденция жидкости подниматься или подавляться в узкой трубке или капиллярной трубке .Это действие заставляет кровь втягиваться в трубку малого диаметра, когда трубка касается капли.
Капиллярное действие
Тенденция жидкости подниматься или подавляться в узкой трубке или капиллярной трубке называется капиллярным действием.
Если капиллярная трубка помещена в жидкость вертикально, как показано на рисунке 8, капиллярное действие поднимет или подавит жидкость внутри трубки в зависимости от комбинации веществ. Фактический эффект зависит от относительной силы когезионных и адгезионных сил и, таким образом, угла смачивания θ , указанного в таблице.Если θ меньше 90º, то жидкость поднимется; если θ больше 90º, оно будет подавлено. Ртуть, например, имеет очень большое поверхностное натяжение и большой угол контакта со стеклом. При помещении в трубку поверхность столбика ртути изгибается вниз, как капля. Изогнутая поверхность жидкости в трубке называется мениском . Поверхностное натяжение всегда имеет тенденцию к уменьшению площади поверхности. Таким образом, поверхностное натяжение сглаживает изогнутую поверхность жидкости в капиллярной трубке.Это приводит к действию направленной вниз силы в ртути и восходящей силы в воде, как показано на рисунке 8.
Рис. 8. (a) Ртуть подавляется в стеклянной трубке, потому что ее угол смачивания превышает 90 °. Поверхностное натяжение оказывает направленное вниз усилие, поскольку оно сглаживает ртуть, подавляя ее в трубке. Пунктирная линия показывает форму поверхности ртути без сглаживающего эффекта поверхностного натяжения. (б) Вода поднимается в стеклянной трубке, потому что ее угол смачивания составляет почти 0º. Таким образом, поверхностное натяжение проявляет восходящую силу, когда оно выравнивает поверхность, чтобы уменьшить ее площадь.
Таблица 2. Краевые углы смачивания некоторых веществ
Интерфейс Угол контакта Θ
Ртутное стекло 140º
Стакан для воды 0º
Вода – парафин 107º
Вода – серебро 90º
Органические жидкости (большая часть) — стекло 0º
Этиловый спирт — стекло 0º
Керосин-стекло 26º
Капиллярное действие может перемещать жидкости по горизонтали на очень большие расстояния, но высота, на которую он может поднимать или подавлять жидкость в трубке, ограничена ее весом.Можно показать, что эта высота х равна
.
[латекс] h = \ frac {2 \ gamma \ cos \ theta} {\ rho {gr}} \\ [/ latex].
Если мы посмотрим на различные факторы в этом выражении, мы сможем увидеть, насколько оно имеет смысл. Высота прямо пропорциональна поверхностному натяжению γ , что является его прямой причиной. Кроме того, высота обратно пропорциональна радиусу трубы — чем меньше радиус r , тем выше можно поднять жидкость, поскольку меньшая труба удерживает меньшую массу.Высота также обратно пропорциональна плотности жидкости ρ , поскольку большая плотность означает большую массу в том же объеме. (См. Рисунок 9.)
Рис. 9. (a) Капиллярное действие зависит от радиуса трубки. Чем меньше размер трубки, тем больше достигается высота. Для труб большого радиуса высота незначительна. (б) Более плотная жидкость в той же трубке поднимается на меньшую высоту, при прочих равных условиях.
Пример 2. Расчет радиуса капиллярной трубки: капиллярное действие: сок дерева
Может ли капиллярное действие быть единственно ответственным за образование сока на деревьях? Чтобы ответить на этот вопрос, вычислите радиус капиллярной трубки, которая поднимет сок на 100 м на вершину гигантского красного дерева, при условии, что плотность сока составляет 1050 кг / м ³, его угол контакта равен нулю, а его поверхностное натяжение равно такой же, как у воды на 20. {3} \ right) \ left (9 \ text {.{-7} \ text {m.} \ End {array} \\ [/ latex]
Обсуждение
Такой результат необоснован. Сок в деревьях движется через ксилему , которая образует трубки с радиусом всего 2,5 × 10 ^-5 м. Это значение примерно в 180 раз превышает радиус, необходимый для подъема сока на 100 м. Это означает, что только капиллярное действие не может нести единоличную ответственность за попадание сока на верхушки деревьев.
Как сок попадает на вершины высоких деревьев? (Напомним, что столб воды может подняться на высоту 10 м только при наличии вакуума вверху — см. Пример 3 из раздела «Изменение давления с глубиной в жидкости».) Вопрос не решен полностью, но похоже, что он натянут вверх, как цепь, удерживаемая силами сцепления. Когда каждая молекула сока входит в лист и испаряется (процесс, называемый транспирацией), вся цепочка поднимается на ступеньку выше. Таким образом, должно присутствовать отрицательное давление, создаваемое испарением воды, чтобы втягивать сок через сосуды ксилемы. В большинстве ситуаций жидкости могут толкать, но могут оказывать лишь незначительное притяжение , потому что силы сцепления кажутся слишком маленькими, чтобы удерживать молекулы вместе.Но в этом случае сила сцепления молекул воды обеспечивает очень сильное притяжение. На рисунке 10 показано одно устройство для изучения отрицательного давления. Некоторые эксперименты продемонстрировали, что может быть достигнуто отрицательное давление, достаточное для того, чтобы подтянуть сок к вершинам самых высоких деревьев .
Рис. 10. (a) Когда поршень поднимается, он слегка растягивает жидкость, подвергая ее напряжению и создавая отрицательное абсолютное давление. P = -F / A . (b) Жидкость в конце концов отделяется, что дает экспериментальный предел отрицательному давлению в этой жидкости.
Сводка раздела
Силы притяжения между молекулами одного типа называются силами сцепления.
Силы притяжения между молекулами разных типов называются силами сцепления.
Силы сцепления между молекулами заставляют поверхность жидкости сжиматься до минимально возможной площади. Этот общий эффект называется поверхностным натяжением.
Капиллярное действие — это тенденция жидкости подниматься или подавляться в узкой трубке или капиллярной трубке, которая возникает из-за относительной силы когезионных и адгезионных сил.
Концептуальные вопросы
1. Плотность нефти меньше плотности воды, однако груженый нефтеналивной танкер находится ниже в воде, чем пустой. Почему?
2. Возникает ли поверхностное натяжение за счет сил сцепления или сцепления, или обоих факторов?
3. Капиллярное действие обусловлено силами когезии или адгезии, или обоими?
4. Птицы, такие как утки, гуси и лебеди, имеют большую плотность, чем вода, но они могут сидеть на ее поверхности. Объясните эту способность, отметив, что вода не смачивает их перья и что они не могут сидеть в мыльной воде.
5. Вода поднимается на жирную загорающую, но не на ее соседку, кожа которой не промаслена. Объясните с точки зрения сил сцепления и сцепления.
6. Можно ли использовать капиллярное действие для перемещения жидкостей в «невесомой» среде, например, в орбитальном космическом зонде?
7. Как капиллярное действие влияет на показания манометра с постоянным диаметром? Поясните свой ответ.
8. Давление между внутренней стенкой грудной клетки и внешней стороной легких обычно остается отрицательным.Объясните, как давление в легких может стать положительным (вызвать выдох) без мышечной активности.
Задачи и упражнения
1. Каково давление внутри альвеолы с радиусом 2,50 × 10 ^-4, если поверхностное натяжение стенки, покрытой жидкостью, такое же, как и для мыльной воды? Вы можете предположить, что давление такое же, как давление, создаваемое сферическим пузырем.
2. (a) Давление внутри альвеолы с радиусом 2,00 × 10 ^-4 -м равно 1.40 × 10 ³ из-за облицованных жидкостью стенок. Если предположить, что альвеола действует как сферический пузырь, каково поверхностное натяжение жидкости? (b) Определите вероятную жидкость. (Вам может потребоваться экстраполировать значения в таблице 1.)
3. Каково манометрическое давление в миллиметрах ртутного столба внутри мыльного пузыря диаметром 0,100 м?
4. Рассчитайте усилие на скользящую проволоку на Рисунке 3 (снова показано ниже), если она имеет длину 3,50 см и жидкость — этиловый спирт.
Рисунок 3.Устройство скользящей проволоки, используемое для измерения поверхностного натяжения; устройство прилагает силу, уменьшающую площадь поверхности пленки. Сила, необходимая для удержания проволоки на месте, составляет F = γL = γ (2 l ), поскольку к проволоке прикреплены две жидкие поверхности. Эта сила остается почти постоянной при растяжении пленки, пока пленка не приблизится к точке разрыва.
5. На рисунке 9 (a) (снова показан ниже) показано влияние радиуса трубки на высоту, на которую капиллярное действие может поднять жидкость.(a) Вычислите высоту h для воды в стеклянной трубке радиусом 0,900 см — довольно большой трубке, подобной той, что изображена слева. б) Каков радиус стеклянной трубки справа, если вода поднимается до 4,00 см?
Рис. 9. (a) Капиллярное действие зависит от радиуса трубки. Чем меньше размер трубки, тем больше достигается высота. Для труб большого радиуса высота незначительна. (б) Более плотная жидкость в той же трубке поднимается на меньшую высоту, при прочих равных условиях.
6. В Примере 2 выше мы заявили, что ксилемная трубка имеет радиус 2,50 × 10 ^-5 м. Убедитесь, что такая трубка поднимает сок менее чем на метр, найдя для нее h , сделав те же предположения, что плотность сока составляет 1050 кг / м ³, ее угол контакта равен нулю, а ее поверхностное натяжение такое же, как у воды при 20,0 ° C.
7. Какая жидкость находится в устройстве, показанном на рисунке 3 (снова показано ниже), если сила составляет 3,16 × 10 ^-3, а длина провода равна 2.50 см? Рассчитайте поверхностное натяжение γ и найдите вероятное совпадение из таблицы 1 (выше).
Рисунок 3. Скользящее устройство для измерения поверхностного натяжения; устройство прилагает силу, уменьшающую площадь поверхности пленки. Сила, необходимая для удержания проволоки на месте, равна F = γL = γ (2l), поскольку к проволоке прикреплены две жидкие поверхности. Эта сила остается почти постоянной при растяжении пленки, пока пленка не приблизится к точке разрыва.
8. Если манометрическое давление внутри резинового баллона с 10.Радиус 0 см равен 1,50 см воды, каково эффективное поверхностное натяжение воздушного шара?
9. Рассчитайте манометрическое давление внутри пузырьков воды, спирта и мыльной воды радиусом 2,00 см. Какая жидкость образует наиболее устойчивые пузырьки, не считая эффекта испарения?
10. Предположим, что вода поднимается капиллярами на высоту 5,00 см в стеклянной трубке. а) На какую высоту он поднимется в парафиновой трубке того же радиуса? б) В серебряной трубке того же радиуса?
11.Рассчитайте краевой угол смачивания θ для оливкового масла, если капиллярное действие поднимает его до высоты 7,07 см в стеклянной трубке с радиусом 0,100 мм. Соответствует ли это значение значению для большинства органических жидкостей?
12. Когда два мыльных пузыря соприкасаются, больший надувается меньшим, пока они не образуют один пузырь. а) Каково манометрическое давление внутри мыльного пузыря радиусом 1,50 см? (б) Внутри мыльного пузыря радиусом 4,00 см? (c) Внутри единственного пузыря они образуются, если при соприкосновении не теряется воздух?
13.Вычислите отношение высоты, на которую вода и ртуть поднимаются капиллярным действием в одной и той же стеклянной трубке.
14. Каково соотношение высот, на которые этиловый спирт и вода поднимаются капиллярным действием в одной и той же стеклянной трубке?
Глоссарий
силы сцепления:
силы притяжения между молекулами разных типов
капиллярное действие:
Тенденция жидкости подниматься или опускаться в узкой трубке
силы сцепления:
силы притяжения между молекулами одного типа
угол контакта:
угол θ между касательной к поверхности жидкости и поверхностью
поверхностное натяжение:
силы сцепления между молекулами, которые заставляют поверхность жидкости сжиматься до минимально возможной площади
Избранные решения проблем и упражнения
1.{2} \ text {.} \ End {array} \\ [/ latex]
Спирт образует наиболее устойчивый пузырь, так как абсолютное давление внутри максимально близко к атмосферному.
11. 5.1º. Это близко к значению θ = 0º для большинства органических жидкостей.
13–2,78. Отношение отрицательное, потому что вода повышается, а ртуть понижается.
Работа адгезии — обзор
6.1 Обычные методы
Работа адгезии является важнейшим параметром материала для применения теорий адгезионного контакта.Однако довольно сложно экспериментально определить значения работы адгезии для контакта с твердыми телами, и поэтому w не является хорошо известной величиной для многих современных материалов (Beach, Tormoen, Drelich, & Han, 2002).
Некоторые концепции гидромеханики часто используются в механике адгезии. В механике жидкости поверхностное натяжение γ определяется как работа, необходимая для создания новой поверхности жидкости с единичной площадью (поскольку жидкости имеют тенденцию минимизировать свою поверхность, эта работа должна быть затрачена на увеличение поверхности).С другой стороны, как следует из определения w (см., Например, Harkins, 1919), работа когезии равна энергии, необходимой для полного разрыва двух идентичных идеальных поверхностей, т. Е. Для создания новой поверхности. ; отсюда w = 2 γ для жидкости. Поскольку поверхностная энергия обычно определяется как работа, которая требуется для создания новой поверхности единичной площади, поверхностное натяжение жидкости равно ее поверхностной энергии. Выражение Дюпре для работы адгезии двух контактирующих жидкостей: w = γ ₁ + γ ₂ — γ ₁₂, где γ ₁, γ ₂ и γ ₁₂ — поверхностное натяжение жидкостей и межфазное натяжение на границе раздела жидкостей, соответственно.
С использованием вышеупомянутых концепций были введены различные методы определения поверхностной энергии твердых тел. Например, для определения поверхностной энергии полимеров было предложено измерить угол смачивания для нескольких жидкостей и использовать уравнение Юнга-Дюпре и выражение Дюпре (см., Например, Owens & Wendt, 1969). Однако эти уравнения были выведены для жидкостей, но известно, происходит ли нарушение адгезионной связи между твердыми телами, как правило, неравновесным образом, и приемы, основанные на переносе этих уравнений на твердые тела, весьма сомнительны (Дерягин и др., 1978).
Другие методы основаны на использовании аппарата поверхностных сил (SFA). Дерягин, Титиевская, Абрикосова и Малкина (1954) опубликовали описание первой ОТВС, состоящей из полусферы и поверхности полированного кварца. Полусфера и поверхность могли быть расположены в непосредственной близости, что можно было измерить с помощью интерферометрии, в то время как сила измерялась сложным механизмом обратной связи. Модифицированный ОТВС был произведен Израэлачвили и Табором (1972). Модифицированный SFA был использован Merrill, Pocius, Thakker и Tirrell (1991) для прямого измерения адгезионных сил на молекулярном уровне между двухосно ориентированными твердыми полимерными пленками.
AFM используется для бесконтактных и контактных испытаний для оценки адгезионных и эластичных свойств материалов (Cappella & Dietler, 1999). Бесконтактные методы извлечения адгезионных свойств полимеров и других материалов обсуждались Маццола, Себастьяни, Бемпорад и Карассити (2012). Другой подход к изучению адгезионных свойств — использование наноиндентора с функцией определения глубины в условиях колебательной нагрузки (Wahl et al., 2006).
В настоящее время работу адгезии обычно определяют прямыми методами.Могут использоваться как методы DSI, так и AFM. Методы различаются в зависимости от устройства и используемой теории. Самый популярный подход к оценке работы адгезии основан на прямом экспериментальном измерении силы сцепления P _adh (сила отрыва) между сферой радиуса R и упругим полупространством, и использование модели JKR. Предполагая, что поверхности испытуемого образца и зонда идеально гладкие, и применяя непосредственно модель JKR, получаем P _adh = P _JKR, и, следовательно,
(3.183) w = −23PadhπR.
Различные подходы, основанные на этой идее, обсуждались Wahl et al. (2006) и Эбенштейн и Валь (2006). Важно понимать, что значения P _adh, полученные путем прямых измерений, обычно плохо воспроизводятся, поскольку на растягивающую (адгезионную) часть диаграммы нагрузка-смещение может сильно влиять шероховатость поверхности и жесткость пружины измерительного устройства. . Следовательно, необходимо иметь расширенное количество экспериментальных измерений, чтобы правильно оценить w , используя уравнение.(3.183) или используя аналогичный метод, основанный на прямом измерении силы сцепления.
Хотя методы наноиндентирования могут использоваться для изучения адгезионных взаимодействий мягких материалов, таких как полимеры, например, методы были использованы Cao, Yang и Soboyejoy (2005) для определения характеристик адгезии мягкого полидиметилсилоксана, более часто методы AFM используются для изучите эти взаимодействия (см., например, Notbohm, Poon, & Ravichandran, 2012).
Notbohm et al. (2012) не использовали формулу.(3.183), а скорее они пытались найти наилучшее соответствие экспериментальным точкам по смещенной кривой JKR. Эксперименты проводились путем прикрепления сферических частиц известного радиуса (например, стеклянных сфер с R = 5 мкм м) к кантилеверу АСМ. Затем алгоритм прямой аппроксимации ошибок методом наименьших квадратов был применен к кривой сила-смещение, полученной для образцов полидиметилсилоксана. Однако ранее Бородич, Галанов, Горб и Простов (2011) утверждали, что применение процедуры прямой аппроксимации методом наименьших квадратов для аппроксимации данных кривой JKR не дает хороших результатов, и они предложили использовать метод BG. .Действительно, Notbohm et al. (2012) отметили, что данные, записанные во время разгрузки кантилевера АСМ из полимерного образца, не соответствовали модели JKR.
Известно, что обычно значение P _c = P _adh меньше теоретического значения P _JKR, поскольку выход из контакта происходит раньше из-за влияния шероховатости поверхности.

Интерфейс	Угол контакта Θ
Ртутное стекло	140º
Стакан для воды	0º
Вода – парафин	107º
Вода – серебро	90º
Органические жидкости (большая часть) — стекло	0º
Этиловый спирт — стекло	0º
Керосин-стекло	26º