Формирование межфазного контакта. Уравнение Дюпре и Юнга

Формирование межфазного контакта. Этот процесс в значит. мере определяется площадью контактов-фактического S_n и максимального (молекулярного) S_m. Формирование контакта ускоряется повышением р и и снижением :

Достижению S_m препятствует развитость микрорельефа повети субстрата, а также сопротивление граничащих с последней слоев адгезива, особенно существенное в случае р-ров или расплавов полимеров из-за неньютоновского характера их реологич. поведения. Скоростьустановления межфазного контакта определяется величиной образуемого каплей адгезива на субстрате краевого угла :

Связь между и поверхностными энергиями адгезива и субстрата в начальном приближении устанавливается ур-нием Юнга посредством т. наз. термодинамич. работы А. (своб. энергии равновесного разделения фаз на бесконечно большое расстояние в изобарно-изотермич. условиях):

Эффективность растекания адгезива по пов-сти субстрата помимо межфазных св-в определяется также его когезионными характеристиками (в рамках термодинамич. подхода-прежде всего значением т. наз. работы когезии W_K = ). При W_A — W_K > 0 наблюдается полное смачивание субстрата адгезивом, в иных случаях S_n < S_m. %

Продолжительность достижения S_m в реальных соед. субстратов, полученных с помощью полимерных адгезивов, достигает 10²-10³ ч. Ее можно уменьшить, в соответствии с выражениями (1)-(3), интенсификацией затекания адгезива в микровпадины на пов-сти субстрата и вытеснения воздуха из впадин с деформацией микровыступов, а также повышением подвижности молекул адгезива. На практике кинетич. зависимости изменения площади контакта при адгезионном взаимод. имеют вид кривых с насыщением, плато на к-рых соответствует равновесному значению S_m. При его достижении образуется соед., разрушаемое под действием мех. нагрузки или агрессивной среды по наиб. слабому элементу (обычно адгезиву) независимо от природы межфазного взаимодействия. На обеспечение этой цели направлены многочисл. технол. приемы нанесения лакокрасочных покрытий, склеивания и т.д.

Уравнение Дюпре — Юнга — уравнение, характеризующее связь между работой адгезии и краевым углом смачивания.

Вид уравнения

Уравнение выглядит следующим образом:

где σ₁₂ — поверхностное натяжение на границе раздела двух фаз (жидкость-газ), cosθ — краевой угол смачивания, Wa — обратимая работа адгезии.

Физический смысл

Наглядный пример смачивания жидкостью твёрдой поверхности. А — краевой угол много больше 90° и как следствие плохое смачивание (капля имеет почти шарообразную форму и слабое взаимодействие с твёрдой поверхностью), В и С — краевой угол меньше θ<90°, капли жидкости приобретают менискообразную форму (лучшее взаимодействие с твёрдой поверхностью), S —краевой угол θ=0°(по сути его нет) — полное смачивание, происходит растекание жидкости по твёрдой поверхности.

Уравнение Дюпре — Юнга позволяет вычислять работу адгезии жидкости к твёрдому телу, поскольку входящие в неё величины (θ и σ_ЖГ) могут быть достаточно легко определены, в отличие от величин σ_ТЖ и σ_ТГ.