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如何测量表面张力

液体表面上的分子相互之间的吸引力称为引力表面张力那种液体。

似乎是一个小东西(和质量而言,它并没有真正得到远小于前几个分子层表面组成的液体或固体),但对彼此有吸引力的力量,把这些分子,是彻底强大的对生产过程的影响。这些力量是把现代制造业粘合在一起的无形粘合剂,如果你不介意我说的有点字面上的双关语的话。

有许多需要管理和控制制造过程以输出可靠,高性能的产品。许多这些东西都是高度控制的,并且具有研究,测量和预期的历史悠久。然而,还有其他人完全错过了,因为没有意识到他们的重要性,而不是有可用于衡量它们的工具。

化学定律决定了像粘合剂、墨水或涂层这样的液体如何牢固可靠地附着在固体上。测量表面张力是预测粘附强度和可靠性的方程式的一部分。仅仅知道科学原理是制造过程的一部分是不够的。如果你没有对无形的力量(如表面张力或表面能)进行定量评估,那么你的工艺就很容易产生不合格的产品。

他们所说的是:你无法管理你不衡量的东西。

债券或涂层的性能,如油漆了一架商用客机,胶水拿着玻璃触摸屏手机,或聚合物涂层的电绳保护拯救生命的呼吸机故障,依赖化学性质的前几层液体和固体表面的分子。

测量这些分子之间的吸引力提供了一长串数据中不止一个数据点,这是对你的产品未来的先见之光。从这些分子行为的测量中得出的预测分析是针对保修索赔、退货、召回和不满意客户的保险单。

为什么表面紧张重要?

表面张力很重要,因为我们的世界被吸引分子彼此的力量相连。这些力控制物质与其他物质相互作用的方式,物质之间最基本的相互作用是通过它们的表面。表面张力会影响它们在这种相互作用中的行为方式。通过测量表面张力或表面能,可以理解和控制这些表面的分子之间的吸引力。因为,如果我们要理解和控制制造过程,我们需要控制曲面如何相互作用。

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表面张力是可测量的值,告诉我们液体表面中分子之间的吸引力有多强。确定物质表面张力有多高的化学特性对该物质的其他特征有何影响。例如,高表面张力物质倾向于具有高沸点:它们必须加热很多,以克服分子间景点以打破它们并形成蒸汽或蒸汽。

通过了解物质的表面张力,您可以获得更深入的理解,以及控制,如何在粘合过程中表现。

表面张力和温度

有许多因素影响物质的表面张力。事实上,影响分子之间吸引力的任何东西会影响表面张力。

温度是众多变量之一,可能导致表面张力变化,但与其他变量相比,它具有相对微小的效果。物质的分子结构或组成具有比温度更大的关注。表面张力为99%+取决于物质表面的顶部1-5分子层中存在的分子的化学成分。相对言,温度对表面张力的影响可忽略不计。

温度对液体粘度的影响要比表面张力的影响大得多。粘度是衡量液体分子流动阻力的指标,或者更准确地说,是衡量液体分子相互流动的难度的指标。粘度不是衡量分子间或分子间吸引力的指标。

影响表面张力的因素

因此,让我们更详细地讨论表面的分子组成,因为它们对表面张力具有如此外伸缩的影响。

液体可以是单个组分物质(即,它是类似分子的均质基团),或者它可以是多组分物质(即由各种物质的混合物组成,因此分子并不相同)。因此,如果您试图确定单个组分液体的表面张力,它只取决于该液体的分子结构,因为它由所有相同的东西组成。如果您正在处理多组分液体,表面张力取决于构成液体的各个组分的结构和量。

在制造方法中,通常使用墨水,涂料或熔融聚合物共混物等多组分物质。

值得注意的是,表面张力不一定是每个组件的表面紧张的总和。例如,如果您在液体中有75%的组件A和25%的B,则您不仅仅是使用两种物质的表面张力的加权平均值来获得整个液体的表面张力。它少于组件数量,更多的化学特性问题。不同的分子具有不同的化学属性,这些属性会影响它们彼此彼此的吸引力和其他物质的分子。

表面张力实际上是由分子在液体表面排列的方式决定的。它是他们的化学性质,影响他们如何安排自己。如果组分之间相互作用强烈,分子之间就会相互影响,从而改变表面分子的相对数量和方向。其结果是难以预测的整体表面张力的变化。

动态表面张力测量

表面张力是静态性质,然而,通过改变液体表面的分子的化学性质,可以改变和操纵。例如,您可以将一些表面活性剂添加到油墨中以改变表面张力并使其在固体纸的表面上传播。

动态表面张力指的是测量和理解你对液体整体成分的改变是如何影响液体的表面张力的。例如,加入少量(比如。0.1%)的表面活性剂到水,水的表面组成将只有0.1%的变化,我们将不太可能测量表面张力的变化。然而,一两秒钟后,当表面活性剂分子有机会扩散到表面时,表面活性剂的浓度可能接近100%,我们将测量到表面张力的巨大下降。如果我们搅动水,就可以破坏表面活性剂分子的浓度,使表面张力回到初始值。在这种情况下,使用表面张力测量来控制制造需要了解其对混合的响应:测量必须是动态进行的,这意味着同时要注意时间和混合的依赖性。这在生产包括表面活性剂和润湿剂等表面活性剂的产品时非常重要。

表面张力计

为了测量液体寿命的各个点的表面张力,表面张力计用于直接测量液体的表面张力。重要的是要注意,液体的表面张力可以直接测量,但不能直接测量表面张力或固体(或其表面能)。在这两种情况下,测量表面张力或表面能是关于理解和控制液体和固体的表面,因此它们将在彼此相互作用时形成强粘合。

表面张力很容易通过常用的测量最大泡沫压力法,威廉的平衡,或杜·诺伊响的张力计。

可以动态地控制表面张力

表面张力是制造中的临界变量,可用的传感器使得能够做好测量和管理其产品的表面张力方面相对简单。

它们具有这种控制水平的原因之一是因为易于测量动态表面张力。它们可以实时收集数据而无需很多困难,并且通过适当调整的配方或温度进行响应表面张力变化。这意味着由于不受控制的表面张力而在过程中没有任何惊喜。粘合剂,涂料和涂层通常通过自动和紧密控制其表面张力制造。

然而,叶片打开界面键式方程的另一部分。虽然粘合剂或涂层的表面张力良好控制,但您如何在您需要坚持的固体表面能相似控制?

就像我们之前所说的那样,有测量我们可以使这不是直接测量表面能量,而是与表面能直接相关。我们可以利用我们对表面张力的理解快速且精确地测量液体对固体表面的反应,从该测量来看,我们可以对该固体的表面能水平进行预测推断。

这听起来很复杂,但其实很简单。一旦我们能轻易地进行测量,我们就能轻易地控制固体的表面能,预测制造过程中界面键的强度和可靠性。

液体表面张力与固体的表面张力之间的关系是什么?

当液体与固体接触时,它将珠子向上或展开。我们一直在现实世界中看到这一点,雨水串珠在蜡网或盘子水中滑出宽阔的床单。这种相互作用由确定液体表面张力的因素之间的相互作用和确定固体表面能的因素之间的相互作用。

如果我们知道液体的表面张力,那么我们可以使用该信息来确定固体的表面能。By measuring the behavior of a drop of liquid on a solid surface, we can use the correlation of that measurement with the surface energy of the solid to give us a level of control over processes that prepare, treat and clean surfaces for bonding that hasn’t been achieved in a production setting before.

为了可靠,可预测的附着力必须控制的三件事

  1. 粘合剂,油墨,涂料或涂层的组成和化学特性
  2. 固体表面被粘接的质量
  3. 粘合剂,油墨,涂料或涂层的应用和固化过程。

第二和第三因素在制造业中得到了很好的理解和控制。第二个因素,表面质量,在大多数生产操作中是很糟糕的控制,经常是因为它被低估和用于方便测量的工具表面特性相对较新。因此,依赖于粘附的过程中的变异性和不可预测性一个材料到另一个材料是不受控制的。

当它归结为此时,制造商可以依赖于其粘合剂和涂层的配方,以便适当地测量和控制表面张力。他们不做的是,他们的物质表面的质量(即清洁度或治疗水平)留给机会。粘合物质在一起的化学景点发生在眼睛看不见的水平上。因此,只要由于表面经历了一系列的工艺步骤并且出现了干净并不意味着它已准备好建立强,可靠的粘合。必须测量这些性质以确保一致性。

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通过工艺验证制造的可预测附着力

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