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单vs多流体接触角技术第2部分:为什么一个流体就是制造过程控制所需的全部

这是一部分两个两部分系列解释了BTG实验室方法,帮助公司通过新颖检测设备的咨询和实施来帮助公司建立在清洁和粘合过程中的可靠性。这两个文章是基于的吉尔斯·迪林厄姆博士写的这篇技术论文关于测量表面质量的最佳方法。

来简要回顾一下这一深层潜水的第一部分进入制造业中最佳和最有效的过程控制方法背后的科学,让我们走过几个关键要点,以记住粘附的基础:

材料(例如金属,聚合物,木材等),物质(粘合剂,涂料,油墨,涂料等),以及它们在组装时形成的物体,互相粘在一个简单的原因:它们由彼此吸引的分子。此外,在大多数情况下,这种吸引力可以最容易地量化和准确地测量nba直播欧宝

这些测量向制造商提供了关于其表面的化学清洁度或治疗水平的制造商的关键信息,这对于控制任何涉及粘接,涂层,密封,印刷,涂漆,焊接,烧结和一系列其他工艺依赖的过程至关重要在界面粘附时。

这就是第一篇文章讲到的地方,但是为了确保你有最有效的表面质量验证系统,更深入地了解科学是有帮助的。

假设你是一家制造公司,生产用于航空航天应用的电子元件,比如卫星跟踪设备或导航设备。或者你制造的医疗设备中含有玻璃诊断工具的涂层。你甚至可能是一个运动器材制造商,想要确保你的产品上打印商标的新工艺每次都有效。

在阅读本系列之一后,您决定要投资接触角测量系统,以跟踪整个生产过程中的表面质量。你怎么知道哪一个去?无论将如何切,接触角都是接触角,对吧?好吧,是的,没有。一些方法需要使用多种流体,而一些方法只使用一个。

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解析出不同的各种液体与表面接触角测量系统交互使用每个提供的类型的信息,我们需要更深入一点分子吸引力是什么样子在原子级别以及如何改变整个表面处理流程。

为什么物质相互吸引

所有材料和物质之间的景点最终基于电子和质子的负极和正电荷之间的景点,该质子构成所有材料和物质中的分子原子。有两种方法是电子和质子的负面和正电荷影响分子彼此粘合的方式。其中一种方式是基于随机,通过环绕构成分子的原子的核来随机换热的运动。

为了说明这一点,想想在你手中拿着一个分子,看起来像我们将是一个小物体。您会看到一个阴性电荷(电子)云定义外部的形状,其中包含隐藏在该电子云内部的核(含有正质子)。电子云始终是随机的流体运动。虽然它具有明确的平均形状,但由于电子的随机运动,它可以在分子的一部分上浓缩一个瞬间并在下一个瞬间浓缩。

当电子瞬间集中在分子的一部分或另一部分时,电子的丰度将使部分分子是主要负电荷,留下剩余的分子,略微(和补偿)正电荷。该电荷分布称为临时偶极子,它们存在于所有原子和分子中。

因为阳性和负电荷彼此吸引,所以原子和分子的临时偶极子彼此吸引。吸引力薄弱,但所有分子之间存在。临时偶极子之间的吸引力是原因,例如,植物油不会蒸发,而是作为开放容器中的液体存在。这些力被称为分散力,因为它们是由于分子周围的电子云的短途分散而导致。

临时偶极子之间的这些分散景点虽然在所有物质之间存在,但非常弱。如果分子具有合适的结构,则可能存在永久性偶极子,并且这些可以产生多大的分子之间有吸引力。例如,服用单一的维生素C:C6H8O6,其具有六个碳原子,八个氢原子和六个氧原子。氧原子具有比碳或氢的更高数量的质子(带正电荷)。因此,具有氧原子的分子的部分将倾向于吸引更多的电子云(带负电),而不是碳和氢原子所在的分子的部分,导致总是充电的分子部分比其他部分更负:这种分子具有永久性偶极子。

极力量永久偶极子之间的吸引力很容易比临时偶极子之间较弱的吸引力强10倍。这就是为什么像乙醇(带有永久偶极子)这样的物质在室温下是液体,而具有类似质量但只有临时偶极子的物质(如丙烷)是气体。

永久性偶极子之间的强大景点对于粘附非常重要。诸如聚乙烯和聚丙烯等聚合物没有永久性偶极子,并且只能通过弱临时偶极子吸收物质:油墨和粘合剂不会很好地对它们保持良好,除非我们用火焰,电晕或等离子体治疗表面,以引入具有永久性偶极子的结构。其他聚合物,例如聚酯,聚碳酸酯或丙烯酸酯,具有这些永久性偶极子作为其结构的一部分。对于这些聚合物的粘附性可以多次达到多次,而没有超越仔细清洁。

总表面能量及其组件:分散和极性

在关于控制粘接,涂层或其他粘合过程的对话中,您可能已经听到了总表面能量术语。总表面能是指可用于在材料和物质表面之间采用的吸引力的总体。了解您的材料的总表面能量可能有助于在您的表面上播放的完整力量。然而,测量用于控制表面处理和清洁过程的总表面能可能是低效的,甚至是误导性的。研究表面能的组成对附着力和表面制备过程中发生的变化的特征很重要。

我们上面提到的是,有含有永久性偶极子的聚合物,这就是为什么它们可以经常与粘合剂,涂料和油墨相容,没有额外的治疗。对于其他聚合物,如聚丙烯或聚乙烯,氧气或氮气可以通过等离子体,电晕或火焰处理接枝到聚合物表面上,提供极大地提高粘合性,因为通过添加将拉动电子的元件增加了极性吸引力力到分子的一个区域。

因此,当我们谈论测量表面能量作为制造过程中的过程控制的方法时,几个事情开始变得明显,差异是表面能中的差异构成力。作为这些差异的示例,下图显示了通过等离子体处理增加了随着总表面能的总表面能而变化的极性和分散成分。在这种情况下很明显,极极成分受等离子体处理受到最大的影响;分散组分受到影响很少(如果有的话)。这通常是这种情况。

血浆处理 - 聚乙烯图

下一个图表说明了在不将其分解成其组成力的情况下看看总表面能量的危险。在这种情况下处理以血浆以获得这些结果的血浆的聚酯的总表面能仍然是相对恒定的。极性成分的增加在很大程度上被分散组分的减少释放。这些表面仍然显示出良好的粘附性改善,因为与涂层或粘合剂的极性相互作用覆盖了分散相互作用。在这种情况下,如果您测量了与表面能的极性成分相反的总表面能,您可能假设即使产生强大的可持续债券所需的力量增加,这些材料也没有得到适当的清洁或治疗。这一事实将被完全表面能的相对缺乏变化隐藏,这可能导致可能损坏正在处理的部件的不必要的,额外的步骤甚至过度处理。

等离子体处理宠物图

通过接触角测量测量表面处理

为了确定两种不同力对物质的总表面能中的每一个的贡献,我们必须用至少两种不同的液体接触角度测量,所述液体具有已知的(和不同)极性和分散部件的液体张力(参见这本文的第1部分了解液体表面张力及其与表面能之间的关系)。

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上面的附表显示了通常用于测量表面能的液体,以及它们表面张力的色散和极性成分。测量总表面能最常用的两种液体是水(一种高度极性的液体)和二碘甲烷(表中碘化亚甲基,一种极性很小的高度分散的液体)。

使用两种液体是使用接触角技术测量总表面能的大多数商业方法的基础。然而,通过这种方式测量的表面能的准确性受到了我们对液体表面张力的极性和弥散成分的不确定性,以及我们测量接触角的准确性的限制。如果使用两种以上的流体,由接触角测量计算的表面能的精度大大提高。值得注意的是,尽管许多商业软件使用测量两种液体的接触角来计算表面能,但真实的总表面能与这些液体测量的表面能之间的误差可能相当大。从本质上说,这一事实意味着那些想要帮助制造商使用接触角来测量总表面能量的公司实际上应该使用更多几种液体的接触角测量,以获得更真实的测量结果。

这里记得的最重要的是,即使你使用了一半的液体并获得了总表面能量的非常准确的测量,这种数据也可能不是在建立更好,更可靠的产品方面。

接触角 - 等离子体 - 停留时间 - 水 - 亚甲基 - 碘化物 - 图1如果你试图测量表面能量的方面,它能给你提供最可靠的信息,关于表面的反应和准备如何粘接,在处理过程中变化最大的方面,你需要了解这个原则:液体的极性部分只与表面的极性部分相互作用,而液体的弥散部分只与表面的弥散部分相互作用。极性液体(如上表所示的水)的接触角对表面能的极性分量有强烈的响应。也就是说,当极地力上升时,水的接触角就会下降,因为水被高度吸引到表面,并被湿润。类似地,如果极地力减小,水就会更吸引自己,产生一个高的接触角。

相反,表面张力大多数分散的液体(例如,二甲基碘化物)具有与表面能量变化的极性成分变化不变化的接触角。伴随图显示了等离子体暴露时间对水和亚甲基碘化物对聚丙烯的接触角的影响。亚甲基碘化物的接触角随等离子体处理而变化少量。这是过程控制的差的度量,因为随着吸引力最强的力量被大大修改,因此接触角数几乎没有变化。此外,亚甲基碘化物的毒性使其成为在制造环境中部署的差。

另一方面,该图表明,水的接触角对治疗水平非常敏感:治疗主要改变表面的极性特征,水是极极液体。水接触角,污染水平和表面处理水平之间存在一对一的对应性,使其在许多方面使其成为控制表面处理的理想度量。当您可以在处理期间看到什么改变时,您可以优化该过程以完全可以获得所需的结果。

在两个文章的总结中:所有物质通过至少两个基本机制吸引所有其他物质:所有原子和分子之间存在的弱分散力,无论结构,以及依赖于分子组合物和结构的细节的强极力。在大多数情况下,分子间相互作用的分散组分促成粘附很小,并且治疗几乎没有变化。因为某些材料实际上显示了表面能的分散成分的降低,并且使用总表面能量作为指标控制表面处理可能是误导性的。

分子间吸引的极性成分负责粘附增强表面处理,例如电晕,火焰和血浆处理,并且可以用很多细微差别来控制。简单的禁止水接触角测量经常填充敏感过程控制度量的所有要求,因为它可以提供有关吸引力的极性力量的有价值的信息。

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