Основы адгезионной науки

Почему 3 молекулярных слоя имеют значение

Декабрь 2023 года

Адгезия имеет ключевое значение в области микро- и макроскопии, и всё же она часто опускается из виду. Адгезия служит как невидимый клей, объединяющий объекты, как массивные, так и миниатюрные. Адгезия позволяет создавать монументальные структуры такие, как мосты, здания и самолёты. Она позволяет склеивать две деревянные части вместе для изготовления мебели, приклеивать материалы к одежде, и даже создавать адгезивные повязки, заживляющие раны.

Однако, несмотря на свою огромную силу, адгезия также является деликатной и хрупкой. Она полагается на точную балансировку сил и сложные процессы для эффективного функционирования. Даже лёгкое воздействие может нарушить соединение и привести к браку. В публикуемом материале рассматривается адгезионная наука подготовки поверхности и как контролировать состояние поверхности для успешного и сильного соединения.

Что такое адгезионная наука?zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz

В производстве адгезионное соединение имеет множество форм, но в адгезионной науке принципы всегда те же. Адгезионная наука — многодисциплинарная область, изучающая формирование границ, их описание и поведение, где два разнородных материала соприкасаются вместе. Она сфокусирована на понимании фундаментальных сил адгезии и межмолекулярного механизма, руководящего тем, как эти границы скрепляются и изменяются во времени.

Независимо от задачи, будь то: сварка металлических клеевых соединений, соединение прокладок промышленными герметиками, нанесение покрытий на медицинские приборы, печать на полимерных поверхностях или покраска автомобилей, прочная адгезия зависит от понимания и контроля трех ключевых элементов.

Три вещи, необходимые для контроля, чтобы адгезия была успешнойzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz

• Состав адгезива, покрытия, чернил или краски.
• Область применения адгезива, покрытия, чернил или краски.
• Качество соединяемой поверхности.

В то время как первые два создают свои собственные уникальные проблемы, поставщики клеёв и дозирующего оборудования разработали чётко определенные стратегии управления ими. Однако, поверхность соединения, третий элемент, оказывается значительно более сложным. Подверженный влиянию многих переменных и изменяемый, он представляет собой наиболее серьезную проблему для достижения оптимальной адгезии.

Сложные изменения и присущая материалу деликатность поверхностей делают их наиболее сложным аспектом адгезии для контроля и понимания. Несмотря на эту сложность, использование контроля над этими процессами и раскрытие их фундаментальных принципов обладает огромным потенциалом для повышения предсказуемости и надёжности адгезии.

Что такое поверхность?zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz

Это кажется достаточно простым вопросом, но при ближайшем рассмотрении оказывается, что на поверхности скрывается нечто большее, чем кажется на первый взгляд. Поскольку она относится к адгезии, то поверхность представляет собой бесконечно тонкий слой молекул поверх подложки. Эти молекулы — то, с чем взаимодействует каждая операция, каждое оборудование, каждый человек, работающий с материалом, а также — клеи, покрытия, краски и чернила. Очень тонкий слой воздуха в производстве, сам по себе, может иметь драматическое воздействие на молекулярный уровень поверхности материала и влиять на адгезионные свойства.

Молекулярный слой можно сравнить с тем, как складываются блоки LEGO. Все материалы состоят из структур, состоящих из сложенных молекул (отдельных блоков LEGO), и когда что-то вступает в контакт с материалом, оно взаимодействует только с верхними блоками. Подобно конструкторам LEGO с маленькими выступами, молекулам нужны определенные характеристики, чтобы правильно соединяться с молекулами вещества, с которым они пытаются соединиться. Блок LEGO не может должным образом соединиться с несоответствующим блоком, и точно так же, определенные молекулы не могут соединяться с другими молекулами, что делает невозможной хорошую адгезию. Операции подготовки поверхности в процессе адгезии используются для приведения характеристик нескольких верхних слоёв молекул в соответствие с идеальными критериями для склеивания клеем, покрытия, нанесения краски или чернил.

Характеристики поверхностных молекул включают их химический состав (т.е. являются ли они молекулами углерода, кислорода или силикона и т. д.) и их состав (т.е. сколько каждой из молекул находится на поверхности и сконцентрировано ли они в определенных областях).

Насколько известно, что находится на поверхности материала?zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz

Характеристики молекулярных слоёв базируются на химизме и составе, позволяя производственникам правильно понимать аспекты, делая науку адгезии работающей. Поэтому, жизненно важно иметь эту информацию или, по крайней мере, руководствоваться от тех, кто имеет. Необходимо специальное оборудование такое, как рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) и инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR), для получения картины действительного состояния поверхности. Такое оборудование доступно только в специальных материаловедческих лабораториях, но возможно соотносить с другими технологиями для сортировки данных анализа XPS и FTIR.

Использование оборудования, чувствительного к нескольким верхним молекулярным слоям необходимо для оценки качества поверхности, базируясь на точных химических атрибутах. Доступно дополнительное лабораторное оборудование такое, как настольный гониометр, используемый многими компаниями при отсутствии XPS и FTIR. Гониометры измеряют контактный угол воды для понимания смачиваемости материала или поверхностной энергии.

Энергия поверхности свидетельствует о реакционной способности её, на сколько она готова к скреплению. Состав поверхности, включая чистоту и поверхностную обработку, определяют по контактному углу и энергии поверхности. Измеряя поведение капли воды на твёрдой поверхности, можно установить корреляцию между этим замером и энергией твёрдой поверхности. Эта корреляция позволяет эффективно контролировать процессы подготовки, обработки и очистки для адгезионного соединения и нанесения покрытия. Измерение контактного угла чувствительно к микроскопическим слоям, анализируемых сложным аналитическим, лабораторным оборудованием.

Большинство производителей требуют решения, которое можно прямо использовать для измерения качества поверхности с высокой точностью на производственной линии, а не в лаборатории. До сих пор было несколько вариантов для этого, но серьёзных успехов достигли ручные и автоматизированные устройства, представляя качество поверхности, используя измерение не разрушаемого контактного угла.

Поскольку поверхность изменяется в процессе склеивания, эти инструменты отслеживают изменения, чтобы производители могли немедленно и надлежащим образом реагировать на изменения химического состава поверхности, которые могут повлиять на сцепление.

К кому обратиться за опытом науки о поверхности?zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz

Сейчас ясно, что нужно полностью контролировать три элемента для понимания процесса создания адгезии, с предсказуемостью и постоянством результатов. Два из них хорошо понимаемы и контролируемы поставщиками адгезивов, покрытий, чернил, красок и производителями оборудования осаждения — распылением, погружением и подобным. Единственным элементом, на который у большинства производственников обычно не хватает опыта, чтобы опереться, является качество поверхности материала. Качество поверхности сложно измерить и понять, не зная, что на самом деле готовит поверхность к хорошей адгезии. Атрибуты, указывающие на готовность поверхности, могут отличаться от приложения к приложению, от продукта к продукту и от производственной линии к производственной линии.

Поскольку один из наиболее важных элементов адгезии невидим глазу, необходима помощь, чтобы обнаружить едва заметные, но оказывающие огромное влияние изменения. Например, нельзя точно знать без инструментария выравнивания ровно ли закреплена полка, аналогично нельзя сказать о готовности к адгезии без помощи.

Когда говорится о вещах, которые влияют на химические характеристики поверхности, то просматривается, как много переменных факторов вступают в игру и почему-то, что кажется простой проблемой (например, клей, краска, чернила или покрытие не прилипли должным образом), на самом деле связано со сложным переплетением из неконтролируемых факторов. Поэтому, опыт в химии и производстве имеет большое значение. Решение проблемы возможно, если знать, где искать.

Компания БалтМедиа Партнёр поможет составить соответствующие спецификации качества поверхности, выбрать подходящее оборудование или технику для очистки и оптимизировать соблюдение требований к качеству продукции в вашей цепочке поставок.

***********************

Компания «БалтМедиа Партнёр» в коммерческом партнёрстве с коллегами помогает внедрению и освоению эффективной техники на российском рынке производителей электроники.

По вопросам, связанным с производством электронной продукции, просьба использовать контакт:

Санкт-Петербург, Таллиннское шоссе, д.206

Тел. +7 (921) 895−1422, 8 (812) 994−9502

https://bmptek.ru

Электронная почта: office@bmptek.ru

https://facebook.ru/valerydic2021/

Управляющий проекта — Алексей Леонов