上海医疗器械博览会Medtec经验分享|与胶粘剂粘接有关的力学
2024-06-11
之前上海医疗器械博览会Medtec曾聊过胶粘剂的一些基础知识以及粘接理论,今天想再分享下与粘接相关的一些力,比如说化学键力、分子间力等,从而帮助我们能从微观角度深刻理解胶粘剂粘接的原理。
01. 化学键力
什么是化学键:
纯净物分子内或晶体内相邻两个或多个原子(或离子)间强烈的相互作用力的统称。使离子相结合或原子相结合的作用力通称为化学键。
02. 分子间力
也就是次价键力,包括:取向力、诱导力、色散力,统称为范德华力,还有氢键。
取向力:极性分子永久偶极之间产生的静电引力,又叫定向力。其大小与分子的偶极矩(分子由正负电荷中心间距离与所带电荷的乘积)的平方成正比,与热力学温度成反比,与分子间距离的三次方成反比。其本质就是静电引力。这种力有时表现很突出,直接影响粘接强度。
分子的极性取决于分子中键的极性以及分子的几何形状,而偶极矩(dipole moment)是表示分子中电荷分布状况的物理量。当非极性分子相互接近时,由于分子中电子的不断运动和原子核的不断振动,常发生电子云和原子核之间的瞬间相对位移,产生瞬间偶极(instantaneous dipole),这种瞬间偶极之间总是处于异极相吸的状态,产生的作用力称为色散力(dispersion force)。
固有偶极是极性分子中由于组成元素不同,其吸引电子的能力各有差异,从而产生电子偏移的现象,这种偶极持续存在。诱导偶极是指非极性分子在电场中或与其他极性分子在较近距离的情况下,电子带负电,核带正电,它们会发生偏移。瞬时偶极是分子中原子核和电子的运动产生的,偶尔离开平衡位置而产生极性,但这个过程持续时间很短。
诱导力:分子间偶极和诱导偶极之间的静电引力。
色散力:分子色散作用产生的力。色散作用存在于包括离子-离子、离子-分子、分子-分子等一切分子或离子之间,与电荷、极性等无关。色散力与分子间距的6次方成反比,而且具有加合性。因此,其占有很重要的地位,非极性分子中色散力占全部分子间作用力的80%~100%。
当氢H原子与电负荷性大的原子X形成化合物HX时,由于电子对偏向X原子一侧,使得H原子带正电荷,X原子带负电荷,HX分子中氢原子吸引另一个HX分子中的X原子,从而形成氢键。
氢键的强弱与X原子的电负性有关,电负性越大,氢键越强。X原子半径越小,靠近H原子的概率越大,氢键越强。发生在分子内的叫分子内氢键,发生在分子间的叫分子间氢键。
氢键比主价键的键能小得多,但大于范德华力。
氢键键能约为:50.24*10^3 J/mol。
色散力约为:41.88*10^3 J/mol;取向力约为:20.934*10^3 J/mol;诱导力约为:2.0934*10^3 J/mol。
03. 界面静电引力
04. 机械作用力
写在最后
最后上海医疗器械博览会Medtec再来说下理论粘接力与实际粘接力:
理论粘接力:不受外界影响,各种作用力的理论值。然而实际的粘接力永远低于理论的粘接力。