ep专题之粉末涂料三表面张力3切削机
ep专题之粉末涂料(三)表面张力3
(三)表面张力理论的简述
1、表面张力和表面能
通常情况下,一般要使一个体系形成新的表面是需要做功的,或者是说要给体系一定的能量。据中国环氧树脂行业协会专家介绍,如最常见的把肥皂泡吹大,它是需要我们给它一个能量,这就说明表面比本体有更多的能量。表面能是指:在平衡状态下,单位表面积能量的增加值okmart.com。对于表面张力,是指对于流动性的液体,可以认为总是处于平衡状态,换一种方式表达,也可以用作用在单位长度上的力来表示,这个力我们称之为表面张力。
表面能的SI单位mJ/m2,表面张力的SI单位是mN/m,它们是同量纲、同数值,常用希腊字母у表示。据中国环氧树脂行业协会专家介绍,对于一个体系若是组成一定,它的表面张力在一定温度和压力下是恒定的,若增加表面积△A,体系能量的增加△G有如下的公式:△G=y△A(a)。
由此可知,任何体系都是趋向处于能量最底的状态。式(a)表明,液体只有总是趋向于表面积△A最小,才能使体系的能量降低。通常我们所看到的水滴呈球状,就是因为在各种形态中,球形表面积是最小的,故而下雨时,雨滴总是呈现球状(此处忽略了重力)。
同理对于(a)式,如果表面积△A不变,使体系能量降低的方法是使表面张力y降低,这样,通常一般物体为降低自身体系能量,总会去吸附一些表面张力比自己低的物质。例如:通常一般衣物总是沾上油之类的低表面张力的物质。在粉末涂料熔融流平时,多组分共存的情况下,表面张力低的物质总是趋向于富集在涂膜表面,以降低整个体系的表面张力。如有些非化学消光的蜡粉就是利用此原理来达到消光目的的。
2、表面张力应用在界面上
一般所说的表面是指液体或固体与空气的界面,表面张力与表面能的理论适用与一切界面,在任何界面上都存在界面能或者称为界面张力。据中国环氧树脂行业协会专家介绍,在液体滴在固体表面时,常形成一液滴停留在固体上(如图2),在此三相体系中,自固(s)/液(l)界面经液体内部到液(l)/气(g)界面的夹角,我们称之为接触角,用θ比表示。现在,我们对接触角顶点作力的分析,接触角与固/气的界面张力(ygs)、固/液的界面张力(ysl)、液/气的界面张力(ylg)之间存在如下的方程关系:
图2:界面上的表面张力分析
对与(b)式我们称之为润湿方程。从(b)式可知,欲使液滴铺层流平即80℃,那么ysg越大越好,ysl越小越好。据中国环氧树脂行业协会专家介绍,通常粉末涂料颗粒熔融时的表面能与一般液体相近,所以可以用此式分析粉末涂料成膜过程。
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