Классификация адгезии

Адгезию классифицируют по различ­ным признакам, которыми могут быть: свойства среды; силы, опре­деляющие адгезию; число прилипших частиц; изменение адгезии в процессе отрыва; направление отрывающей силы.

Силы адгезии в значительной степени определяются свойствами окружающей среды.Так, отрыв 90% стеклянных частиц диамет­ром 40-60 мкм от стальных поверхностей в воздушной среде про­исходит при силе 2·10^-1 дин, а в воде – 8·10^-4 дин. Следовательно, в жидкой среде адгезия частиц значительно меньше, чем в воздушной. В связи с этим представ­ляется практически целесообраз­ным и теоретически обоснован­ным различать адгезию в душной (газовой) и жидкой средах.

При наличии влаги (или па­ров другой жидкости) в воздуш­ной среде может происходить конденсация паров между соприкасающимися телами (частица – плоскость). Если высота слоя воды (или другой жидкости) в за­зоре между контактирующими телами превышает высоту мениска, образующегося при смачивании этих соприкасающихся тел, то ад­гезию рассматривают как жидкостную.

Адгезия обусловлена различными по своей природе силами.Отдельные составляющие сил адгезии могут в определенных усло­виях превалировать над другими. Так, при влажности воздуха свыше 70% увеличение адгезии микроскопических частиц обуслов­лено капиллярными силами. Если частицы сильно заряжены, вели­чина кулоновских сил превышает другие составляющие сил адге­зии. Для того чтобы научиться управлять явлением адгезии, необ­ходимо детально изучить каждую из составляющих сил адгезии, раскрыть ее природу, условия и особенности проявления, а также установить факторы, вызывающие изменение силы, обусловливаю­щей адгезию.

Адгезию можно классифицировать и по числу взаимодействую­щих частиц. Если частиц немного, то они чаще всего не контакти­руют между собой и образуют на поверхности так называемый монослой (рис. 3а). Если

Рис. 3. Возможные случаи отрыва частиц.

монослоя (а) и слоя (б) нор­мальной силой и отдельной части­цы (в) тангенциальной силой.

частиц много, то образуется слой,состоящий из одного или нескольких рядов частиц, вступаю­щих в контакт, т. е. связанных аутогезионным взаимодействием (рис. 3б).

При адгезии монослоя (рис. 3а ) отрывающая сила действует на каждую частицу и, если F_отр>F_ад(F_ад – сила адгезии), будет происходить отрыв прилипших частиц от поверхности. При адге­зии слоев (рис. 3б) сила действует на все частицы, образующие слой или слои, Прочность этого слоя зависит не только от адгезии его к поверхности, но и от аутогезии самих частиц. При условии F_ад < F_отр < F_аут (F_аут – сила аутогезии) будет наблюдаться адгезионный, а при F_ад > F_отр > - F_аут – аутогезионный отрыв.

Классификацию адгезии в зависимости от изменения взаимо­действия контактирующих тел в процессе их отрыва дал Б. В. Де­рягин, исходя из аналогии между адгезией и трением. (Трение препятствует тангенциальному перемещению частиц, а ад­гезия – перемещению частиц в направлении, перпендикулярном к запыленной поверхности.)

По аналогии с трением различают статическое и кинетическое прилипание.Статическое прилипание характеризуется силой сопро­тивления началу отрыва, кинетическое – взаимодействием между частицей и поверхностью в процессе отрыва. Для отрыва частиц необходимо преодолеть главным образом силу статического прили­пания, так как сила кинетического прилипания всегда меньше ста­тического.

Отрыв частиц пыли (статическое прилипание) зависит от вели­чины и направления действия силы,приложенной к частице. Если силы приложены нормально к запыленной поверхности (рис. 3а ), то для отрыва частиц необходимо, чтобы F_отр > F_ад. При тангенциально направленной силе (рис. 3в) действует момент сил, т. е. M_отр = F_тан r (где r – радиус частицы). Первой стадией процесса отрыва при этом будет качение или скольжение части­цы, т. е. преодоление не только сил прилипания, но и трения.

Отношение между нормальной и тангенциальной силами отрыва можно связать с размерами частиц и площадью их контакта с по­верхностью πr²_к. Для этой цели силу отрыва представляют в виде произведения силы F₁, приходящейся на единицу площади контакта, умноженной на площадь контакта частиц с поверх­ностью, т. е. F_отр = πr²_к F₁ или F₁, = F_отр/ πr²_к. В то же время сила F₁ равна моменту сил F_танr, деленному на величину, которая ха­рактеризует сопротивление зоны контакта. Эта величина равна πr³/4, тогда окончательно получим: