Строительные материалы и изделия стр.7
Если между собой молекулы жидкости взаимодействуют сильнее, чем с молекулами твердого тела, то капля жидкости не растекается: 9 > 90°, cos 0 < 0. Крайними случаями этого процесса являются полное смачивание, когда 9 = 0, cos 9 = 1 (жидкость растекается до образования мономолекулярного слоя) и полное несмачивание, когда 9 = 180°, cos 9 =-1 (капля стремится сохранить сферическую форму).
Способность поверхностей тел смачиваться водой является результатом действия трех сил поверхностного натяжения о на границах твердое тело —газ (т —г); твердое тело—жидкость (т—ж);
Рис. 1.2. Краевой угол смачивания 0 (а) и его связь с поверхностным натяжением на границах раздела фаз (б)
Рис. 1.2. Краевой угол смачивания 0 (а) и его связь с поверхностным натяжением на границах раздела фаз (б)
жидкость —газ (ж—г) (рис. 1.2, б). Растекание капли прекратится, когда наступит равновесие этих сил, действующих на каждой единице длины периметра смачивания. Условие равновесия выражается уравнением Юнга:
ат_г = от„ж + ож_гсо8 0 или cos 0 = (от_г-ах„ж)/ож„г. (1.1)
По способности смачиваться водой поверхности тел подразделяются на гидрофильные (смачиваемые) с cos 0 > 0 и гидрофобные (несмачиваемые) с cos 0 < 0.
Краевой угол смачивания составляет: для кварца — 0°, малахита — 17°, графита — 55°, талька — 69°, парафина — 106°, тефлона — 108°.
Реальная поверхность никогда не бывает совершенно чистой. Присутствие на поверхности загрязняющих веществ, оксидных пленок, адсорбированного воздуха оказывает сильное влияние на смачиваемость. Гидрофильная поверхность кварца, покрытая тонкой пленкой масла или жира, становится гидрофобной.
Адгезия и когезия. В гетерогенных системах различают межмолекулярные взаимодействия (притяжение молекул) между разными фазами (адгезия) и внутри одной фазы {когезия).
Силы адгезии действуют на очень малых расстояниях. Для их возникновения необходим контакт фаз. В случае твердых тел обеспечить значительную площадь контакта чрезвычайно трудно даже при высоком давлении. Если сложить пластины с плоскими шлифованными поверхностями, то можно почувствовать их слипание. Значительные силы адгезии возникают, если смочить поверхности пластин водой или другой жидкостью, так как жидкость вступает в контакт с твердым телом по всей площади смоченной поверхности. Таким образом, чтобы обеспечить хорошее прилипание, необходимо одну из фаз перевести в жидкое или вязкоплас-тичное состояние. Этот принцип используется при склеивании, пайке, сварке материалов, нанесении на поверхность лакокрасочных, гидроизоляционных покрытий, штукатурных растворов, получении композиционных материалов (пластмасс, бетона, керамических изделий), когда наполнители или заполнители сме шивают с жидким связующим, которое впоследствии переводят в твердое состояние.
Когезионное взаимодействие характеризуют работой когезии 1VK, Дж/м2, необходимой для разрыва фазы, по сечению единичной площади. При разрыве фазы образуются две поверхности (площадь каждой равна единице) с поверхностным натяжением в случае жидкости аж_г, а в случае твердого тела ох__г (рис. 1.3, а). Следовательно, работа когезии жидкости равна WK = 2ож_г, а твердого тела — = 2стт_г.