- Qu'est-ce que l'adhérence physique?
- Équations
- Exemples
- Adhérence des pneus
- Adhésion des plaques de verre poli
- Adhésion dentaire
- Adhésion du ciment aux structures
- Références
L' adhésion physique est la liaison entre deux ou plusieurs surfaces du même matériau ou d'un matériau différent lors du contact. Il est produit par la force d'attraction de Van der Waals et par les interactions électrostatiques qui existent entre les molécules et les atomes des matériaux.
Les forces de Van der Waals sont présentes dans tous les matériaux, sont attrayantes et proviennent d'interactions atomiques et moléculaires. Les forces de Van der Waals sont dues aux dipôles induits ou permanents créés dans les molécules par les champs électriques des molécules voisines; ou par les dipôles instantanés des électrons autour des noyaux atomiques.
Trois M&M sont collés
Les interactions électrostatiques sont basées sur la formation d'une double couche électrique lorsque deux matériaux entrent en contact. Cette interaction produit une force d'attraction électrostatique entre les deux matériaux, par échange d'électrons, appelée force de Coulomb.
L'adhérence physique fait adhérer le liquide à la surface sur laquelle il repose. Par exemple, lorsque de l'eau est placée sur du verre, un film mince et uniforme se forme sur la surface en raison des forces d'adhérence entre l'eau et le verre. Ces forces agissent entre les molécules de verre et les molécules d'eau, maintenant l'eau à la surface du verre.
Qu'est-ce que l'adhérence physique?
L'adhérence physique est la propriété de surface des matériaux qui leur permet de rester ensemble lorsqu'ils sont en contact. Elle est directement liée à l'énergie libre de surface (ΔE) pour le cas d'adhésion solide-liquide.
Dans le cas de l'adhésion liquide-liquide ou liquide-gaz, l'énergie libre de surface est appelée tension interfaciale ou de surface.
L'énergie libre de surface est l'énergie nécessaire pour générer une unité de surface du matériau. À partir de l'énergie libre de surface de deux matériaux, le travail d'adhésion (adhérence) peut être calculé.
Le travail d'adhésion est défini comme la quantité d'énergie fournie à un système pour rompre l'interface et créer deux nouvelles surfaces.
Plus le travail d'adhérence est important, plus la résistance à la séparation des deux surfaces est grande. Le travail d'adhérence mesure la force d'attraction entre deux matériaux différents au contact.
Équations
L'énergie libre de séparation de deux matériaux, 1 et 2, est égale à la différence entre l'énergie libre après séparation (γ finale) et l'énergie libre avant séparation (γ initial).
ΔE = W 12 = γ final - γ initial = γ 1 + γ 2 - γ 12
γ 1 = énergie libre de surface du matériau 1
γ 2 = énergie libre de surface du matériau 2
La quantité W 12 est le travail d'adhérence qui mesure la force d'adhérence des matériaux.
γ 12 = énergie libre interfaciale
Lorsque l'adhérence est entre un matériau solide et un matériau liquide, le travail d'adhérence est:
W SL = γ S + γ LV - γ SL
γ S = énergie libre de surface du solide en équilibre avec sa propre vapeur
γ LV = énergie libre de surface du liquide en équilibre avec la vapeur
W SL = travail d'adhérence entre matériau solide et liquide
γ 12 = énergie libre interfaciale
L'équation s'écrit en fonction de la pression d'équilibre (π equil) qui mesure la force par unité de longueur des molécules adsorbées à l'interface.
π équil = γ S - γ SV
γ SV = énergie libre de surface du solide en équilibre avec la vapeur
W SL = π équil + γ SV + γ LV - γ SL
En substituant γ SV - γ SL = γ LV cos θ C dans l'équation que nous obtenons
W SL = π équil + γ SL (1 + cos θ C)
θ C est l'angle de contact à l'équilibre entre une surface solide, une goutte de liquide et de la vapeur.
Angle de contact triphasé, solide liquide et gazeux.
L'équation mesure le travail d'adhésion entre une surface solide et une surface liquide en raison de la force d'adhésion entre les molécules des deux surfaces.
Exemples
Adhérence des pneus
L'adhérence physique est une caractéristique importante pour évaluer l'efficacité et la sécurité des pneus. Sans une bonne adhérence, les pneus ne peuvent pas accélérer, freiner le véhicule ou être dirigés d'un endroit à un autre, et la sécurité du conducteur peut être compromise.
L'adhérence du pneu est due à la force de frottement entre la surface du pneu et la surface de la chaussée. Une sécurité et une efficacité élevées dépendront de l'adhérence à différentes surfaces, à la fois rugueuses et glissantes, et dans différentes conditions atmosphériques.
Pour cette raison, l'ingénierie automobile progresse chaque jour dans l'obtention de modèles de pneus appropriés qui permettent une bonne adhérence même sur des surfaces humides.
Adhésion des plaques de verre poli
Lorsque deux plaques de verre polies et humidifiées entrent en contact, elles subissent une adhérence physique qui est observée dans l'effort qui doit être appliqué pour vaincre la résistance à la séparation des plaques.
Les molécules d'eau se lient aux molécules de la plaque supérieure et adhèrent également à la plaque inférieure empêchant les deux plaques de se séparer.
Les molécules d'eau ont une forte cohésion les unes avec les autres, mais montrent également une forte adhérence avec les molécules de verre en raison des forces intermoléculaires.
Adhésion de deux plaques avec un liquide
Adhésion dentaire
Un exemple d'adhérence physique est une plaque dentaire collée à une dent qui est généralement placée dans les traitements dentaires de restauration. L'adhésion se manifeste à l'interface entre le matériau adhésif et la structure dentaire.
L'efficacité dans la mise en place des émaux et des dentines dans les tissus dentaires, et dans l'incorporation de structures artificielles telles que les céramiques et les polymères qui remplacent la structure dentaire, dépendra du degré d'adhérence des matériaux utilisés.
Adhésion du ciment aux structures
Une bonne adhérence physique du ciment aux structures en brique, en maçonnerie, en pierre ou en acier se manifeste par une capacité élevée à absorber l'énergie provenant des forces normales et tangentielles à la surface qui relie le ciment aux structures, c'est-à-dire en une grande capacité à supporter des charges.
Pour obtenir une bonne adhérence, lorsque le ciment rencontre la structure, il est nécessaire que la surface sur laquelle le ciment doit être placé ait une absorption suffisante et que la surface soit suffisamment rugueuse. Le manque d'adhérence se traduit par des fissures et un détachement du matériau collé.
Références
- Lee, L H. Fondamentaux de l'adhésion. New York: Plenium Press, 1991, p. 1-150.
- Pocius, A V. Adhésifs, Chapitre 27. JE Mark. Manuel des propriétés physiques des polymères. New York: Springer, 2007, p. 479-486.
- Israelachvili, J N. Forces intermoléculaires et de surface. San Diego, Californie: Academic Press, 1992.
- Relation entre les forces d'adhérence et de frottement. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung et Yoshizawa, H.11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol.8, pp. 1231-1249.
- Principes de la chimie des colloïdes et des surfaces. Hiemenz, PC et Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.